南水北調鄰渠棄渣場對總干渠安全影響評估

唐順成

（黃河勘測規劃設計研究院有限公司，河南 鄭州 450000）

1 現場情況

棄渣場堆積在總干渠左岸。棄渣場堆放邊線距離總干渠截水溝邊線最近處不到1 m，即緊靠渠道左岸截流溝外側柵欄。棄渣場總體形狀類似于棱臺，總長約244 m（沿總干渠軸線方向），總寬約215 m（垂直總干渠軸線方向），總高約18 m（高程135 ～153 m），總面積約34 500 m2，總堆土量約36 萬m3。棄渣場為黏性土，土質松散，自然邊坡在1:1.40～1:2，邊坡上可見寬大裂隙，裂隙寬約2～5 cm，局部已經存在滑塌的痕跡。

總干渠一級馬道以上邊坡出現裂縫，長約20 m，一級馬道上排水管位置有滲水。在渣場的西北側緊鄰總干渠有一低洼地水塘，平時有村里排放的污水滯留，若遇下雨，水塘里水漫出進入并沖毀截流溝。由于干渠坡頂長期滯水，干渠邊坡土體呈飽和狀態，渠坡局部出現多條小的縱向裂縫，但未發現存在滑動痕跡。此外一級馬道上光纜井內坡體滲水嚴重，井內水抽干后，發現滲水從井壁上的爬梯孔壁噴射出來，有一定的壓力，表明滲水在井外的空隙依然為承壓狀態。

2 技術路線

通過收集總干渠和棄渣場的布置、結構、地質水文等設計資料，先對棄渣場本身的穩定性進行分析，再對棄渣場和總干渠整體邊坡穩定性進行分析，最后對穩定計算結果進行判定，提出結論和建議。

評估方法主要是邊坡穩定計算，采用簡化畢肖普法對邊坡整體穩定計算。邊坡穩定計算程序采用黃河勘測規劃設計有限公司與河海大學工程力學研究所聯合研制的“土石壩穩定分析系統”。

3 棄渣場評估

3.1 計算模型

棄渣場典型斷面的選擇主要取決于棄渣場邊坡的坡比和高度。根據實際情況，最不利斷面見圖1。

圖1 棄渣場計算斷面圖

3.2 邊坡穩定分析

根據多次自動搜索確定出的危險滑面，計算各個工況下的安全系數，棄渣場邊坡安全系數見表1。

表1 棄渣場邊坡最危險滑面安全系數表

通過多次試算，若邊坡達到1:4 時，穩定復核的結果見表2，邊坡整治見圖2。

圖2 棄渣場開挖斷面圖

表2 棄渣場邊坡建議值表

4 總干渠評估

4.1 計算模型

影響渠段內的土層結構、巖層厚度、巖性、土巖物理力學特性、渠道斷面特征、地下水位等基礎條件基本一致，因此棄渣場最不利斷面即為邊坡整體最不利斷面。具體邊坡計算模型如圖3。

圖3 邊坡計算斷面圖

4.2 邊坡穩定分析

邊坡穩定計算荷載除作用在邊坡上的基本荷載（土重、水重、孔隙壓力等）外，還需考慮渠頂路面荷載、地震荷載等外荷載的影響。其中，路面荷載主要指渠頂運行維護道路上的車輛荷載，按公路Ⅱ級荷載考慮。地震荷載根據渠段所處地區的地震基本烈度計算，渠段位于Ⅶ度地震區，需考慮地震力對渠道邊坡的影響。

4.2.1 總干渠邊坡穩定分析

進行總干渠邊坡穩定分析時，棄渣場作為荷載加在渠頂。根據多次自動搜索確定出的危險滑面，計算各個工況下的安全系數，總干渠邊坡安全系數見表3。

表3 總干渠邊坡最危險滑面安全系數表

由表3可知，設計水深+飽和土為最不利的工況，總干渠邊坡最危險滑面在一級馬道以上的邊坡。

4.2.2 總干渠和棄渣場整體邊坡穩定分析

棄渣場邊坡作為總干渠邊坡的一部分，對棄渣場和總干渠邊坡進行整體分析。總干渠和棄渣場整體邊坡安全系數見表4。

表4 總干渠和棄渣場整體邊坡最危險滑面安全系數表

由表4可知，所有工況都不滿足要求，設計水深+飽和土為最不利的工況，總干渠和棄渣場整體邊坡最危險滑面在一級馬道以上的邊坡。

由于總內坡+棄渣坡工況下，邊坡不滿足要求，需要驗證抗滑樁的剩余推力和配筋是否滿足要求。

抗滑樁計算采用的計算方法為Morgenstern-price 法。作用于抗滑樁的荷載：滑坡推力、抗滑樁所處位置下塊滑體（滑動面以上）的抗力、錨固段地基抗力。樁側與巖土間的摩阻力、凝聚力、樁變形引起的豎向反力、樁自重和樁底反力均可不計。具體計算結果表見表5。

表5 最不利工況下最危險滑面情況表

由表5可知，不影響原抗滑樁的結構安全。但需對棄渣場和集水坑進行處理。

棄渣場和集水坑的綜合作用，導致總干渠平臺附近地表長期存水。存水的長期下滲，導致總干渠邊坡土體處于飽和狀態。此工況下，總干渠邊坡安全穩定系數不滿足要求，存在滑動的趨勢。另外，棄渣場處于松散狀態且堆積高，造成總干渠和棄渣場整體邊坡在各個工況下安全穩定系數不滿足要求，存在滑動的趨勢。因此，需要對棄渣場和集水坑進行處理。

建議棄渣場移出滑坡體外，即棄渣場距離總干渠護欄外21 m，棄渣場按1∶4 坡比開挖。建議集水坑回填，阻斷總干渠滲水水源。建議棄渣場和集水坑設置合理的排水系統，水流向渠外。

棄渣場和集水坑處理后的總干渠和棄渣場整體邊坡計算模型如圖4所示。

圖4 棄渣場處理后邊坡計算斷面圖

通過計算，各個工況下的邊坡穩定安全系數見表6。

由表6可知，除設計水深+飽和土工況下，總干渠二三級合坡不滿足要求外，其他所有工況邊坡安全穩定系數均滿足要求。因此，必需按上述方法對集水坑進行處理，總干渠邊坡土體不能達到飽和狀態。

表6 總干渠和棄渣場邊坡最危險滑面安全系數表

5 結論與建議

5.1 結論

通過對棄渣場和總干渠的穩定分析，得出如下結論：①棄渣場本身不滿足穩定要求，存在整體滑動的趨勢，需要進行削坡處理。棄渣場為松散人工填土，且邊坡已出現數條寬大裂隙，存在局部塌落的趨勢。棄渣場緊靠總干渠護欄，一旦滑塌土體直接進入總干渠，危機總干渠安全和水質。②棄渣場和總干渠坡頂集水坑共同作用，導致總干渠邊坡土體長期處于浸泡狀態，水滲入土體內，土體易達到飽和狀態。在此工況下，總干渠總邊坡和一級馬道以上邊坡不滿足穩定要求。③棄渣場處于松散狀態且堆積高，造成總干渠和棄渣場整體總邊坡、一級馬道以上邊坡和二級馬道以上邊坡在各個工況下不滿足安全穩定要求，存在滑動的趨勢。棄渣場處理后，總干渠一級馬道以上邊坡在土體飽和工況下不滿足安全穩定要求。邊坡最危險滑面在一級馬道以上的邊坡，最危險滑面在總干渠坡頂距離總干渠護欄約21 m。

5.2 建議

為了盡可能減少棄渣場和集水坑對總干渠的影響，建議處理方案如下：①建議棄渣場移出滑坡體外，即距離總干渠護欄外至少21 m棄渣應全部清除。經穩定分析，安全穩定系數滿足要求。②棄渣場總高約18 m，建議棄渣場迎渠面邊坡開挖坡比為1∶4，每6 m高設一級2 m寬的馬道，坡頂設截水溝，坡腳設排水溝，邊坡采用綠化種草。③建議利用開挖后棄渣場的棄土回填集水坑，阻斷總干渠滲水水源。④建議總干渠外的污水接入污水系統，避免在總干渠旁滯留，以免影響總干渠安全和水質。