吴起县薛岔水源地供水水厂周边高边坡治理工程设计

崔自力，陈前玲

(陕西水环境工程勘测设计研究院，陕西 西安 710018)



吴起县薛岔水源地供水水厂周边高边坡治理工程设计

崔自力，陈前玲

(陕西水环境工程勘测设计研究院，陕西 西安 710018)

在高边坡治理设计中，如何进行治理以达到边坡稳定，确保人民生命财产安全，通过调查分析和长期的实践总结，认为从削坡卸载、坡面排水、防护加固及景观绿化工程等方面对边坡进行了综合性治理。利用坡率法对黄土地区高边坡进行削坡卸载以确保边坡稳定，坡面排水可防止地表径流对坡面及坡脚产生冲刷危害，边坡防护加固及景观绿化工程可起到稳定边坡、防止滑坡、减少水土流失、丰富景观及美化环境的目的。

坡率法；坡面排水；防护加固；景观绿化

吴起县位于陕西省延安市的西北部，该县地处黄土高原黄河中游无定河和北洛河源头地区、毛乌素沙漠南缘，西北邻定边县，东南接志丹县，东北边靖边县，西南毗邻甘肃华池县。吴起县薛岔水源地供水工程杏树沟水厂位于吴起县杏树沟末端，由于供水工程对水厂厂址高程的要求，需对山体进行削坡处理，从而形成高达25～50 m的边坡。边坡一旦失稳，势必影响水厂安全，危及水厂主要设施和工作人员安全。为了减轻边坡失稳对水厂的危害，提高薛岔供水工程的安全可靠性，需对水厂周边边坡进行处理以达到安全要求。

1　区域地质概况

工程区属黄土梁峁沟壑区，由于长期的冲刷与侵蚀，地表形成了沟谷纵横交错，梁峁相间分布的黄土地貌景观，总的地势是北高南低。工程区无地表水体，地下水类型主要赋存于白垩系下统砂岩裂隙中，水位埋深大于60 m，由于基岩近于水平层状分布，砂岩、泥岩互层迭置，裂隙稀疏，补给条件差，因而基岩裂隙水难于富集，富水性差。水厂所在区域及附近100 m范围未发现滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象。坡体地层从上至下主要为顶部马兰黄土、离石黄土和下部新近系甘肃群泥岩。

2　边坡治理设计方案

边坡工程设计包括确定边坡坡率(坡度)与形状，以及排水工程、防护加固工程与景观绿化工程等设计内容。

2.1边坡坡率坡形设计

在黄土边坡治理设计中，当周边场地环境条件允许时，最常用且较经济实用的工程措施为削坡卸载，其本质是改变边坡滑动体滑面上的平衡条件，边坡的削坡卸载是通过减少滑坡体的下滑力，从而提高边坡的稳定性，其原理见图1。本着经济、施工方便的设计思路，边坡设计采用削坡卸载的坡率法。坡率法是指控制边坡高度和坡度，无需对边坡整体进行加固而自身稳定的一种人工边坡设计方法。

图1　黄土边坡治理原理

2.1.1边坡坡率综合坡率确定

根据工程区地质、地形条件，结合当地已建成的边坡工程情况，初步拟定综合坡率1:1.2、1:1.5的两种削坡方案进行分析比较，见表1。

根据陕北吴起县黄土区已有边坡治理工程经验，按工程类比的方法确定黄土每级边坡开挖高度控制在10 m以内，本次设计推荐综合坡率1:1.2。

结合现状厂区地形，按照少开挖的原则对坡脚线进行平顺布置。边坡削坡工程应自上而下有序施工，各级边坡控制高度10 m。设计一级平台宽5.0 m，一级边坡削坡控制坡率1:0.95；二级平台宽5.0 m，二级边坡削坡控制坡率1:0.85；三级以上平台宽5.0 m，三级及四级边坡削坡控制坡率1:0.75，五级边坡削坡控制坡率1:0.5。

2.1.2边坡稳定验算

1)工程安全等级级安全系数的确定

水厂周边边坡目前主要威胁对象有：薛岔水源地供水工程杏树沟水厂及其水厂工作人员(共34人)，边坡一但整体失稳或者部分高陡坎发生破坏将直接危及水厂及其工作人员生命财产安全，影响县城供水安全。按照《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(以下简称《规范》)，一般滑坡防治工程分级表，确定该边坡防治工程级别为Ⅲ级。

根据场地重要性和边坡可能破坏方式，确定本防治工程天然状态下设计安全系数Ks≥1.15，连续强降雨状态下设计安全系数Ks≥1.02。

表1　不同削坡方案工程量及投资比较表

2)稳定计算方法

本次稳定性计算采用SlopeEx1.4边坡稳定性分析软件，稳定计算采用简化Bishop法计算。

3)参数选定

根据地质勘探资料，本工程区内边坡土质主要为：Q32eol黄土、Q2eol黄土状土、Q11-1L粉质粘土,计算参数见表1。本次依据地质剖面和相应的物理力学指标，选取边坡高度最高的断面进行了分析计算。根据陕北延安地区降雨特征，暴雨或连续降雨条件下，雨水对土质斜坡不可能达到整体饱合状态，连续降雨条件下，雨水对边坡最大可能影响深度一般小于2 m，因此，稳定性评价时按2 m饱和层考虑，2 m以下仍按天然条件下的抗剪强度和天然重度考虑，饱和层稳定性计算岩土参数见表2。

表2　天然状态稳定性计算参数表

4)计算工况

工况1：天然状态，取天然重度、天然抗剪强度参数。

工况2：连续降雨状态下，按地表入渗2 m饱合层考虑，其下按天然状态考虑。

5)计算结果及结论

抗滑稳定的安全系数K，按照《规范》选取。典型断面抗滑稳定计算结果详见表4。

表3　饱和层稳定性计算参数

表4　典型断面边坡稳定分析计算结果表

由计算结果可以看出，两种计算工况边坡稳定安全系数K均大于《规范》允许值，满足稳定要求。

图2　天然状态

图3　连续降雨状态

2.2坡面排水工程设计

由于降水产生的地表径流可能沿坡流向坡脚方向，对坡脚产生冲刷、落石等危害，影响边坡工程安全运行。对于坡面降水，设计考虑在边坡坡顶设置截水沟，各级平台内侧均设置横向排水沟，并通过坡面竖向排水沟排入坡脚的排水系统中。

1)排水流量的确定

参照二级公路路界内坡面排水确定本次设计降雨重现期为10 a，坎顶、马道截水沟及坡脚排水沟设计排水流量按推理公式法[1]确定，计算公式为：

Q=16.67×C×I×FI=Cp×Ct×I5，10

经计算，吴起水厂高边坡排水沟排水设计流量成果见表5。

2)排水沟尺寸拟定

坡脚排水沟及坡顶截水沟均采用20 cm厚C20混凝土矩形结构，糙率取0.014，本次设计坡脚采用坡降最小段i=0.3%；坡顶截水沟高程按照现状地形布设，采用坡降最小段坡降i=1%，经水力计算，本次坡脚排水沟尺寸拟定为宽1.0 m，深1.0 m；坡顶截水沟尺寸拟定为宽0.7 m，深0.7 m。

2.3防护加固工程及景观绿化工程设计

边坡治理工程设计中利用工程防护措施与生态防护措施相结合的方式对边坡进行加固及美化。边坡防护加固及绿化美化主要起稳定边坡、防止滑坡、减少水土流失、美化环境、涵养水源，促进有机污染物的降解，起到净化空气、调节小气候和丰富景观的作用[2]。

目前针对土质边坡的防护措施主要有：①铺草皮、三维植被网护坡等植物防护；②骨架植草护坡(浆砌石骨架、现浇砖砌骨架)；③片石护坡(干砌石和浆砌石)、护面墙等圬工护坡形式。

本次边坡治理在满足边坡稳定的前提下，本着就地取材、经济实用、生态美观的原则，从施工难易程度、工程造价等方面考虑，采用拱形砖砌骨架植物护坡进行坡面防护，此种防护形式亦为当地常用的边坡治理护坡型式。

表5　吴起水厂高边坡排水沟排水设计流量计算成果表

设计拱形骨架由主骨架(拱柱)和支骨架(拱骨架)组成，主骨架做成槽形，支骨架做成L型，用以分流排除地表水，主骨架与边坡水平线垂直，骨架宽62 cm，厚31 cm，底铺3 cm砂浆，两侧设置6 cm厚6 cm高挡水缘，主骨架净距3.0 m；支骨架呈拱形,拱半径1.5 m，骨架宽44 cm，厚31 cm，底铺3 cm砂浆，内插设置6 cm宽6 cm高挡水缘，拱间净距3.0 m。骨架嵌入整平边坡坡面以下30 cm，骨架内挖窝植草籽。拱形骨架上部镶边石与马道未防护面衔接处采用机砖封面封闭，防止水流渗入引起破坏。每三个拱形骨架设置伸缩缝一条，缝宽2 cm，缝内填充聚乙烯低发泡沫板，表面涂2 cm厚聚硫密封膏封面。

根据吴起县气候特征，绿化工程拟选植物种类：

(1)护坡草坪植物，采用冷季型和暖季型草坪植物配合使用，具体可选择的花草种有：狗牙根(暖季型)、结缕草(暖季型)、小冠花(冷季型)、白(红)三叶(冷季型)、高羊茅(冷季型)、林地草熟禾(冷季型)等草种。

2)对于低灌木可选择：(1)用于坡面图案组合的有：紫叶小檗、红叶石楠、金叶女贞、黄杨、十大功劳、锦鸡儿、柠条、紫穗槐、迎春花等。(2)用于独立成行孤植的有：木槿、夹竹桃、紫薇、红柳等。

3　结语

边坡治理工程措施可从削坡卸载、坡面排水工程、防护加固工程及景观绿化工程等方面进行设计。本文基于SlopeEx1.4边坡稳定性分析软件，对天然状态及连续降雨状态下按照坡率法进行削坡处理的高边坡进行了稳定计算分析；坡面排水工程的设计可防止地表径流对坡面及坡脚产生冲刷危害；边坡防护加固及景观绿化工程可起到稳定边坡、防止滑坡、减少水土流失、丰富景观及美化环境的目的。通过上述工程设计，可提高整个薛岔供水工程的安全可靠性，减轻边坡失稳对水厂的危害，确保水厂工作人员生命财产安全及吴起县人民正常饮用水。

[1]姚祖康.公路排水设计手册[M].北京：人民交通出版社.2001.

[2]郑颖人，陈祖煜，王恭先，凌天清.边坡与滑坡工程治理[M].北京：人民交通出版社.2010.

2016-03-14

崔自力(1985-)，男，陕西西安人，工程师，主要从事水利设计工作。

P641.2

A

1004-1184(2016)05-0166-03