驮英灌区跨明江倒虹吸管槽边坡变形及处理方案

2023-01-03唐新宇

广西水利水电 2022年6期

唐新宇

（广西水利电力勘测设计研究院有限责任公司，南宁 530023）

1 工程概况

驮英水库灌区设计灌溉面积为84.12 万亩，为大（2）型灌区。总干渠跨越明江处采用“埋式倒虹吸方案”，明江左侧河岸地形较陡，右侧河岸为Ⅰ级阶地，呈现出不对称的地形形状。跨越明江倒虹吸设计输水流量25.4 m3/s，为2级建筑物。

总干渠跨明江倒虹吸左岸桩号Z23+320～Z23+510 段管槽临时边坡设计开挖坡比为1∶0.75，基础开挖深度为4.5～13.9 m。该段管槽开挖完成后，管槽左侧（靠山坡一侧）的临时开挖边坡出现了滑塌。滑坡体整体呈“长舌状”，主滑动方向为129°，滑坡体轴长约173 m，前缘宽度约120 m，滑坡体平面面积约10 540 m2，滑坡体深度为5.0～24.0 m，平均滑动深度约为17.9 m，滑坡体体积约18.9 万m3，属中型中层牵引式滑坡。滑坡形态及滑坡周界见图1。

图1 滑坡形态及滑坡周界

2 边坡变形原因分析

根据现场揭露的工程地质分析，边坡开裂变形主要是由地形地貌、地层岩性、地质构造、工程建设及降雨等因素的综合影响所致。

（1）地形地貌。发生滑坡的山体两侧发育有冲沟，切割边坡，使得边坡的整体性降低，为滑坡的发生提供了地形条件。

（2）地层岩性。工程区出露侏罗系泥质粉砂岩、砂岩，通过现场测绘，岩层走向为N70°～86°E，倾向SE，倾角为26°～32°，坡面的走向为N28°E，岩层面与坡面夹角较小，为视顺向坡。且泥质粉砂岩含泥量较高，泡水易软化。

（3）地质构造。根据区域地质资料，跨明江倒虹吸轴线北侧约200 m处发育有一条性质不明断层F1，现场调查时未发现断层揭露情况。边坡发生滑动后通过高密度电法测绘发现后缘存在一条次生断层F2（受F1 断层影响形成），两条断层之间形成大量裂隙，并切割后缘岩层。管槽开挖后，顺向岩层后缘受F2断层的切割作用形成楔形体，边坡前缘形成高陡临空面，对边坡稳定不利。

（4）工程建设。管槽开挖施工过程中边坡上方的岩土体长期处于临空状态，管槽边坡开挖切脚爆破作用使得边坡处于稳定安全度偏低的状况。

（5）降雨。降雨是边坡发生滑塌的主要诱发原因。滑坡体表部为甘蔗种植地，覆土相对疏松，雨水直接沿着松散的土层下渗补给下伏岩土体。边坡下伏砂岩、泥质粉砂岩等岩体受雨水的长期浸泡，容易发生软化崩解，也会削弱岩土体的物理力学性质，边坡易沿着软化的岩层面发生滑动。根据崇左市雨量站统计，2020年4月23日～5月22日崇左市的降雨量高达243.1 mm，主要以阵雨、暴雨为主，这种历时短雨量大的降雨，使得边坡上方岩土体的强度突降，并且加大了边坡上方岩土体的重度，导致边坡的抗滑力突降而下滑力陡增，从而引发滑坡。

3 边坡稳定分析

本文采用刚体极限平衡法计算岩质边坡稳定性系数。刚体极限平衡法理论使用较早、发展也较完善，是工程中使用最多的一种方法，它能够对岩土体结构的稳定性做出较为准确的评价。对于岩质边坡，多为软弱结构面发生滑移，破坏面可为直线、折线等，应根据结构面形态采用平面或折线形滑面进行计算[1]。本文边坡稳定分析采用折线滑动传递系数法进行计算

3.1 分析模型

以主滑方向的横断面作为分析对象，如图2 所示，相应的物理力学参数见表1。

图2 工程边坡主滑断面（1-1）

表1 边坡岩体物理力学参数表

对边坡主滑断面分析可知，滑坡体体积较大，滑坡体后缘附近滑动带坡度较陡，为70°～80°，中部及前缘坡度较缓为10°～30°，前缘滑动面与岩层面倾角相近，为视顺向坡。倒虹吸基础开挖后，顺向岩层后缘受F2断层的切割作用形成楔形体，边坡前缘形成高陡临空面，对边坡稳定极为不利。该边坡构造为“不稳定型”，需进一步分析计算其抗滑稳定安全系数。

3.2 计算工况

边坡按2 级边坡设计，计算工况为正常运用工况和非正常运用工况。正常运用工况：边坡自然条件下的工况；非常运用工况：边坡遇暴雨，岩土体内部裂隙面水压力增大[2]。按《水利水电工程边坡设计规范》（SL 386-2007），正常运用工况和非正常运用工况边坡抗滑稳定最小安全系数分别为1.20～1.15、1.10～1.05。

3.3 计算成果

根据地质主滑断面建立计算模型，采用理正边坡治理软件进行计算（见图3）。边坡正常运用工况和非正常运用工况抗滑稳定安全系数计算结果分别为1.03、0.85，主滑断面的抗滑稳定安全系数在非常运用工况下小于1，不满足规范要求，说明有滑动的可能，这与实际情况相符，说明本次分析所采用的地质参数是合理的。

图3 工程边坡理正计算模型

为保证边坡的安全，采取应急处理措施，对开挖的管槽进行回填，并对边坡顶部进行削坡卸荷处理。处理后边坡正常运用工况和非正常运用工况抗滑稳定安全系数计算结果分别为1.18、1.07，均大于1.05，现状边坡处于基本稳定状态，符合当前现场观测结果。但两种计算工况下的抗滑稳定安全系数均不满足规范要求，因此，对管槽进行应急处理后边坡仍需采取进一步的处理措施，以使永久边坡的抗滑稳定安全系数满足规范要求。

4 边坡治理方案比选

施工期临时边坡按4级边坡设计。根据现状边坡的特性和应急处理效果，并结合类似工程的处理措施，滑塌段边坡治理拟定3个方案进行比选，3个方案分别为加大坡脚反压堆载方案（方案一）、削坡卸载方案（方案二）、抗滑桩加固方案（方案三）。

4.1 方案一：加大坡脚反压堆载方案

滑坡体体积较大，属中型中层牵引式滑坡，滑动面后缘坡度较陡，前缘较缓。且管槽回填后，边坡已基本稳定，只是安全系数达不到规范要求，故考虑采取继续加大坡脚反压堆载的处理措施以保证边坡抗滑稳定安全系数满足规范要求。

考虑在边坡坡脚管道中心线以外约40 m范围夯填碎石土至141.9 m高程，形成边坡坡脚反压平台，通过坡脚反压堆载所提供的阻滑力来提高整个边坡的抗滑稳定性。反压平台土石填筑要求每0.3 m分层碾压，压实度不小于0.96。处理后的边坡典型横断面如图4所示，边坡正常运用工况、非常运用工况（挖除回填土施工期）、非正常运用工况（暴雨工况）抗滑稳定安全系数计算结果分别为1.31、1.08、1.25。

图4 反压堆载方案典型横断面（1-1）

4.2 方案二：削坡卸载方案

对高程142.0 m以上的边坡基本按滑动面坡比进行削坡处理，142.0～160.0 m高程边坡坡比为1∶3，160.0 m 高程以上边坡坡比为1∶2，在160.0 m 高程设置15 m 宽的马道。处理后的边坡典型横断面如图5 所示，边坡正常运用工况、非常运用工况（挖除回填土施工期）、非正常运用工况（暴雨工况）抗滑稳定安全系数计算结果分别为1.42、1.26、1.22。

图5 削坡卸载方案典型断面图（1-1）

4.3 方案三：抗滑桩加固方案

对现状边坡采用锚拉抗滑桩进行加固处理。滑坡段约120 m范围内，在管槽左侧边坡坡脚处布设两排抗滑桩，抗滑桩直径2 m、中心间距4 m，每根桩桩顶布设一根1000 kN预应力锚索。处理后的边坡典型横断面如图6所示，边坡正常运用工况、非常运用工况（挖除回填土施工期）、非正常运用工况（暴雨工况）抗滑稳定安全系数计算结果分别为1.30、1.22、1.19。

图6 抗滑桩方案典型断面图（1-1）

4.4 方案比选

经分析计算，3 个方案典型横断面各工况的抗滑稳定安全系数均满足规范要求。3个方案的主要工程量、工期及投资对比见表2。

（1）加大坡脚反压堆载方案。需调整倒虹吸管道布置，新增排洪涵管、桩基承台基础及排洪沟等项目，设计及施工较为复杂，工期适中，投资最省，可充分利用上游段明渠开挖的土石料进行填筑，对环境影响相对较小。

（2）削坡卸载方案。倒虹吸管道可以维持原设计方案，主要是土石方开挖和填筑作业，设计及施工都最为简单，工期也最短；但本方案弃渣量过大，弃渣场距离较远，渣土运输费用过高。另外，该方案大量的土石方工程需新增永久用地达30多亩，且对现有植被生态造成较大破坏，水土流失严重。

（3）抗滑桩加固方案。倒虹吸管道也可以维持原设计方案，不用新增永久用地，不涉及大量的土方工程，对环境影响最小。但由于抗滑桩大部分为岩体内造孔，且钢筋制安也多，造价最高，工期最长。另外，考虑到本方案在施工抗滑桩时，施工设备重量较大，施工过程中会增加边坡竖向荷载，对边坡稳定影响较大，且大孔径桩基岩体内造孔施工难度较大，周期较长，亦影响主体工程施工。

综上所述，在对边坡坡脚管槽进行回填及坡顶局部削坡卸载后，推荐采用加大坡脚反压堆载方案对边坡进行治理。