調蓄水池高邊坡滑坡治理設計方案比選

劉曉云

（甘肅甘蘭水利水電勘測設計院有限責任公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

引洮供水二期靜寧配套工程田堡調蓄水池位于甘肅省靜寧縣境內田堡河村上游約1 km的席家河左岸漫灘及Ⅰ、Ⅱ級階地上，傍山臨河而建，為半挖半填的注入式水池，設計調蓄容積30萬m3。在2020年5月中旬，施工方對調蓄水池壩體左岸側邊坡開挖完成后，在施工方現場巡查時發現，調蓄水池邊坡北東后緣出現2道裂縫，裂縫寬度5 cm，在后期巡查監測中裂縫寬度逐漸擴大并伴有局部滑塌現象，呈加速趨勢發展。2020年9月18日左側山坡出現整體滑坡，且滑坡趨勢加劇較為明顯[1]。為消除滑坡對調蓄水池安全隱患，保證工程安全，最大限度減小對工程總工期的影響，保障工程總體效益發揮，需及時妥善解決處理該調蓄水池靠山側滑坡地質災害的問題。

1 場地基本地質條件

調蓄水池位于席家河左岸漫灘及Ⅰ、Ⅱ級階地上，漫灘及級階地呈帶狀沿溝床左岸分布，地形較開闊，略向溝床及下游傾斜，現為低臺階狀耕地。Ⅱ級階地呈寬窄不一的條帶狀沿溝道左岸分布，地形起伏較大，向溝床及下游傾斜，階面沖溝發育，現為臺階狀耕地。河床寬30～40 m，河漫灘寬30～70 m，長約400 m，級階地寬20～70 m，長約300 m，Ⅱ級階地寬20～70 m，長度大于400 m。工程區地處祁連北西向構造體系、秦嶺東西向構造體系及賀蘭—六盤山南北向構造體系的復合部位。工程區地震動峰值加速度為0.20 g，地震動反應譜特征周期為0.45 s，對應的地震基本烈度為Ⅷ度，屬區域構造穩定性較差區[2]。

2 滑坡原因分析

2020年6月25——26日24 h降雨超過100 mm，屬大暴雨級，已超過調蓄水池20年一遇設計洪水標準，遠超施工期5年一遇洪水標準；加之7、8月份持續降雨，僅8月份降雨達188 mm，較多年平均89 mm，高出一倍多，大量降水下滲至坡體內，導致2020年9月18日，調蓄水池工程施工過程中左岸山體發生滑坡。

造成滑坡的內因是邊坡土（巖）松散破碎，滲透性較強，水對巖土體強度影響比較敏感，外因是連續降雨使大量降水下滲至坡體內致使土體含水量加大，抗剪能力減小，調蓄水池靠山側邊坡開挖卸載減小了邊坡的阻滑能力。目前形成的滑坡縱長120 m，前緣寬240 m，后緣寬220 m，相對高差42 m，最大滑移約7.85 m。2020年的持續性降雨和超強暴雨是導致該區域環境地質災害和滑坡的主要原因。

本次治理工程滑坡體規模為48.5萬m3，屬于中型滑坡，滑坡的平均厚度在16.5 m，滑坡按滑體厚度來分，屬于中層滑坡，按滑坡成因分類，屬于牽引式滑坡[3]。

3 滑坡綜合治理方案

根據滑坡的發育特征，穩定性綜合評價結果、危害對象以及場地實際條件，充分考慮治理工程安全性與可行性、經濟合理性等因素，對調蓄水池范圍內滑坡考慮3種治理方案進行論證，并進行技術經濟比較后擇優選擇[4-7]。

3.1 方案一：坡腳抗滑樁+截水溝綜合治理方案

為增加坡體的抗滑力，盡可能加長抗滑段的長度，綜合考慮抗滑樁的位置選擇緊挨調蓄水池頂部公路。該方案主要包括坡體削方減載及整平綠化、抗滑樁工程、樁間擋土板工程、截排水渠工程、消力池工程、菱形骨架護坡工程及裂縫夯填工程等。

（1）坡體削方減載。削坡減載由上向下分級進行，每級坡腳留卸荷平臺（馬道），削坡至抗滑樁頂面（高程1 860.00 m）設計標高結束，削坡時依照高挖低填的原則，且削坡后的表面應平直，無虛方現象，然后將整平的坡面部分進行耕地的恢復，部分進行植草綠化，草的種類以適應當地草種為主。復耕先是表層土的收集，將收集好的表層土堆放到指定地點，待削坡完成后，進行原狀土的翻松，翻松不少于2遍，最后進行種植土的攤鋪。在復耕前進行削方減載的過程中會涉及到土方的外運，削坡產生的棄土可以用筑壩，且在這個過程中不僅可以對現有的裂縫夯實，而且對坡體有壓實作用，防止因虛方而產生的滲水漏水的現象。該方案總計削方量約為9.988萬m3。

先是3 m長的5%的散水坡，然后為一級坡，一級放坡坡率1∶1.25，坡長6.1 m，接著是長度為3 m的5%的散水坡，接著為二級坡，二級放坡坡率1∶1.25，坡長6.1 m，接著是長度為47.1 m的5%的散水坡，接著為坡率為1∶3長為30.8 m的三級坡，然后為19.3 m長的5%的散水坡，接著削坡至高程為1 897.1 m結束。削方量9.988萬m3。

不能進行全部削坡減載的原因主要有以下2點：一是防止因進一步風化而導致新的滑坡繼續發生，二是前端部分土體對后部的滑體有抗滑和反壓作用，若進行全部進行削方，前緣會形成有一個凹型坑，會導致積水，可能引發新的滑坡產生。

（2）抗滑樁。抗滑樁沿滑坡中下處布設，前緣緊挨壩頂的公路，東側至項目部20 m處，西側至西側的沖溝溝口。采用2種樁型，共48根，Ⅰ型樁22根，樁中心間距為5.0 m，樁長18 m，截面尺寸1.8 m×2.4 m，地面以上懸臂段6 m，樁嵌固段進入滑面以下8～9 m（其中中風化泥巖不小于8 m），嵌固段占樁長度的45%～50%，Ⅱ型樁26根，樁中心間距為5.0m，樁長20 m，截面尺寸1.8 m×2.4 m，地面以上懸臂段6 m，樁嵌固段進入滑面以下9～10 m（其中中風化泥巖不小于8 m），嵌固段占樁長度的45%～50%。

在抗滑樁樁背側，填土界線以上至樁頂設置擋土板，擋土板采用C30混凝土，與抗滑樁通過預留插筋整體澆筑，混凝土保護層厚不小于35 mm。厚度0.4 m，長度為4.0 m，寬度為2.0 m。主筋采用HRB400φ25，間距為200 mm。

（3）截水溝。沿樁后削坡平臺橫向及滑坡外圍布置截排水渠，坡體排水渠設計坡降為1.5%，外圍截水渠設計坡降為1.0%，設計總長約1 311 m，其中外圍截水渠長度648 m，坡體排水渠長度663 m。外圍截排水渠鋼筋混凝土結構，渠斷面為正方形，渠頂凈寬1.0 m，深1.0 m，壁厚0.30 m，渠長每隔5 m設伸縮縫，縫內填瀝青泡沫板，渠底面地基處理采用10 cm厚C20混凝土墊層，換填范圍至渠邊兩側各15 cm。坡體排水渠為鋼筋混凝土結構，渠斷面為正方形，渠頂凈寬0.6 m，深0.6 m，壁厚0.18 m，渠長每隔5 m設伸縮縫，縫內填瀝青泡沫板，渠底面地基處理采用10 cm厚C20混凝土墊層，換填范圍至渠邊兩側各15 cm。

消力池為鋼筋混凝土結構，斷面為正方形，消力池凈寬1.4 m，深1.6 m，壁厚0.20 m，消力池底面地基處理采用10 cm厚C20混凝土墊層，換填范圍至池邊兩側各15 cm。工程共布設消力池8個。

（4）菱形骨架護坡。削坡后的1∶1.25坡段坡面布設菱形骨架工程，骨架截面為20 cm×30 cm，采用C25混凝土澆筑，骨架嵌入坡面深度為20 cm，外露10 cm，基礎埋深100 cm，菱形骨架每片之間設伸縮縫，縫寬2 cm，用瀝青麻筋或瀝青板等柔性材料充填。護坡面積為1 696 m2。

（5）裂縫夯填處理。坡體中部及其前部發育有大量裂縫，裂縫寬度在0.3～1.2 m，裂縫長度約為460 m。為防止降水沿裂縫下滲，破壞坡體穩定性，對裂縫進行夯填，裂縫夯填斷面呈“T”字形，夯填時沿裂縫邊緣向兩側外延0.5 m，向下進行表土剝離，深度為0.3 m，裂縫整體沿表層邊緣向下挖除，夯填采用素土夯填，表層20 cm采用表土回填，壓實系數不小于0.9。設計夯填土方量為8 260 m3。

（6）治理工程驗算。

1）抗滑樁尺寸。依照《滑坡防治設計規范》（GB/T 38509—2020）規定，截面尺寸應根據滑坡推力大小、樁間距、樁頂位移量及嵌固段地基的橫向容許承載力等因素確定，抗滑樁錨固深度的計算，應根據地基的橫向容許承載力確定。底層為巖層時，樁的最大橫向壓應力σmax應小于或等于地基的橫向容許承載力。經計算，地基的橫向容許承載力[σH]=285 kPa，樁的最大橫向壓應力σmax=240.74 kPa；σmax＜[σH]，故設計符合要求。

2）地基承載力。依照《建筑地基基礎設計規范》（GB 50007—2011）規定；僅考慮軸心荷載作用時，基礎壓力應符合承載力計算（5.2.1-1）（5.2.2-1）的規定。

當基礎寬度大于3 m或埋置深度大于0.5 m時，以荷載試驗或原位測試、經驗值等方法確定的地基承載力特征值，應按承載力計算（5.2.4）修正：

Ⅰ型抗滑樁：經計算Pk=382.5 kPa。Pk為相當于作用的標準組合時，基礎底面處的平均壓力值（kPa）。fa=599 kPa。fa為相當于作用的標準組合時，上部結構傳至基礎頂面處的豎向力值（kN）。根據計算，Pk≤fa，符合要求。

Ⅱ型抗滑樁：經計算Pk=453.47 kPa。fa=599 kPa。根據計算，Pk≤fa，符合要求。

3）土體穩定性。選取主斷面進行治理工程后樁前土體的穩定性驗算，穩定性計算參數采用上述建議取值，自然狀態（工況一）1.495；持續暴雨狀態（工況二）4.437；地震狀態（工況三）1.458；地震暴雨狀態（工況四）1.407；計算得各種工況均達到穩定。

選取主斷面進行治理工程后樁后土體的穩定性驗算，穩定性計算參數見表1。

表1 樁后土體穩定性驗算計算參數

坡體的黏聚力與內摩擦角取值為實驗參數的平均值，方法采用理正軟件自動搜索最危險滑動面，自然狀態（工況一）2.324；持續暴雨狀態（工況二）2.210；地震狀態（工況三）2.219；地震暴雨狀態（工況四）2.166；計算得知各種工況均達到穩定。

4）治理后滑坡體后壁穩定性。選取主斷面，計算參數及計算方法同樁后土體穩定性驗算。自然狀態（工況一）1.172；持續暴雨狀態（工況二）1.111；地震狀態（工況三）1.151；地震暴雨狀態（工況四）1.067；計算得知，工況Ⅰ穩定、工況Ⅱ基本穩定，工況Ⅲ穩定、工況Ⅳ基本穩定。

利用土工試驗成果資料提供的抗剪強度指標平均值（C32.8，φ21.6）對削坡后緣穩定性進行定量計算，4種工況下穩定系數分別為：1.172、1.111、1.151和1.067，依據《滑坡防治工程勘查規范》（GB 32864—2016）的規定，4種工況下穩定性評價結果分別為：穩定、基本穩定、穩定和基本穩定。

5）截排水渠工程過流量驗算。工程地表截排水工程按水力學計算，設計按50年一遇的流量設計（3.51 m3/s），經計算，所設計的排水渠過流能力為：3.92 m3/s＞3.51 m3/s，滿足過流能力。

3.2 方案二：“前緣支擋+削坡減載+后緣錨固+截排水”綜合治理方案

（1）削坡減載及前緣支擋。在滑坡前緣夯填體前部施工鉆孔灌注樁，灌注樁?1000@2000 mm，樁長為14 m，樁體及冠梁混凝土強度為C30。共設置灌注樁108根。削坡比例為1∶5，起始的坡體前緣的高程為1 854.0 m，削坡的方量約為34.2萬m3。

（2）滑坡后緣預應力錨索框架+菱形骨架護坡。為了保證坡體的整體穩定，需對滑坡后緣坡體進行刷方，刷方后的起始平臺標高及刷方范圍等參數，一級坡至四級坡坡率均為1∶1；一級至三級坡高10 m，四級坡高6～8 m；每級坡之間留2 m寬平臺，在一級坡、二級坡、三級坡設錨索框架，坡率1∶1。錨索框架的框架由橫梁和豎肋組成，截面尺寸為0.5 m×0.5 m，嵌入斜坡內，豎肋橫向間距中至中為3.0 m，由2根豎肋和2根橫梁組成一片，頂部設頂梁一道，頂梁截面尺寸為0.5 m×0.3 m。框架使用C30混凝土澆筑），錨索設于框架節點處，自框架底部往上2.0 m開始設置，豎向間距4 m，設2排5Φs15.2預應力錨索，成孔孔徑為Φ150 mm。錨固段均為10 m，設計荷載為500 kN，鎖定載荷為450 kN。錨索方向垂直坡面走向。2片框架之間（橫梁每隔8m）設一道伸縮縫，伸縮縫縫寬2 cm，內填瀝青木板條。一級坡框架錨索長度自下而上為17 m、22 m、25 m，共計26片，二級坡框架錨索長度自下而上為27 m、27 m、27 m，共計25片，三級坡框架錨索長度自下而上為27 m、27 m，27 m，共計24片。

四級坡采用菱形骨架護坡治理，坡率1∶1，骨架采用C25素混凝土澆筑，面積約1 600 m2。

（3）截排水渠。橫滑坡外圍及兩級馬道布置截水渠，橫向渠設計坡降為1%，設計總長約1 100 m。鋼筋混凝土結構，渠斷面為正方形，渠頂凈寬1.0 m，深1.0 m，壁厚0.15 m，渠底面地基處理采用10 cm厚C20混凝土墊層，換填范圍至渠邊兩側各15 cm。排水渠開挖形成的施工結合槽采用2∶8水泥土夯填。

（4）錨固驗算。根據《建筑邊坡工程技術規范》（GB 50330—2013）及《滑坡防治工程設計與施工技術規范》（DZ/T 0219—2006），計算錨固工程相關量。

1）設計錨固力。經計算設計錨固力為1 417 kN。

2）錨索間距確定。此次設計框架豎肋間距為3 m，共設9排錨索治理。則每孔錨索的設計錨固力為472 kN。

3）錨索截面與鋼絞線根數。預應力錨索鋼筋截面積應滿足（8.2.2-2）的規定，經計算預應力錨索截面面積為558×10-6m2。錨索鋼絞線根數經計算為3.99根，本次設計鋼絞線根數5根，滿足要求。

4）錨固段長度。經計算錨固段長度為8.7 m，本次設計中，錨固段長度取la=10 m，滿足計算要求。

5）外錨截面設計。經計算外錨面積為2.90 m2。外錨截面為2.36 m2，框架截面面積滿足要求。

3.3 方案三：進行全部削坡，地表至滑面的土體全部進行清除

該方案從地形線至滑面全部進行削坡，總削方量約為48.5萬m3。

4 治理方案論證比選

方案一的優點是棄土量較小（約9.988萬m3），造價較低（1 559.32萬元），對環境破壞小，占地面積小，不會增加水保投資，對原批復的棄渣場無影響，且兼顧了滑坡后緣的穩定，缺點是工期較長，施工難度較大；方案二的缺點是棄土多（約34.2萬m3），造價較高（1 899.92萬元），對環境的破壞大，占地面積大，需增加水保投資，渣場防護等級需提高，優點是工期較短，施工難度較小；方案三的缺點是棄土多（約48.5萬m3），且影響滑坡體后緣坡體的穩定性，對環境的破壞大，占地面積大，需增加水保投資，渣場防護等級需提高，優點是工期較短，施工難度小。

經綜合比較，推薦治理方案一（坡腳抗滑樁+截排水渠的綜合治理方案）作為本工程調蓄水池滑坡體治理方案。

5 結論

引洮供水二期靜寧配套工程田堡調蓄水池傍山臨河而建，為半挖半填的注入式水池，設計調蓄容積30萬m3。在施工過程中邊坡北東后緣出現裂縫，后期裂縫寬度逐漸擴大并加速發展，最后左側山坡出現整體滑坡，且滑坡趨勢加劇較為明顯。經現場地質復勘和對滑坡原因進行分析評價后選擇坡腳抗滑樁+截排水渠的方案對滑坡進行綜合治理，工程治理后滑坡達到穩定，保護滑坡坡腳下調蓄水池及135鄉道過往行人、車輛的安全，治理工程可靠性滿足相關規范要求，治理工程滿足Ⅷ度抗震設防。