重慶北碚區(qū)勝天干渠滑坡治理方案比選及參數(shù)設(shè)計(jì)

白繼偉 任可

（1.重慶市北碚區(qū)水利局 重慶 400700；2.重慶龍禹水利勘察設(shè)計(jì)有限公司 重慶 400700）

滑坡是一種常見的自然災(zāi)害，尤其對(duì)于南方降雨量較多、坡度較陡的地區(qū)，滑坡災(zāi)害對(duì)地區(qū)房屋建筑以及水利工程構(gòu)筑物造成嚴(yán)重的破壞。水利建筑物的破壞使得災(zāi)害發(fā)生地段排水困難，造成地區(qū)洪水不能及時(shí)排出，進(jìn)一步惡化地區(qū)坡體的穩(wěn)定性。北碚區(qū)金刀峽鎮(zhèn)響水村干渠是勝天灌區(qū)東干渠的重要組成部分，受到區(qū)域山洪與山體滑坡的影響，渠段存在嚴(yán)重的水毀現(xiàn)象。而造成渠段水毀的主因?yàn)榍紊戏降耐馏w滑坡，滑坡體的運(yùn)動(dòng)引起坡體表面拉裂與垮塌、破壞排水設(shè)施以及房屋、擠壓灌渠使之開裂等嚴(yán)重災(zāi)害，給人民的生活和生產(chǎn)用水帶來嚴(yán)重的影響，工程在對(duì)渠段水毀修復(fù)中設(shè)計(jì)對(duì)滑坡進(jìn)行治理。

1 滑坡概況

1.1 滑坡體特征

滑坡體位于一斜坡凹地地帶，滑體左右兩側(cè)以斜坡中部為界，后緣位于整個(gè)斜坡的中部，為一陡坎，土層較薄，局部見基巖出露。滑坡體高程約411.00m，滑坡前緣地帶較平緩，以小河溝為界高程約346.70m，前后緣高差約64.30m。該滑坡地形坡度約8°～28°，滑坡前緣地勢(shì)較平緩，呈上陡下緩?；略谄矫嫔铣噬刃涡螤?，由東向西延伸，主滑方向?yàn)?73°～286°?；麻L(zhǎng)約224m，寬約48m～132m，面積約 20.38×103m2；滑體厚度 0.20 m～5.40m，平均厚度約2.77m，體積約5.65×104m3。

1.2 滑坡物質(zhì)組成及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

（1）滑體：主要由粉質(zhì)粘土夾少量砂泥巖碎石組成，顏色較多，紅褐、黃褐、灰褐色，軟塑狀～可塑狀；因施工期間下雨，局部呈流塑狀，干強(qiáng)度和韌性中等，無搖振反應(yīng)。滑體土的天然重度是19.50 kN/m3～21.40kN/m3，平均值是 20.40kN/m3，飽和重度是 19.80 kN/m3～21.60kN/m3，平均值是20.80kN/m3。滑體天然快剪標(biāo)準(zhǔn)值C=19.83kPa、Φ=9.95°，滑體天然殘余剪標(biāo)準(zhǔn)值C=15.76kPa、Φ=9.12°；滑體飽和快剪標(biāo)準(zhǔn)值C=16.52kPa、Φ=8.28°，飽和殘余剪標(biāo)準(zhǔn)值 C=13.97kPa、Φ=6.95°

（2）滑帶：主要為黃色、灰綠色粉質(zhì)粘土夾強(qiáng)風(fēng)化泥巖碎石組成，成分性狀與滑體比較接近，含水量較高。

（3）滑床：主要為強(qiáng)中風(fēng)化泥巖，前緣局部為砂巖，滑床穩(wěn)定。

1.3 設(shè)計(jì)建議地質(zhì)參數(shù)

（1）滑體

天然重度：20.4kN/m3，飽和重度21.2kN/m3；抗剪強(qiáng)度：天然狀態(tài)C=19.83kPa、Φ=9.95°，飽和狀態(tài)C=16.52kPa、Φ=8.28°，基底摩擦系數(shù)μ＝0.25。地基承載力根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取150kPa。

（2）滑帶土

抗剪強(qiáng)度：天然狀態(tài)的C值取13kPa，ф值取8°；飽和狀態(tài)下的C值取11kPa，ф值取6°。

（3）滑床

泥巖天然抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值取3.59MPa、飽和抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值取2.34MPa，地基承載力特征值取729KPa。地基系數(shù)建議取K＝8×104kN/m3，基底摩擦系數(shù)泥巖μ＝0.40。

2 干渠水毀工程修復(fù)方案比選設(shè)計(jì)

2.1 支擋方案比選

根據(jù)巖土勘查報(bào)告以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確定采用前沿支擋和滑坡體表面排水相結(jié)合的方式解決滑坡問題，同時(shí)滑坡體表面的山水也能有方向的排除，大大降低了渠段再次遭到水毀的可能性。支擋措施擬定兩種，即抗滑擋土墻和抗滑樁，支擋方案方案比選如表1所示：

綜上分析可知，兩種支擋方案各有優(yōu)劣，但結(jié)合本工程滑坡體特征以及施工成本問題，確定選用支擋方案為抗滑樁方式。

2.2 抗滑樁加固滑坡機(jī)理

在滑坡中設(shè)置抗滑樁之后，抗滑樁與滑坡體之間就會(huì)形成土拱效應(yīng)。土拱效應(yīng)的形成有助于土體進(jìn)行壓實(shí)，進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，這主要是運(yùn)用了土體的抗壓性能。經(jīng)過抗滑樁加固之后的滑坡體，其自身的下滑活動(dòng)被限制，并逐漸進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。受土體下滑作用力的影響，抗滑樁亦會(huì)產(chǎn)生橫向位移，但此位移值較滑坡體位移而言是十分微小的?？够瑯吨g土體在擠壓力作用下會(huì)產(chǎn)生剝落現(xiàn)象，樁間土體與樁后土體活動(dòng)形式的不同步，二者之間就會(huì)產(chǎn)生抗剪能力，進(jìn)而對(duì)抗滑樁上部土體產(chǎn)生“楔緊”作用，延緩上部土體的下滑趨勢(shì)。因此，抗滑樁的加固機(jī)理在于充分利用抗滑樁前后土體應(yīng)力，以形成土拱效應(yīng)，控制滑坡體的進(jìn)一步下滑。

表1 支擋方案比選結(jié)果

表2 樁孔開挖方案比選結(jié)果

表3 工況剩余下滑力

2.3 樁孔開挖方案比選

確定抗滑樁支擋方案之后，應(yīng)進(jìn)一步確定抗滑樁樁孔開挖方案。就現(xiàn)階段技術(shù)手段而言，抗滑樁樁孔開挖應(yīng)用較多方式有兩種，即鉆(沖)孔灌注樁、人工挖孔樁。結(jié)合本工程地質(zhì)條件，對(duì)兩種樁孔開挖方案進(jìn)行比選分析，結(jié)果見表2。

綜上所述，本次工程設(shè)置抗滑樁穩(wěn)定滑坡體，抗滑樁成孔采用人工挖孔樁的方式進(jìn)行。

3 抗滑樁相關(guān)參數(shù)計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 下滑力計(jì)算

根據(jù)傳遞系數(shù)法對(duì)主剖面進(jìn)行計(jì)算，將坡面地形線及潛在滑動(dòng)面簡(jiǎn)化成折線。計(jì)算時(shí)取滑坡的單位寬度為1.0m，簡(jiǎn)化為二維進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)該滑坡的特征，現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行2個(gè)工況的計(jì)算得出剩余下滑力如表3：

3.2 樁身內(nèi)力計(jì)算

本工程抗滑樁及相關(guān)計(jì)算采用理正巖土抗滑樁設(shè)計(jì)軟件計(jì)算和復(fù)核。按滑坡推力作用情況和庫倫土壓力作用情況，兩種情況進(jìn)行計(jì)算，取其大值作為設(shè)計(jì)推力。以滑坡推力計(jì)算出設(shè)計(jì)推力為672.22 kN/m/m，以庫倫土壓力計(jì)算出設(shè)計(jì)推力為704.701 kN/m/m，因此取大值以庫倫土壓力所計(jì)算出的設(shè)計(jì)推力作為本次抗滑樁樁身內(nèi)力計(jì)算的取值。計(jì)算模型背側(cè)為擋土側(cè)，面?zhèn)葹榉菗跬羵?cè)。計(jì)算得到：背側(cè)最大彎矩 =9035.659(kN/m)，距離樁頂5.760(m)；面?zhèn)茸畲髲澗?0.000(kN/m),距離樁頂-0.000(m)；最大剪力=4211.186(kN)，距離樁頂 4.500(m)；最大位移 =42(mm)。

3.3 抗滑樁設(shè)計(jì)

經(jīng)計(jì)算，確定本次抗滑樁采用單排矩形樁，尺寸為2.0m（高）×1.5m（寬），抗滑樁結(jié)構(gòu)為C30鋼筋砼，間距5m?？够瑯栋苍O(shè)樁號(hào)ZH1～ZH10，各抗滑樁的樁長(zhǎng)與嵌入巖層深度根據(jù)計(jì)算確定。為確保渠道的正常輸水以及與兩端渠道坡度順接，特對(duì)ZH1和ZH10樁頂高程予以說明：ZH1樁頂高程為370.340m，ZH10樁頂高程為370.326m；起點(diǎn)渠道底部高程370.590m，末端渠道底部高程370.576m，渠段坡降按0.03‰控制。

3.4 其他結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）鎖口及護(hù)壁。本工程抗滑樁為人工挖孔樁，在樁口處應(yīng)設(shè)置鎖口，在土層部分設(shè)置護(hù)壁。鎖口及護(hù)壁均采用C30鋼筋砼結(jié)構(gòu)；鎖口口徑為1.5m×2.0m，鎖口尺寸0.4m（高）×0.7m（寬），鎖口高度2m；護(hù)壁長(zhǎng)度按土層厚度確定，護(hù)壁厚度0.2m。

2）箱涵渠道設(shè)計(jì)?？够瑯吨显O(shè)置C20鋼筋砼箱涵渠道，渠道凈空2.1m（寬）×1.6m（高），箱涵壁厚0.15m，底板厚度0.25m，頂板厚度0.12m。修筑長(zhǎng)度47m。

3）排水溝。在滑坡山體表面修筑橫、縱排水溝，將水排向抗滑樁下游已建排水溝內(nèi)，從而減少滑坡體的下滑推力，計(jì)劃設(shè)置橫向排水溝兩級(jí)，從上自下布置，一級(jí)排水溝長(zhǎng)度50m，二級(jí)排水溝72m，凈空尺寸為0.4m（寬）×0.3 m（高），渠墻厚度0.2m，底板厚度0.1m；縱向排水溝貫穿一級(jí)、二級(jí)橫向排水溝，將水排向下游已建排水溝內(nèi)，長(zhǎng)度130m，尺寸為0.6m（寬）×0.4m（高）。

4 結(jié)語

渠道水毀是山區(qū)普遍存在的工程災(zāi)害，其災(zāi)害發(fā)生的機(jī)理主要有兩個(gè)方面的原因：其一為渠道山洪的沖擊；其二為滑坡體的應(yīng)力影響。針對(duì)此類工程災(zāi)害，工程治理中主要采用抗滑與排洪，抗滑樁設(shè)計(jì)是水毀工程修復(fù)的關(guān)鍵，其設(shè)計(jì)合理性關(guān)乎整個(gè)抗滑樁與土體的土拱效應(yīng)，進(jìn)而影響滑坡治理效果。工程實(shí)踐表明，北碚區(qū)干渠水毀治理方案可行，取得了良好的工程效果。陜西水利

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