甘肃东乡县城滑坡综合治理中的排水工程设计思路

付东林，黎志恒，赵 成，张永军，张 川，高 晖，胡莎莎

(甘肃省地质环境监测院，甘肃兰州 730050)

1 概况

2011年3月2日18时55分，甘肃省东乡族自治县县城锁南镇撒尔塔文体广场西北角发生滑坡(以下简称“3.2”滑坡)，滑动方量约18×104m3，共计发生7次规模不等的滑动，为土质滑坡，平面形状呈舌型，主滑方向为150°，至前缘与西侧坡体碰撞后转为120°。滑坡堆积体长度约210m，宽度85～123m，厚度4～15m，滑坡相对高差51.7m，滑坡体自然坡度10°～20°，后壁高差 4～12m，坡面中部呈台级状。“3.2”滑坡间接地对道路、商铺、通讯、给排水、电力设施造成毁坏，县委、县政府办公大楼出现不同程度的破坏而无法继续使用。据统计造成直接经济损失约4.69×108元(初步估计还有10多亿元潜在损失)。由于监测预警工作到位，未造成人员伤亡。根据国务院《地质灾害防治条例》地质灾害灾情与险情分级标准，可定为特大型地质灾害［1］。

所采取的主要应急治理方案有:(1)对陡立的滑坡后壁进行削方。(2)对滑坡东侧变形明显的不稳定斜坡，实施坡脚填土反压及设地下截排水盲沟进行应急治理。(3)继续进行地表变形和地下深孔位移监测［2］。

通过应急治理阶段和综合治理可行性研究阶段的地质勘查及监测预警工程的实施，总结出:随着近三十年来经济社会快速发展，位于黄土梁峁上的东乡县城用水、排水量逐年增大，水分下渗量远大于地下排泄量，遂累积性地滞留于黄土体内，兼之受人类活动干扰，原地下水径流、排泄条件发生很大变化，使地下水位或地下水浸润面不断上升，反过来造成道路、建筑物不均匀沉降、湿陷性沉降，引发在地质灾害应急排查中发现地表裂缝、建筑物开裂或倾斜现象范围非常广泛，是本次滑坡发生的总背景——水文地质条件变化引起土体工程地质特征发生大面积变化。环绕撒尔塔文体广场1.80km长度范围内为建筑、人口相对密集区，面临同样的地质环境条件变化。

东乡县城所在地是地质灾害高易发区和高危险区。为了避免地质灾害造成更大的损失，维护县城2.7万人生命和财产安全，促进地方经济和社会可持续发展，确定针对县城特大地质灾害实施开发性综合治理。

2 自然环境条件简述

东乡县位于陇中南部冷温带半湿润区，属温带半干旱气候。据东乡县气象站资料，多年平均降水量544.6mm。多年平均蒸发量为1421.2mm，多年平均相对湿度63%，最大冻土深度1.20m。

县城高居于以前沟为中心的黄土山梁上，梁宽100～1000m，梁顶与沟底相对高差150～300m，相间的沟谷多呈“V”型，两侧坡度多在20°～40°，侵蚀切割强烈，梁顶完整性差，受人工改造作用大部分地段已成为阶状地形。

工作区地下水主要为黄土孔隙裂隙水。受县城供、排水及大气降水作用影响，在马兰黄土与离石黄土、离石黄土与下伏临夏组泥岩的两个接触面带，形成地下水饱和带，据物探解译结果，沿古地形呈股状或与人为供排水有关呈鸡窝状，受人类活动干扰(主要指原撒尔塔文体广场建设)，造成径流条件不畅，已有的泉眼被堵塞，排泄能力降低，引起地下水位或地下水浸润面上升。

3 滑坡综合治理中主要排水设计思路总结与分析

综合治理工程主体是压脚填方工程，共设计三个阶状平台，高差分别是15m、15m、28.7m，15m高差平台边缘分二级放坡，28.7m高差平台边缘分四级放坡，每级放坡高差7～7.7m，坡比1∶1.3，中间马道为5m。填筑土方量总计413.72×104m3。将广场冲沟区整个填埋后，一方面，可有效保护原冲沟周围坡体的稳定，同时平整出0.184km2的土地。另一方面，填方土源选自北部的黄土梁，原因有:①起到削方减载作用;②降低土方运费;③开挖平整山头后，为灾后重建又可提供0.188km2的平整场地，使今后城市建设更加美观、整齐［1］。

本文忽略综合治理工程中其他各分项工程的论述，仅就主体压脚填方工程(图1)中的地表、地下排水设计思路做一梳理。

图1 压脚填方工程纵剖面图Fig.1 Profile sectional sketch of filling project for especially big landslide controlling comprehensively in Dongxiang County

针对填方土体来源仍是以粉质粘土为主(次为粉土)，下渗水分仍会累积性地滞留于黄土体内，且不易排出的水文地质特点，总的排水设计原则是:收集大气降水及其他一切地表排水，尽可能减少或防止地表水下渗入填方体;疏通填方区已有地下水径流通道，防止地下水位上升，使填方体中含水率一直维持在一个变幅很小的平衡状态中，防止引起填筑土体物理、力学性状发生质的变化。即尽可能保证填方体是一个巨大的“干楔体”，镶嵌在县城前沟中，维护邻沟四周建筑、居民及财物的安全。具体设计依据有《公路工程技术标准》(JTJ01—99)、《城市道路设计规范》(CJJ37—90)、《公路排水设计手册》、《公路排水设计规范》等。

(1)地表排水系统

地表降雨汇流是黄土区地质灾害产生的主要外在诱发因素［3］。因此，首先，完善县城区域地表排水系统，沿主要公路、街道布设明沟、盖板明沟，拦截填方区客水，汇排区域上地表大气降水，减少下渗，与常规地表排水设计思路相同。其次，完善填方区地表排水系统，在填方体顶部设平行状盖板明沟收集地表汇水，间距 40m，比降 1∶100［4］;在护坡坡面上设截排水沟，横向上沿每级马道里侧布设，纵向上沿所有坡面布设(间距40m)，以保证坡面免遭地表汇水破坏，用M10浆砌片石砌筑(或混凝土浇筑)(图2)。

(2)近地表(埋深约5m处)排水系统

在填方体近地表布设纵向截排水盲沟和横向分支截排水盲沟，纵横间距10m，纵向比降1∶100;横向上截排水盲沟呈锯齿状，低点与纵向盲沟相连，利于汇、排水。另外，在靠近填方体边缘带布设相对较大的截排水盲沟，拦截外来客地下水(图3)。

主要原因有:①如此密集盲沟，意在二次收集地表下渗水，形成一个近似排水层;②在近地表埋深约5m处拦截下渗水分，类比周围植物生长分析，也是植物根系所能达到的深度，可为将来地表绿化植物生长提供一定的水分供应;③位于最大冻土深度(1.20m)之下;④未来的县城地下管道铺设深度之下，即未来可能的一般性人类活动深度之下。

图2 填方区地表排水系统Fig.2 Surface drainage works in filling area1-纵向截、排水沟;2-横向截、排水沟

(3)填方体最底部地下排水系统

综合考虑清淤、检修、监测、泵汲，以尽可能大范围地收集、快速排除或疏通地下水流动为目的，在本次设计填方区最底部再布设一排水系统，包括垂直集水井、砂砾卵石井、集水廊道、截排水盲沟等(图4)。

在调查访问历史上泉点、泉群出露及渗水点处设计集水井，或可兼用作地下水动态监测井，直径3.0m，随填土反压、护坡工程一起逐段实施，用以排泄泉点以北大范围的地下汇水，观测地下水动态变化，与本次设计的地下排水系统连成一个整体，所起作用、所在位置非常关键。

设计砂砾卵石井，直径1.5m，从外围向圆心按照反滤层设计，井深度至其原始地形沟道中线上，且从前期填方以后、滑坡发生前地面算起。这项措施用以将原始地形条件下的地下汇水通道、地表泉点与本次设计的地下排水系统有机地连成一个整体。

图3 填方区近地表(埋深5m)排水系统Fig.3 Drainage works in 5m depth in filling area1-填方体外围较大截排水盲沟;2-纵向截排水盲沟;3-横向分支截排水盲沟

在主、干沟道段及篮球场北邻陡坎坡脚带设计混凝土圆拱直墙剖面的隧道式地下集水廊道，其中顶部拱形，两侧为边墙，底部与边墙一体，且下设3∶7灰土垫层，集水廊道断面2.4m×3.0m，尽可能起到疏通、排除地下水作用的同时，要便于后期清淤与维护。集水廊道两侧及顶部外围同样按照反滤层设计，并在边墙脚设排水管。拱部、边墙用C20混凝土现浇，考虑到填方过程中存在碾压(且上覆最大土层厚度50m)，环拱形方向及纵向上均配钢筋。集水廊道纵坡降取2%。

围绕集水廊道工程，沿古坡面下凹中线处或现有地形适当位置布设数量比较多的地下截排水盲沟，一方面改善地下排水条件，另一方面改善回填土的土体结构，增强斜坡的稳定性。

主要原因有:①第三次收集填方体上下渗的水分;②疏通填方区原有的地下水径流通道;③收集填方区以外区域，即从四周流入的地下水。以达到保护填方区最底部土体物理、力学性质长时间稳定的目的。

图4 填方区最底部排水系统Fig.4 Drainage works at the bottom in fill area1-集水井;2-砂砾卵石井;3-已经施工截排水盲沟;4-截排水盲沟;5-集水廊道;6-棱体排水

通过目前初步的施工工程效果来看，填方体最底部地下排水系统运行良好。

(4)填方体最南端坡脚积水处理

工程开工之初首先对主沟道中的松软淤泥质清除，结果在填方体最南端坡脚出现积水现象。考虑到主体工程完工后坡脚稳定性问题，于是在这段主沟道中补充设计一反滤体，宽15～20m，沿主沟走向长约40m，厚度达3m，从底部向上分别依序填筑块石、碎石、砾、砂、粉土等，以增强这段主沟底部的地下水排泄能力，充分地考虑对填筑土体(粘性土体)的保护［5］，原理同土质坝体排水中的棱体排水(虑水坝址)设计(图4)。

4 引申思考

在大规模的削山填沟、围海(湖)造地等填方工程中引入原水文地质条件(包括植被生长的微部土壤条件)的保护与恢复，在重视地表排水设计的同时要重视地下排水设计，有利于自然地质环境尤其生态环境的保护与恢复。

除上述具体的排水工程措施以外，可以从填筑体的结构组成上入手，进一步加强地表、地下排水方法的研究与运用。

［1］张川，付东林.甘肃省东乡族自治县县城特大地质灾害综合治理工程可行性研究报告［R］.兰州:甘肃省地质环境监测院，2011.ZHANG Chuan，FU Donglin.Study report for feasibility on especially big geo-hazard harnessing comprehensively in Dongxiang county，Gansu province ［R］.Lanzhou:Gansu Provincial Geo-Environment Monitoring，2011.

［2］付东林，张川.临夏回族自治州东乡族自治县锁南镇撒尔塔广场北部滑坡与不稳定斜坡应急治理方案［R］.兰州:甘肃省地质环境监测院，2011.FU Donglin，ZHANG Chuan.Emergency harnessing landslide and unstable slope on the north Saerta square in Suonan Town，Dongxiang autonomous county ，Linxia Hui autonomous prefecture［R］.Lanzhou:Gansu Provincial Geo-Environment Monitoring，2011.

［3］付东林.黄土区地质灾害成因分析及防治设计原则和建议—以陇东宁县为例［J］.中国地质灾害与防治学报，2008，19(2):150-152.FU Donglin.Cause analysis and design principles and proposals to prevent and control for geological disasters in loess area-taking Ningxian County of Gansu province as an example［J］.The Chinese Journal of Geological Hazard and Control，2008，19(2):150-152.

［4］CJJ37—90城市道路设计规范［S］.北京:北京市市政设计研究院，1991.CJJ37-90 Design code for city road［S］.Beijing:Beijing municipalengineering design and Research Institute，1991.

［5］SL274—2001碾压式土石坝设计规范［S］.北京:黄河水利委员会勘测规划设计研究院，2002.SL274-2001 Design code for rolled earth-rock fill dams［S］.Beijing:Planning design and Research Institute，the Yellow River Water Conservancy Committee，2002.