輞川河輸水干渠邊坡水毀修復案例分析

馬 龍，龐 輝，王 洋

（陜西省水利電力勘測設計研究院,陜西 西安 710004）

1 工程概況

2021 年8 月～9 月,關中連續降雨,極端天氣頻發,局部遭受短時強降雨。經統計,輞川河地區降雨總量693.78 mm,日最大降雨量76.4 mm（9 月25 日）。由于持續強降雨,輸水渠邊坡局部地下水位抬高,土體含水量嚴重飽和,致使引水工程輸水渠發生多處坡體滑坡,對工程的安全運行造成一定威脅。本文以藍田縣小寨鎮（段）輸水渠兩側坡體險情為例,分析其原因,并提出水毀修復工程設計方案。

2 水毀現狀及分析

2.1 水毀現狀

滑坡段共分布滑坡體5 處和1 處變形體,滑體縱長10 m～40 m,橫寬12 m～75 m,滑體厚度0.5 m～1.9 m,屬淺層土質小型滑坡。滑坡壁呈舒緩弧形展布,產狀較陡,壁高1.2 m～2.0 m,坡角約 65°～90°。滑體土體很濕～飽和,土質松軟。每個滑體可由多級滑動面和滑坡平臺構成。滑坡前緣現滑坡鼓丘、滑坡舌、醉漢林等典型滑坡特征。滑坡舌剪出口滑面較緩,一般坡角約22°～30°。滑面及滑舌地下水含量豐富,常有地下水滲出或流出。野外工程地質測繪和勘探發現,該處坡體較陡,坡面土體松散,地下水發育,該邊坡天然情況下定性分析認為處于基本穩定狀態,在暴雨和地震等不利條件下,處于不穩定。現場破壞情況及應急措施見圖1。

圖1 現場破壞情況

2.2 原因分析

經現場查看,論證分析,認為輸水渠出現滑坡主要有以下原因：

（1）根據鉆探揭露,滑體主要為第四系全新統人工堆積物素填土,滑面位于表層素填土和底部密實層接觸帶上,滑面埋深較小,為淺層的土質滑坡。地勘報告表明,表層土結構松散,透水性差,力學性質較差,抗剪強度較低。

（2）滑坡段邊坡原有砌石和草皮護坡部分損壞,護坡損壞導致雨水直接沖刷坡體,形成坡面徑流,造成土體侵蝕,表層滑坡。現場踏勘發現滑坡處少量清水滲出,坡底路面洼處積水嚴重。

（3）坡面排水系統基本失效,又遭短時間暴雨,雨水不能及時排出；坡體內地下水位上升,表層土體飽和。土體容重增加；降雨入滲造成土體水壓力升高,有效應力降低；降雨使土體軟化,抗剪強度降低。滑坡體滑動力矩增大,抗滑力矩減小,破壞了自然邊坡的穩定狀態。

2.3 水毀修復主要內容

維持原工程總體布局不變,針對險情部分進行修復、加固和防護。主要內容包括：修復黃土嶺段現狀滑坡5 處和1處變形體,確保邊坡穩定,保障輸水渠安全。

3 方案設計

為保護邊坡頂部土下輸水箱涵,須維持坡頂高程基本不變,同時不得侵占坡腳現有混凝土巡渠道路,坡頂和坡腳基本維持原位置原高程。本次滑坡處理提出以下設計思路：滑坡體處理+邊坡防護+排水系統,同時通過計算分析,確保邊坡抗滑滿足規范要求。

3.1 滑坡體處理

將現狀滑塌范圍內的被擾動土體分部位、分段清理、翻夯、碾壓。先清表50 cm,清表后對滑動邊界線以上擾動土體進行翻夯、壓實,翻夯過程加強支護,壓實后需達到設計坡比。

滑坡體處理時,采用階梯式開挖,開挖高度為1 m,開挖寬度以滑坡清表0.5 m 后確定。

輸水渠填方邊坡參照《堤防設計規范》（GB 50286-2013）,屬于三級建筑,高度超過6 m,壓實度不低于93%,本次滑坡體處理壓實度≥93%。

3.2 邊坡防護

3.2.1 設計坡比

原輸水渠邊坡斷面上陡下緩,本次邊坡處理結合滑坡后現狀,1#滑坡體恢復到原坡度；2#、3#、4#滑坡體坡比采用1∶1.8 并進行計算分析,判斷邊坡在天然、降雨和地震工況下是否安全。

3.2.2 坡面防護

坡面防護采用鋼筋混凝土框格,框格內植草,既經濟又美觀。框格為菱形,尺寸為2.4 m×2.4 m（長×寬）,厚30 cm。5 個滑坡體具體邊坡防護措施如下：

1）1#水毀處滑塌較為嚴重,坡比較陡,坡腳有村民房屋和混凝土擋墻。因此將該處坡面滑坡處清理挖除后,填筑壓實恢復到原坡度,坡腳擋墻維持原狀不變,坡面采用鋼筋砼框格加φ28 砂漿錨桿進行防護；錨桿設置在框格骨架的十字節點中心,長18 m。最上層錨桿布置在輸水箱涵下第一個節點,最下層錨桿布置在滑坡末端。

2）2#、3#、4# 滑坡體,設計坡比為1∶1.8,新設框格梁防護,框格梁頂接現狀地面線,頂部設有護肩。框格底接排水棱體,護坡底部設有護角。護坡間隔11 m 設置分縫,采用聚乙烯泡沫板填縫。

3）2#、3#、4#放緩邊坡后,為實現滑坡體與兩側原邊坡相交處的平順過渡,設有0.3 m 厚的L 型鋼筋砼擋墻,擋墻高度逐漸降低。

4）5#滑坡和變形體處水毀程度較輕、坡比較緩。5#滑坡維持現狀,設計采用草皮護坡,坡比整修為1∶2。

變形體設計采用草皮護坡,現狀坡比為1∶3,設置排水系統加強排水,即可保持穩定。

3.3 排水系統

邊坡坡面排水設施應包括截水溝、排水溝、跌水與急流槽等,應結合地形和天然水系進行布設,并作好進出水口的位置選擇。排水溝是邊坡防護的重要部分,起到排除坡面積水和坡內滲流和減壓作用。本次邊坡排水系統包括坡面排水系統和坡內排水系統。

（1）坡面排水共2 道,坡面一道,坡底一道,以便將坡面積水及時排向下游。排水溝高程、走向依據兩端已成排水溝及現狀地形確定,保證排水通暢。排水溝采用矩形形式,底寬0.3 m,深0.3 m,壁厚0.2 m,采用C25 砼澆筑,兩端與現狀排水溝相接。

（2）坡內排水采用花管+軟管結合的形式,可將箱涵滲水和坡體內部的水及時排出,保持坡體土為非飽和狀態。

花管布置在邊坡頂部土下箱涵底部2 m 以下,共三排,水平間距和豎向間距均為1.7 m,錯開布置。花管管身水平,內側向坡內伸至箱涵外側墻,外側伸至開挖線處（滑坡處理時,階梯式開挖形成）。

軟管在開挖線處與花管相接,外側伸至坡面框格；排出的水,沿坡面流向縱向排水溝中。

（3）框格底部設置排水棱體,作為護腳可防止坡體內部滲流造成坡腳破壞。排水棱體頂寬0.5 m,高1.7 m,內外坡比均為1∶1。反濾材料為0.2 m 厚的細沙及碎石,內部填充干砌石。

新的排水系統可將坡面水、箱涵滲水及時排出,加上棱體護腳,形成綜合排水系統。大大提高了在降雨工況下,邊坡的穩定性。

3.4 計算分析

對原滑坡體滑動面以上土體進行挖除、回填、壓實后,取2#、3#、4#滑塌體邊坡作為計算斷面,驗證設計坡比1∶1.8時,邊坡穩定安全系數是否滿足規范要求,尤其是在降雨工況下,是否安全。

根據《水利水電工程邊坡設計規范》（SL 386-2007）相關規定,邊坡穩定計算考慮以下3 種工況：

①正常運用條件：正常天然狀態時的上、下游邊坡；

②非常運用條件Ⅰ：連續降雨狀態時的上、下游邊坡；

③非常運用條件Ⅱ：正常+地震時的上、下游邊坡。

邊坡的穩定分析計算,采用考慮條塊間作用力的簡化畢肖普法。邊坡穩定計算采用的土體物理力學指標見表1。

表1 邊坡穩定計算參數表

各種工況下穩定計算結果見表2、圖2～圖4。

表2 邊坡穩定計算結果表

圖2 框格梁護坡正常工況穩定計算結果

圖3 框格梁護坡降雨工況穩定計算結果

圖4 框格梁護坡正常+地震工況穩定計算結果

由計算結果可知,2#、3#、4#滑坡體采用設計坡比1∶1.8的框格梁護坡時,各工況下邊坡穩定計算所得最小安全系數均大于允許最小值,滿足規范要求。在排水系統不失效時,2#、3#、4#邊坡修復后是穩定安全的。

4 結論

輸水干渠發生滑坡險情,最直接原因是原排水系統失效,連日暴雨導致排水不暢,雨水積蓄在坡面,導致土體飽和,抗剪強度顯著降低繼而發生滑坡。本次設計通過修整邊坡,坡面增設框格梁,同時設置坡面和坡內排水系統,增加排水棱體保護坡腳,大大增強了邊坡的穩定性,經計算,安全系數滿足規范要求。此次輸水干渠邊坡的水毀修復可為以后類似工程提供有益借鑒。