馱英灌區跨明江倒虹吸管槽邊坡變形及處理方案

唐新宇

（廣西水利電力勘測設計研究院有限責任公司，南寧 530023）

1 工程概況

馱英水庫灌區設計灌溉面積為84.12 萬畝，為大（2）型灌區。總干渠跨越明江處采用“埋式倒虹吸方案”，明江左側河岸地形較陡，右側河岸為Ⅰ級階地，呈現出不對稱的地形形狀。跨越明江倒虹吸設計輸水流量25.4 m3/s，為2級建筑物。

總干渠跨明江倒虹吸左岸樁號Z23+320～Z23+510 段管槽臨時邊坡設計開挖坡比為1∶0.75，基礎開挖深度為4.5～13.9 m。該段管槽開挖完成后，管槽左側（靠山坡一側）的臨時開挖邊坡出現了滑塌。滑坡體整體呈“長舌狀”，主滑動方向為129°，滑坡體軸長約173 m，前緣寬度約120 m，滑坡體平面面積約10 540 m2，滑坡體深度為5.0～24.0 m，平均滑動深度約為17.9 m，滑坡體體積約18.9 萬m3，屬中型中層牽引式滑坡。滑坡形態及滑坡周界見圖1。

圖1 滑坡形態及滑坡周界

2 邊坡變形原因分析

根據現場揭露的工程地質分析，邊坡開裂變形主要是由地形地貌、地層巖性、地質構造、工程建設及降雨等因素的綜合影響所致。

（1）地形地貌。發生滑坡的山體兩側發育有沖溝，切割邊坡，使得邊坡的整體性降低，為滑坡的發生提供了地形條件。

（2）地層巖性。工程區出露侏羅系泥質粉砂巖、砂巖，通過現場測繪，巖層走向為N70°～86°E，傾向SE，傾角為26°～32°，坡面的走向為N28°E，巖層面與坡面夾角較小，為視順向坡。且泥質粉砂巖含泥量較高，泡水易軟化。

（3）地質構造。根據區域地質資料，跨明江倒虹吸軸線北側約200 m處發育有一條性質不明斷層F1，現場調查時未發現斷層揭露情況。邊坡發生滑動后通過高密度電法測繪發現后緣存在一條次生斷層F2（受F1 斷層影響形成），兩條斷層之間形成大量裂隙，并切割后緣巖層。管槽開挖后，順向巖層后緣受F2斷層的切割作用形成楔形體，邊坡前緣形成高陡臨空面，對邊坡穩定不利。

（4）工程建設。管槽開挖施工過程中邊坡上方的巖土體長期處于臨空狀態，管槽邊坡開挖切腳爆破作用使得邊坡處于穩定安全度偏低的狀況。

（5）降雨。降雨是邊坡發生滑塌的主要誘發原因。滑坡體表部為甘蔗種植地，覆土相對疏松，雨水直接沿著松散的土層下滲補給下伏巖土體。邊坡下伏砂巖、泥質粉砂巖等巖體受雨水的長期浸泡，容易發生軟化崩解，也會削弱巖土體的物理力學性質，邊坡易沿著軟化的巖層面發生滑動。根據崇左市雨量站統計，2020年4月23日～5月22日崇左市的降雨量高達243.1 mm，主要以陣雨、暴雨為主，這種歷時短雨量大的降雨，使得邊坡上方巖土體的強度突降，并且加大了邊坡上方巖土體的重度，導致邊坡的抗滑力突降而下滑力陡增，從而引發滑坡。

3 邊坡穩定分析

本文采用剛體極限平衡法計算巖質邊坡穩定性系數。剛體極限平衡法理論使用較早、發展也較完善，是工程中使用最多的一種方法，它能夠對巖土體結構的穩定性做出較為準確的評價。對于巖質邊坡，多為軟弱結構面發生滑移，破壞面可為直線、折線等，應根據結構面形態采用平面或折線形滑面進行計算[1]。本文邊坡穩定分析采用折線滑動傳遞系數法進行計算

3.1 分析模型

以主滑方向的橫斷面作為分析對象，如圖2 所示，相應的物理力學參數見表1。

圖2 工程邊坡主滑斷面（1-1）

表1 邊坡巖體物理力學參數表

對邊坡主滑斷面分析可知，滑坡體體積較大，滑坡體后緣附近滑動帶坡度較陡，為70°～80°，中部及前緣坡度較緩為10°～30°，前緣滑動面與巖層面傾角相近，為視順向坡。倒虹吸基礎開挖后，順向巖層后緣受F2斷層的切割作用形成楔形體，邊坡前緣形成高陡臨空面，對邊坡穩定極為不利。該邊坡構造為“不穩定型”，需進一步分析計算其抗滑穩定安全系數。

3.2 計算工況

邊坡按2 級邊坡設計，計算工況為正常運用工況和非正常運用工況。正常運用工況：邊坡自然條件下的工況；非常運用工況：邊坡遇暴雨，巖土體內部裂隙面水壓力增大[2]。按《水利水電工程邊坡設計規范》（SL 386-2007），正常運用工況和非正常運用工況邊坡抗滑穩定最小安全系數分別為1.20～1.15、1.10～1.05。

3.3 計算成果

根據地質主滑斷面建立計算模型，采用理正邊坡治理軟件進行計算（見圖3）。邊坡正常運用工況和非正常運用工況抗滑穩定安全系數計算結果分別為1.03、0.85，主滑斷面的抗滑穩定安全系數在非常運用工況下小于1，不滿足規范要求，說明有滑動的可能，這與實際情況相符，說明本次分析所采用的地質參數是合理的。

圖3 工程邊坡理正計算模型

為保證邊坡的安全，采取應急處理措施，對開挖的管槽進行回填，并對邊坡頂部進行削坡卸荷處理。處理后邊坡正常運用工況和非正常運用工況抗滑穩定安全系數計算結果分別為1.18、1.07，均大于1.05，現狀邊坡處于基本穩定狀態，符合當前現場觀測結果。但兩種計算工況下的抗滑穩定安全系數均不滿足規范要求，因此，對管槽進行應急處理后邊坡仍需采取進一步的處理措施，以使永久邊坡的抗滑穩定安全系數滿足規范要求。

4 邊坡治理方案比選

施工期臨時邊坡按4級邊坡設計。根據現狀邊坡的特性和應急處理效果，并結合類似工程的處理措施，滑塌段邊坡治理擬定3個方案進行比選，3個方案分別為加大坡腳反壓堆載方案（方案一）、削坡卸載方案（方案二）、抗滑樁加固方案（方案三）。

4.1 方案一：加大坡腳反壓堆載方案

滑坡體體積較大，屬中型中層牽引式滑坡，滑動面后緣坡度較陡，前緣較緩。且管槽回填后，邊坡已基本穩定，只是安全系數達不到規范要求，故考慮采取繼續加大坡腳反壓堆載的處理措施以保證邊坡抗滑穩定安全系數滿足規范要求。

考慮在邊坡坡腳管道中心線以外約40 m范圍夯填碎石土至141.9 m高程，形成邊坡坡腳反壓平臺，通過坡腳反壓堆載所提供的阻滑力來提高整個邊坡的抗滑穩定性。反壓平臺土石填筑要求每0.3 m分層碾壓，壓實度不小于0.96。處理后的邊坡典型橫斷面如圖4所示，邊坡正常運用工況、非常運用工況（挖除回填土施工期）、非正常運用工況（暴雨工況）抗滑穩定安全系數計算結果分別為1.31、1.08、1.25。

圖4 反壓堆載方案典型橫斷面（1-1）

4.2 方案二：削坡卸載方案

對高程142.0 m以上的邊坡基本按滑動面坡比進行削坡處理，142.0～160.0 m高程邊坡坡比為1∶3，160.0 m 高程以上邊坡坡比為1∶2，在160.0 m 高程設置15 m 寬的馬道。處理后的邊坡典型橫斷面如圖5 所示，邊坡正常運用工況、非常運用工況（挖除回填土施工期）、非正常運用工況（暴雨工況）抗滑穩定安全系數計算結果分別為1.42、1.26、1.22。

圖5 削坡卸載方案典型斷面圖（1-1）

4.3 方案三：抗滑樁加固方案

對現狀邊坡采用錨拉抗滑樁進行加固處理。滑坡段約120 m范圍內，在管槽左側邊坡坡腳處布設兩排抗滑樁，抗滑樁直徑2 m、中心間距4 m，每根樁樁頂布設一根1000 kN預應力錨索。處理后的邊坡典型橫斷面如圖6所示，邊坡正常運用工況、非常運用工況（挖除回填土施工期）、非正常運用工況（暴雨工況）抗滑穩定安全系數計算結果分別為1.30、1.22、1.19。

圖6 抗滑樁方案典型斷面圖（1-1）

4.4 方案比選

經分析計算，3 個方案典型橫斷面各工況的抗滑穩定安全系數均滿足規范要求。3個方案的主要工程量、工期及投資對比見表2。

（1）加大坡腳反壓堆載方案。需調整倒虹吸管道布置，新增排洪涵管、樁基承臺基礎及排洪溝等項目，設計及施工較為復雜，工期適中，投資最省，可充分利用上游段明渠開挖的土石料進行填筑，對環境影響相對較小。

（2）削坡卸載方案。倒虹吸管道可以維持原設計方案，主要是土石方開挖和填筑作業，設計及施工都最為簡單，工期也最短；但本方案棄渣量過大，棄渣場距離較遠，渣土運輸費用過高。另外，該方案大量的土石方工程需新增永久用地達30多畝，且對現有植被生態造成較大破壞，水土流失嚴重。

（3）抗滑樁加固方案。倒虹吸管道也可以維持原設計方案，不用新增永久用地，不涉及大量的土方工程，對環境影響最小。但由于抗滑樁大部分為巖體內造孔，且鋼筋制安也多，造價最高，工期最長。另外，考慮到本方案在施工抗滑樁時，施工設備重量較大，施工過程中會增加邊坡豎向荷載，對邊坡穩定影響較大，且大孔徑樁基巖體內造孔施工難度較大，周期較長，亦影響主體工程施工。

綜上所述，在對邊坡坡腳管槽進行回填及坡頂局部削坡卸載后，推薦采用加大坡腳反壓堆載方案對邊坡進行治理。

5 結語

以馱英灌區跨明江倒虹吸管槽邊坡為例，通過分析計算邊坡穩定性問題，提出加大坡腳反壓堆載方案、削坡卸載方案、抗滑樁加固方案3個方案進行比選，比選結果推薦采用加大坡腳反壓堆載方案對邊坡進行治理。處理后，邊坡及管道基礎的整體安全性均較好。