山区公路富水高边坡处治排水技术研究

钱丽英，徐建勇

（浙江省交通规划设计研究院，杭州　310006）

山区公路富水高边坡处治排水技术研究

钱丽英，徐建勇

（浙江省交通规划设计研究院，杭州310006）

边坡虹吸排水技术是利用虹吸原理并对其进行深化，将潜藏于坡体内部的地下水排出，从而达到稳定坡体的目的。阐述边坡虹吸排水技术工作原理，并介绍该技术在205国道边坡处治和运营期监测中的应用。

边坡处治；虹吸排水技术；应用研究

降雨会引起坡体地下水位上升从而诱发坡体滑动。单次强降雨一般不会导致坡体地下水位大幅上升，但当有前期降雨积累时，边坡岩土饱和度高，此时强降雨会快速抬升坡体的地下水位，引起滑坡发生［1］。因此，如果能够适应坡体地下水位变化，及时排出坡体地下水，就能有效防止滑坡灾害发生。

虹吸排水物理特性非常适合富水边坡排水的需要。它具有免动力实现水体高效跨越输送的特征，能够适应坡体地下水位变化，并及时排出深层坡体内的地下水，适用于排出边坡深部地下水，并能保持排水措施长期稳定有效。与传统边坡抗滑处治方法相比，边坡虹吸排水处治方法具有对自然环境破坏小、不宜产生2次地质灾害、施工方法简单安全、造价低等优点。

早在1996年，我国已有工程开始尝试应用虹吸排水技术［2-3］，随后10余年间虹吸排水理论和技术得到一定程度发展［4-9］，但仍处于探索阶段，其在公路边坡方面的工程应用成果较少。本文以具有代表性的205国道浙江段山区富水边坡工程为例，介绍其边坡防滑加固处治过程中采用的虹吸排水设计并对其进行研究，为相关工程提供实践经验和参考。

1　边坡虹吸排水技术介绍

1.1基本原理及边坡虹吸排水系统构造

边坡虹吸排水技术是利用并深化了虹吸原理，将潜藏于坡体内部的地下水排出，从而达到加固坡体的目的，具体结构见图1。

图1　边坡虹吸排水原理示意

1.2各点位高程控制原则

A点必须深入地下水位线，且进入稳定的岩体内2 m，这样才能有效将潜在滑动面的地下水及时排出。

B点高程应高于A点12 m左右。正常大气压强能提供虹吸的高差约10 m，无法支持将距离A点2 m以下的水排出，这样就能保证A端头的储水管内始终有水。丰水季节时，地下水位上涨，排水管能将高于A点2 m以上的地下水顺利排出；枯水季节时，地下水位以下水的存在可防止空气进入排水管，此时B点处会出现真空段，虹吸作用停止，但来年丰水季地下水位上升后，虹吸作用仍可自动继续产生。

C点为出水口，其高程必须在A点以下，A、C两点的水头差是虹吸作用的动力。同时C点处排水槽也应设置相应的储水装置，以确保枯水季排水管端头依然能浸没在水中，防止空气进入排水管。

1.3虹吸排水系统工作状态

虹吸排水系统安装完毕且初始虹吸引导完成后，系统将进入自动工作状态。枯水季时，A、C端均有储水装置，以确保排水管内不会进入空气。且随着水位下降虹吸作用停止，并在最高处形成一个真空区域，出现两侧各自平衡。枯水季虹吸排水系统平衡状态见图2。

图2　枯水季虹吸排水系统平衡状态

进入丰水季后，滑坡体内地下水位上升，真空区域逐渐减小且最终消失，虹吸排水系统重新恢复工作。其将稳定岩面以上地下水排出，起到稳定滑坡体的作用。丰水季虹吸排水系统重新进入工作状态见图3。

图3　丰水季虹吸排水系统重新进入工作状态

2　虹吸排水系统在205国道上的应用

2.1工程实例

205国道浙江段是连接安徽和福建2省的重要通道。开化段改造示范工程第1合同段K1691+ 880～K1692+120段左侧边坡地质条件复杂，2005 年6月，边坡锚喷表面出现裂缝，部分边坡表面钢筋被拉断，在边坡顶出现50～200 cm高的错台。同年8月，采用边坡卸载、坡脚设挡墙与路线外移的方案处理边坡。2012年3月，边坡护面墙出现裂缝，6月路面局部拱起，山坡顶有裂缝、错台产生，山体滑坡征象明显，经虹吸排水处治后，2013年9月整体上已基本处于稳定状态。

坡体碎石土层厚度大，特别是边坡中部碎石土层厚度可达50 m以上。碎石土岩性复杂，常常间夹大块石或粘性土层，稳定性易受地下水位变化的影响。

现场实测表明，工程施工期间钻孔地下水埋深5.8～43.5 m，地下水以上坡体无明显稳定的隔水层。地下水接受降雨补给，向坡脚河谷排泄。雨季时地下水位上升，并在坡体局部形成上层滞水；旱季时坡体地下水位较深，除坡脚附近坡段外，边坡地下水位一般大于30 m。

2.2滑坡处治措施

2.2.1虹吸排水系统设计

为及时排出坡体内深部地下水，提高边坡的稳定性，进行边坡处治设计时，在K1691+880～K1692+ 120段边坡设置了虹吸排水系统。另外，在滑坡面上布置了1条地下水位监测剖面，在剖面上打设了5个垂直水位监测孔，其打入深度深入地下水位面10 m以上，并布置了5台水位记录仪，见图4。钻进过程中禁止使用泥浆护壁措施。

图4　K1691+880～K1692+120段边滑坡虹吸排水与监测系统设置

在坡底以上20 m处及上部滑坡体后缘边界线以上10 m处分别设置了2排虹吸排水孔。虹吸排水孔采用107 mm的钻机倾斜成孔，倾斜角60°（钻杆与垂线夹角），钻孔间距5 m，深度取16 m或深入中风化岩层2 m。钻孔前，先少量钻孔，待对取出的土样（岩样）进行分析后，再根据实际需要对钻孔深度和角度进行调整。埋设时，须将虹吸管进水端及孔底储水管一并插入孔底。虹吸管出水端应插入外集水器中，以便通过内外水头差及虹吸作用，将滑坡体内的地下水排出滑坡体，从而达到提高滑坡体稳定性的目的。

2.2.2虹吸排水系统安装

每个虹吸排水孔布置3根排水管，排水管为外径6 mm、内径4 mm的PU管。排水管在钻孔内的部分需外套直径5 cm的透水管。透水管需外包无纺土工布，以免细沙侵入而影响排水效果。透水管一端深入1 m长的孔底储水管且确保深入储水管底部。

2.2.3BC段排水管构造

BC段排水管由3根外径6 mm、内径4 mm的PU管组成，其负责坡体外水的输送。BC段排水管见图5。

图5　BC段排水管横截面示意

2.2.4AB段排水管构造

AB段排水管在BC段排水管的基础上，外套直径5 cm的透水管。透水管外侧包裹无纺土工滤布，以防止泥沙侵入透水管。在AB段端头（A点处）设置1根长100 cm、直径6 cm且一端开口的HDPE储水管。排水管构造见图6。

图6　AB段排水管构造示意

其中AB段透水管外裹土工布，以防止砂石侵入储水管从而堵塞排水管；雨季时，HDPE储水管集中储存地下水以使其能从排水管顺畅排出；旱季时，储水管内的存留水能保持排水管端头始终浸没在水中而不接触空气，因为如果过量空气进入排水管，则虹吸作用将停止。

边坡钻孔形成后，将PU排水管与透水管一起插入到钻孔底部。由于K1691+880～K1692+120段边坡地质条件复杂，钻孔过程中常常需要实时跟进套管以防止孔壁坍塌。因此，拔出套管时，为避免磨损排水管，对套管拔出方式进行了改进。即钻孔成孔后，及时将安装好的孔底储水管与透水管插入孔底，然后拔出套管，最后将PU排水管穿于直径2 cm的PVC管中，使PU排水管与PVC管一起插入透水管并到达孔底。PU管达到孔底时，进水口与孔底需3～5 cm间距，以防止排水管进口堵塞。

为保证排水管能长期使用，安装时需将AB段PU管外套PVC管埋入土中，以防止其老化，并需避免碎石土块等的挤压。另外，需将BC段PU管引至集水槽中，且上覆土和水泥，这样才不会影响边坡后期其他加固处治。

排水管出水端安装时，需设置集水槽及三角堰。集水槽用于收集虹吸管排出的水，并可对流量和流速进行监测。修建点位于坡脚挡墙附近。在集水槽一端设置三角堰，其用于流量监测。

边坡虹吸排水系统建设前，为确保其效果，须先打设地下水位监测孔，以了解地下水位埋深。由于K1691+880～K1692+120段边坡地下水位监测结果与原地质报告有较大差别，中上部滑坡体地下水位埋深均大于30 m，不适合布设虹吸排水孔。边坡处治设计时，考虑到K1691+880～K1692+120段边坡地下水位埋深的实际情况，以及地下水位变化对边坡稳定性的影响特点，将该边坡上排虹吸排水孔全部下移到下排虹吸排水孔位置。

3　监测成果

3.1孔压计初步监测结果

虹吸排水系统排水过程中，对孔压计的即时水深进行了读数并换算，得到其孔中水深随时间的变化曲线，见图7。由图7可以看出，每h孔内垂直水位下降约为1～2 cm。

3.2水位计及雨量计初步监测结果

2013年7—9月，对K1691+880～K1692+120段边坡5个地下水位监测孔中的地下水位及降雨量进行了监测，结果见图8。由图8可以看出，监测期间降雨量较小，地下水位监测孔中水位下降较为明显，少量降雨不足以影响地下水位变化。

3.3虹吸排水量初步监测结果

2013年9月13日K1691+880～K1692+120段边坡全部虹吸管初始启动，开始排水。9月13日记录水表读数为2 m3，9月14日傍晚达到6 m3，9月23日再次观测，得到排水总流量为49 m3。基于此，计算其日平均排水量约为4 m3。

3.4边坡变形监测

2013年9月14日变形直读仪架设与安装全部完工，并开始实施监测。3个边坡直读仪读数变化如表1所示。由监测数据可以看出，2013年9月14日—2013年9月23日期间，边坡总体较为稳定，无明显变形。

图7　K1691+880～K1692+120段XK23中水深随时间变化曲线（虹吸排水开始阶段）

图8　K1691+880～K1692+120段ZK4地下水位埋深及降雨量变化

表1　K1692边坡直读仪监测数据

4　结论

1）虹吸排水系统适合于排除边坡地下水。作为边坡、滑坡整治工程中一项新型工程措施，虹吸排水系统可以单独使用，也可以和其他工程措施一起使用。

2）虹吸排水系统布设只需采用小型钻机就能完成排水井的打孔作业，且只需要使用土工布、塑料管、镀锌水管及配件、水泥、砖和少量钢筋等建筑材料。该系统施工方法简单、造价低，并具有破坏坡面范围小、维修养护方便等特点。

3）使用虹吸排水系统时，须保证进水口（装有储水管）和出水口（装有三角堰箱）常年都浸没在水中，并须选择正确的虹吸管径，且需合理施工，以保证虹吸排水系统能长期稳定运行，达到实时排出坡内深层地下水的目的。

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Study on Water Rich High Slope Treatment and Water Drainage for Mountainous Roads

QIAN Liying，XU Jianyong

Siphon drainage technology for slope adopts further improved siphon theory，it helps drain out ground water hidden inside slope to stabilize slope.This essay demonstrates working rules of siphon drainage technology and introduces application of this technology in slope treatment and operation monitoring for State Highway 205.

side slope treatment；siphon drainage technology；application study

1009-6477（2016）04-0006-04

U416.1+4

A

10.13607/j.cnki.gljt.2016.04.002

2016-02-18

钱丽英（1966-），女，浙江省绍兴市人，硕士，高工。