石山口灌區(qū)南干渠清水塘滑坡原因分析及處理措施探究

向廣銀

石山口灌區(qū)南干渠清水塘滑坡原因分析及處理措施探究

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一、工程概況

石山口灌區(qū)位于河南省羅山縣中北部，是河南省大型灌區(qū)之一，始建于1966年10月，1968年初步開通，1973年正式開灌。設(shè)計(jì)灌溉面積31萬(wàn)畝，灌溉范圍涉及8個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，82個(gè)行政村，控制面積421km2，受益人口28.2萬(wàn)人。灌區(qū)建成發(fā)揮效益以來(lái)，大大改善了當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，糧食產(chǎn)量有了很大程度的提高，為羅山縣工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展及灌區(qū)人民生活水平的提高做出了較大的貢獻(xiàn)。

石山口灌區(qū)始建于二十世紀(jì)六七十年代，受當(dāng)時(shí)主客觀條件限制，標(biāo)準(zhǔn)低、質(zhì)量差、不配套，加之后期缺乏必要的維修養(yǎng)護(hù)，運(yùn)行40多年來(lái)，多次出現(xiàn)滲漏、塌方、滑坡等險(xiǎn)情，直接威脅著灌區(qū)的安全運(yùn)行。其中，石山口南干渠清水塘滑坡段長(zhǎng)350m，為深挖方渠道，由于存在特殊的地形地貌和地質(zhì)條件，灌區(qū)管理單位曾對(duì)該滑坡段采取過(guò)諸如擋土墻、抗滑樁等多種治理方法，均不能有效治理滑坡。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘查，樁號(hào)18+569～18+767之間擋土墻已垮塌；樁號(hào)18+695～18+850之間采用擋土墻與抗滑樁聯(lián)合防護(hù)，樁徑為0.7m，樁與樁之間水平間距1.5～2.0m，原為直立，當(dāng)時(shí)抗滑樁已出現(xiàn)不同程度的傾斜，傾角15°～35°，大部分已斷裂破壞；樁號(hào)18+875～18+902之間右側(cè)渠道平臺(tái)以下渠坡塌滑，造成擋土墻垮塌，渠道阻塞。因此，該段滑坡已嚴(yán)重影響到南干渠的正常使用，亟需對(duì)其進(jìn)行治理。

二、滑坡成因分析

1.不利的巖土層結(jié)構(gòu)

鉆探揭示地層巖性為第四系上更新統(tǒng)（Q3）低液限粘土，黃色～棕色，但在一級(jí)平臺(tái)以下存在高嶺土層，取原狀土樣分析，自由膨脹率達(dá)51%。其性質(zhì)遇水軟化，失水崩解，抗剪強(qiáng)度較低，力學(xué)性能不穩(wěn)定，為相對(duì)易滑層，為失去力學(xué)平衡的滑坡體提供了不利的滑動(dòng)面。

2.較陡的開挖邊坡

由于該渠段為深挖方渠道，開挖渠道后右岸形成了坡頂與渠底高差在10～20m之間，渠底以上5.0m處設(shè)有1.5m寬的平臺(tái)，平臺(tái)以下坡比1∶1.5，平臺(tái)以上坡度陡，坡度為27°～30°之間。渠道開挖改變了原有地形和原有土體應(yīng)力狀態(tài)，形成了人工高邊坡和臨空面，為邊坡巖土體的側(cè)向變形提供了空間，加之該邊坡特征是上部陡峭，開挖并沒(méi)有對(duì)岸坡上部土體進(jìn)行充分卸載，邊坡的抗滑能力顯著降低，從而導(dǎo)致坡體產(chǎn)生滑動(dòng)，形成了滑坡體。

3.缺乏有效的岸坡排水設(shè)施

坡頂未設(shè)集水、排水設(shè)施（如排水溝、坡水入渠等）邊坡未做硬化等，遇到雨季時(shí)，坡頂?shù)拇髿饨邓苯油ㄟ^(guò)邊坡下流或直接滲入邊坡土體內(nèi)部，導(dǎo)致土體含水率增大，粘聚力顯著降低，一方面增加了邊坡巖（土）體的重度，另一方面降低了巖（土）體的抗剪強(qiáng)度，減小了抗滑力；同時(shí)，雨水在土體中形成向下的滲流，從而使滑動(dòng)力增加。當(dāng)?shù)乇硭疂B入到相對(duì)易滑層（高嶺土層），使得接觸帶的高嶺土層含水量增大，形成軟弱面，當(dāng)上部巖（土）體荷重隨含水量的增大而增加到一定程度而界面處抗剪強(qiáng)度減小到不能抵御上部巖（土）層下推力的作用時(shí)，邊坡巖（土）體在自重作用下，沿軟弱界面產(chǎn)生滑動(dòng)，形成滑坡。

4.原有擋土墻斷面設(shè)置不合理

原有擋土墻高度較低，在渠底以上高度 1.5～1.8m之間，樁號(hào)18+795～18+850之間擋土墻下還采用抗滑樁進(jìn)行了加固防護(hù)，抗滑穩(wěn)定系數(shù)有了一定程度的提高，但是仍無(wú)法阻止滑坡現(xiàn)象發(fā)生。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析原因：一是擋土墻斷面太小，不足以抵擋上部滑動(dòng)土壓力而造成自身失穩(wěn)；二是由于渠道邊坡較陡，墻體高度不夠，上方土體仍可能沿墻頂平面作為滑動(dòng)面發(fā)生滑坡；三是抗滑樁樁長(zhǎng)及樁徑不夠，設(shè)置不合理，未能有效發(fā)揮作用。

綜上所述，該工程滑坡的主體屬牽引式的順層滑坡，主要由不利的巖土層結(jié)構(gòu)及邊坡的開挖卸載不充分而致使上部巖（土）體失去支撐產(chǎn)生滑移。

三、工程治理方案分析

該滑坡土體的自然地層地質(zhì)條件是產(chǎn)生滑坡隱患的內(nèi)因，不利的工程開挖和大氣降水是滑坡產(chǎn)生的主要誘發(fā)因素。上述諸多因素，在整治過(guò)程中應(yīng)予以綜合考慮。

1.方案對(duì)比分析

針對(duì)清水塘滑坡段現(xiàn)狀存在的問(wèn)題以及地形地貌，經(jīng)過(guò)分析，在設(shè)計(jì)時(shí)擬定兩種方案進(jìn)行比較。

方案Ⅰ：采用“減、排、固”綜合治理方案，即同時(shí)采用上部削坡減載以減少滑動(dòng)力，下部坡面拱與抗滑樁綜合加固提高抗滑力，同時(shí)對(duì)坡面采用排水和導(dǎo)滲措施，以降低雨水對(duì)邊坡的不利因素?？紤]到原有工程處理措施較單一，為擋土墻加固坡腳，局部設(shè)抗滑樁，不能解決邊坡滑動(dòng)的問(wèn)題，反而擋土墻和抗滑樁出現(xiàn)了變形和破壞。如單獨(dú)采用排水導(dǎo)滲、削坡減載或者支擋，仍然不能解決邊坡滑動(dòng)的問(wèn)題。因此，需采用“減、排、固”綜合治理方案，即同時(shí)采用削坡減載、排水導(dǎo)滲、坡面拱與抗滑樁相結(jié)合對(duì)滑坡段進(jìn)行處理。

方案Ⅱ：采用鋼筋混凝土箱涵對(duì)滑坡段進(jìn)行處理。由于鋼筋混凝土箱涵具有較大的整體剛度，能夠抵抗巨大的抗滑和抗破壞能力，有效治理該段滑坡。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的地形地貌分析，方案Ⅰ通過(guò)放緩邊坡對(duì)岸坡上部土體進(jìn)行充分卸載，在平臺(tái)以下采用坡面拱與抗滑樁相結(jié)合，可有效治理因高嶺土層遇水膨脹造成的坍塌滑坡，通過(guò)設(shè)置必要的排水溝和貼坡排水可及時(shí)排除坡面積水，減少坡水滲入而降低邊坡的穩(wěn)定性，在技術(shù)上更為可行，經(jīng)濟(jì)上更為合理，施工便利，工期短，且因地制宜，不影響渠道水流形態(tài)。缺點(diǎn)是挖壓占地較多，開挖土方量大，但坡頂為崗地，不屬于基本農(nóng)田，管理單位能夠解決用地問(wèn)題。方案Ⅱ采用鋼筋混凝土箱涵，可徹底根治該處滑坡，技術(shù)上可行。但該段渠道左岸渠坡內(nèi)建有1座電灌站，若采用方案Ⅱ，則需拆除原有電灌站，選址重建電灌站，施工復(fù)雜，工藝要求較高，工期長(zhǎng)，影響渠道水流形態(tài)。且該處渠道流量較大，達(dá)21m3/s，需建箱涵斷面較大，工程投資較大，初步估算方案Ⅰ的1.7倍。經(jīng)過(guò)比較和論證，確定采用方案Ⅰ，即削坡減載、排水導(dǎo)滲、坡面拱與抗滑樁相結(jié)合的綜合治理方案對(duì)滑坡段進(jìn)行處理。

2.滑坡處理方案設(shè)計(jì)

采用方案Ⅰ，即采用削坡減載、排水導(dǎo)滲、坡面拱與抗滑樁相結(jié)合的滑坡處理方案。

（1）削坡減載設(shè)計(jì)

對(duì)渠道右岸已滑動(dòng)的土體進(jìn)行開挖，考慮到一級(jí)平臺(tái)以下存在高嶺土層，開挖深度要求達(dá)到滑動(dòng)面0.5m以下，再按1∶2的坡比重新回填，回填土料為中粗砂。對(duì)原有平臺(tái)擴(kuò)寬至2.0m，平臺(tái)以上按1∶2.5的坡比整修邊坡。

（2）排水導(dǎo)滲設(shè)計(jì)

削坡減載完成后，對(duì)該段渠道右岸平臺(tái)以上渠坡兩端及中間每50m設(shè)橫向排水溝，沿坡頂及平臺(tái)與邊坡的交界處內(nèi)側(cè)設(shè)縱向排水溝2處，與橫向排水溝相連接；平臺(tái)以下設(shè)坡水入渠4處，分別與平臺(tái)內(nèi)側(cè)縱向排水溝連接。

（3）坡面拱與抗滑樁設(shè)計(jì)

考慮到原有擋土墻高度不足，擋土墻和抗滑樁出現(xiàn)了變形和破壞，設(shè)計(jì)對(duì)原有擋土墻及抗滑樁進(jìn)行拆除，平臺(tái)以下渠坡采用一級(jí)坡面拱設(shè)計(jì)，護(hù)坡斜長(zhǎng)5.6m，邊坡1∶2，拱圈內(nèi)半徑為2.5m，采用兩層拱圈。拱圈為0.65m厚的M7.5漿砌石，深1.2m。拱內(nèi)采用0.3m厚干砌石護(hù)砌，下設(shè)0.3m厚粗砂碎石墊層，拱圈外為0.3m厚M7.5漿砌石護(hù)砌；拱腳采用C20鋼筋混凝土灌注樁固定，樁徑1.0m，樁長(zhǎng)7m，相鄰灌注樁之間用C20鋼筋混凝土連系梁連接，梁截面尺寸為0.5m×0.5m。

四、工程治理穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

石山口灌區(qū)南干渠清水塘滑坡段治理工程于2007年實(shí)施完成，由于采用了“減、排、固”綜合治理方案，將坡頂?shù)牡乇硭ㄟ^(guò)排水溝及坡水入渠引入渠道，減小了地表水對(duì)土體的滲入，削坡減載的同時(shí)對(duì)高嶺土層進(jìn)行了清理?yè)Q填處理，減少了邊坡土的滑動(dòng)土壓力，坡面拱與抗滑樁的聯(lián)合運(yùn)用，大大增加了邊坡的抗滑穩(wěn)定性。運(yùn)行期間通過(guò)多次灌溉放水和大雨的考驗(yàn)，運(yùn)行正常，未再出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象，通過(guò)監(jiān)測(cè)，各測(cè)量特征點(diǎn)水平位移和沉降呈穩(wěn)定趨勢(shì)，實(shí)踐證明采取的治理措施是有效的

（作者單位：河南省信陽(yáng)市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院 464000）