辋川河输水干渠边坡水毁修复案例分析

马 龙，庞 辉，王 洋

（陕西省水利电力勘测设计研究院,陕西 西安 710004）

1 工程概况

2021 年8 月～9 月,关中连续降雨,极端天气频发,局部遭受短时强降雨。经统计,辋川河地区降雨总量693.78 mm,日最大降雨量76.4 mm（9 月25 日）。由于持续强降雨,输水渠边坡局部地下水位抬高,土体含水量严重饱和,致使引水工程输水渠发生多处坡体滑坡,对工程的安全运行造成一定威胁。本文以蓝田县小寨镇（段）输水渠两侧坡体险情为例,分析其原因,并提出水毁修复工程设计方案。

2 水毁现状及分析

2.1 水毁现状

滑坡段共分布滑坡体5 处和1 处变形体,滑体纵长10 m～40 m,横宽12 m～75 m,滑体厚度0.5 m～1.9 m,属浅层土质小型滑坡。滑坡壁呈舒缓弧形展布,产状较陡,壁高1.2 m～2.0 m,坡角约 65°～90°。滑体土体很湿～饱和,土质松软。每个滑体可由多级滑动面和滑坡平台构成。滑坡前缘现滑坡鼓丘、滑坡舌、醉汉林等典型滑坡特征。滑坡舌剪出口滑面较缓,一般坡角约22°～30°。滑面及滑舌地下水含量丰富,常有地下水渗出或流出。野外工程地质测绘和勘探发现,该处坡体较陡,坡面土体松散,地下水发育,该边坡天然情况下定性分析认为处于基本稳定状态,在暴雨和地震等不利条件下,处于不稳定。现场破坏情况及应急措施见图1。

图1 现场破坏情况

2.2 原因分析

经现场查看,论证分析,认为输水渠出现滑坡主要有以下原因：

（1）根据钻探揭露,滑体主要为第四系全新统人工堆积物素填土,滑面位于表层素填土和底部密实层接触带上,滑面埋深较小,为浅层的土质滑坡。地勘报告表明,表层土结构松散,透水性差,力学性质较差,抗剪强度较低。

（2）滑坡段边坡原有砌石和草皮护坡部分损坏,护坡损坏导致雨水直接冲刷坡体,形成坡面径流,造成土体侵蚀,表层滑坡。现场踏勘发现滑坡处少量清水渗出,坡底路面洼处积水严重。

（3）坡面排水系统基本失效,又遭短时间暴雨,雨水不能及时排出；坡体内地下水位上升,表层土体饱和。土体容重增加；降雨入渗造成土体水压力升高,有效应力降低；降雨使土体软化,抗剪强度降低。滑坡体滑动力矩增大,抗滑力矩减小,破坏了自然边坡的稳定状态。

2.3 水毁修复主要内容

维持原工程总体布局不变,针对险情部分进行修复、加固和防护。主要内容包括：修复黄土岭段现状滑坡5 处和1处变形体,确保边坡稳定,保障输水渠安全。

3 方案设计

为保护边坡顶部土下输水箱涵,须维持坡顶高程基本不变,同时不得侵占坡脚现有混凝土巡渠道路,坡顶和坡脚基本维持原位置原高程。本次滑坡处理提出以下设计思路：滑坡体处理+边坡防护+排水系统,同时通过计算分析,确保边坡抗滑满足规范要求。

3.1 滑坡体处理

将现状滑塌范围内的被扰动土体分部位、分段清理、翻夯、碾压。先清表50 cm,清表后对滑动边界线以上扰动土体进行翻夯、压实,翻夯过程加强支护,压实后需达到设计坡比。

滑坡体处理时,采用阶梯式开挖,开挖高度为1 m,开挖宽度以滑坡清表0.5 m 后确定。

输水渠填方边坡参照《堤防设计规范》（GB 50286-2013）,属于三级建筑,高度超过6 m,压实度不低于93%,本次滑坡体处理压实度≥93%。

3.2 边坡防护

3.2.1 设计坡比

原输水渠边坡断面上陡下缓,本次边坡处理结合滑坡后现状,1#滑坡体恢复到原坡度；2#、3#、4#滑坡体坡比采用1∶1.8 并进行计算分析,判断边坡在天然、降雨和地震工况下是否安全。

3.2.2 坡面防护

坡面防护采用钢筋混凝土框格,框格内植草,既经济又美观。框格为菱形,尺寸为2.4 m×2.4 m（长×宽）,厚30 cm。5 个滑坡体具体边坡防护措施如下：

1）1#水毁处滑塌较为严重,坡比较陡,坡脚有村民房屋和混凝土挡墙。因此将该处坡面滑坡处清理挖除后,填筑压实恢复到原坡度,坡脚挡墙维持原状不变,坡面采用钢筋砼框格加φ28 砂浆锚杆进行防护；锚杆设置在框格骨架的十字节点中心,长18 m。最上层锚杆布置在输水箱涵下第一个节点,最下层锚杆布置在滑坡末端。

2）2#、3#、4# 滑坡体,设计坡比为1∶1.8,新设框格梁防护,框格梁顶接现状地面线,顶部设有护肩。框格底接排水棱体,护坡底部设有护角。护坡间隔11 m 设置分缝,采用聚乙烯泡沫板填缝。

3）2#、3#、4#放缓边坡后,为实现滑坡体与两侧原边坡相交处的平顺过渡,设有0.3 m 厚的L 型钢筋砼挡墙,挡墙高度逐渐降低。

4）5#滑坡和变形体处水毁程度较轻、坡比较缓。5#滑坡维持现状,设计采用草皮护坡,坡比整修为1∶2。

变形体设计采用草皮护坡,现状坡比为1∶3,设置排水系统加强排水,即可保持稳定。

3.3 排水系统

边坡坡面排水设施应包括截水沟、排水沟、跌水与急流槽等,应结合地形和天然水系进行布设,并作好进出水口的位置选择。排水沟是边坡防护的重要部分,起到排除坡面积水和坡内渗流和减压作用。本次边坡排水系统包括坡面排水系统和坡内排水系统。

（1）坡面排水共2 道,坡面一道,坡底一道,以便将坡面积水及时排向下游。排水沟高程、走向依据两端已成排水沟及现状地形确定,保证排水通畅。排水沟采用矩形形式,底宽0.3 m,深0.3 m,壁厚0.2 m,采用C25 砼浇筑,两端与现状排水沟相接。

（2）坡内排水采用花管+软管结合的形式,可将箱涵渗水和坡体内部的水及时排出,保持坡体土为非饱和状态。

花管布置在边坡顶部土下箱涵底部2 m 以下,共三排,水平间距和竖向间距均为1.7 m,错开布置。花管管身水平,内侧向坡内伸至箱涵外侧墙,外侧伸至开挖线处（滑坡处理时,阶梯式开挖形成）。

软管在开挖线处与花管相接,外侧伸至坡面框格；排出的水,沿坡面流向纵向排水沟中。

（3）框格底部设置排水棱体,作为护脚可防止坡体内部渗流造成坡脚破坏。排水棱体顶宽0.5 m,高1.7 m,内外坡比均为1∶1。反滤材料为0.2 m 厚的细沙及碎石,内部填充干砌石。

新的排水系统可将坡面水、箱涵渗水及时排出,加上棱体护脚,形成综合排水系统。大大提高了在降雨工况下,边坡的稳定性。

3.4 计算分析

对原滑坡体滑动面以上土体进行挖除、回填、压实后,取2#、3#、4#滑塌体边坡作为计算断面,验证设计坡比1∶1.8时,边坡稳定安全系数是否满足规范要求,尤其是在降雨工况下,是否安全。

根据《水利水电工程边坡设计规范》（SL 386-2007）相关规定,边坡稳定计算考虑以下3 种工况：

①正常运用条件：正常天然状态时的上、下游边坡；

②非常运用条件Ⅰ：连续降雨状态时的上、下游边坡；

③非常运用条件Ⅱ：正常+地震时的上、下游边坡。

边坡的稳定分析计算,采用考虑条块间作用力的简化毕肖普法。边坡稳定计算采用的土体物理力学指标见表1。

表1 边坡稳定计算参数表

各种工况下稳定计算结果见表2、图2～图4。

表2 边坡稳定计算结果表

图2 框格梁护坡正常工况稳定计算结果

图3 框格梁护坡降雨工况稳定计算结果

图4 框格梁护坡正常+地震工况稳定计算结果

由计算结果可知,2#、3#、4#滑坡体采用设计坡比1∶1.8的框格梁护坡时,各工况下边坡稳定计算所得最小安全系数均大于允许最小值,满足规范要求。在排水系统不失效时,2#、3#、4#边坡修复后是稳定安全的。

4 结论

输水干渠发生滑坡险情,最直接原因是原排水系统失效,连日暴雨导致排水不畅,雨水积蓄在坡面,导致土体饱和,抗剪强度显著降低继而发生滑坡。本次设计通过修整边坡,坡面增设框格梁,同时设置坡面和坡内排水系统,增加排水棱体保护坡脚,大大增强了边坡的稳定性,经计算,安全系数满足规范要求。此次输水干渠边坡的水毁修复可为以后类似工程提供有益借鉴。