北引總干渠滑坡段排水工程措施研究

趙雙權(quán)，張 浩，王建紅

(黑龍江省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，哈爾濱150080)

1 基本情況

2011年9月底北引總干渠烏北段38 km處左側(cè)渠堤發(fā)生滑坡破壞，該滑坡段從地形上看屬嫩江一階地前沿，從渠底到左側(cè)地面高差約7 ～8 m，渠底以上5 m左側(cè)已開挖出寬約10 m的馬道，馬道以下邊坡已按設(shè)計(jì)削為1∶3.0，馬道以上邊坡因征地尚未辦妥，未按設(shè)計(jì)施工，現(xiàn)邊坡較陡，約在1∶1 ～1∶0.5。

滑坡體發(fā)生在渠道左側(cè)馬道處，整體形態(tài)平面上呈“新月”狀，坡面上呈“疊瓦”狀，滑坡后緣明顯，滑坡壁在馬道平臺處呈陡坎狀出露，地面下沉約0.6～0.7 m，平行于渠道軸線，較大裂隙有三道，小裂隙較多，裂隙寬約3 ～12 cm，深約5 ～20 cm，渠道坡腳處隆起形成擠壓鼓丘，鼓丘高度在0.2 ～0.6 m，渠底已護(hù)砌的混凝土板也被擠壓，使位于渠道坡腳處寬約2.0 m地帶的混凝土板架空形成“人”字形。在滑坡段實(shí)測了3個(gè)橫斷面，其各部尺寸如表1。

表1 3個(gè)橫斷面體形態(tài)情況表

2 滑坡段排水工程措施研究

經(jīng)過分析，膨脹土是造成北引渠堤滑坡的主要原因，由于膨脹土本身具有較強(qiáng)的脹縮性、多裂隙性和超固結(jié)性，本段渠道左側(cè)邊坡又為挖方渠堤(挖方最深在10 ～15 m，滑坡段實(shí)測挖深9.3 m)如不加以保護(hù)，使土體直接暴露在空氣中，僅靠放緩邊坡，據(jù)其它地方的實(shí)踐證明，很難保證左側(cè)渠坡穩(wěn)定。本次加固設(shè)計(jì)的主要思想為力爭做到切斷左側(cè)渠堤部分土體與外界的水力聯(lián)系，保持土體含水量相對穩(wěn)定，從而使渠道左側(cè)渠坡保持穩(wěn)定，因此排水問題對處理滑坡非常重要。

2.1 地表水

北引總干渠烏北段渠道沿嫩江一級階地前緣布置，渠道左側(cè)挖方，右堤填方，為了排除總干渠左側(cè)高平原坡地洪水，設(shè)計(jì)在總干渠左側(cè)布設(shè)排水截流溝，截流溝軸線與總干渠平行，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為30 a一遇，溝道底寬1 ～8 m，水深1.09 ～2.37 m，在33 +751、46 +800 處設(shè)坡水涵洞穿總干渠排向右側(cè)進(jìn)入嫩江，為防止截流溝內(nèi)坡水向渠堤土體內(nèi)入滲，影響總干渠左側(cè)渠坡穩(wěn)定，截流溝采取了防滲護(hù)砌措施。

2.2 地下水

總干渠左側(cè)渠堤與高平原連接，高平原地表平坦，地質(zhì)勘探表明地下水埋深較淺，主要靠降雨補(bǔ)給和頂部高平原地下水側(cè)向徑流補(bǔ)給，排泄途徑主要為人工開采、蒸發(fā)及總干渠的截流［1］。為了減少地下水的側(cè)向補(bǔ)給，降低渠道左堤土體含水量，使之保持含水量的相對穩(wěn)定，消除地下水側(cè)向滲透壓力，擬在左側(cè)截流溝下面開挖一條縱向排水盲溝，溝底高程與總干渠渠底高程一致，排水盲溝間隔一定距離排水至總干渠右側(cè)，排水盲溝的作用是切斷總干渠左側(cè)渠堤與高平原地下水的水力聯(lián)系，降低渠道左堤土體含水量，增加土體抗剪強(qiáng)度，保持渠堤邊坡的穩(wěn)定。

2.2.1 縱向排水盲溝流量計(jì)算

按久別伊公式計(jì)算，單側(cè)滲水:

式中:Q 為滲水量，m3/s;L 為集水渠長度;K 為含水層滲透系數(shù)(K =1 ×10－7cm/s);H 為含水層內(nèi)地下水位至集水渠靜水位的高度，m;h 為滲渠內(nèi)水深，m;R 為排水影響范圍，m。

經(jīng)上述公式計(jì)算盲溝滲水量成果見表2。

表2 盲溝滲水流量計(jì)算表

2.2.2 排水暗管水力計(jì)算

地下暗管一般采用非滿流輸水，計(jì)算公式為:

式中:Q 為排水流量，m3/s;K 為特性流量，m3/s;A有效為有效斷面面積，

設(shè)計(jì)充盈度按0.6 計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表3。

表3 排水暗管水力計(jì)算

從表3 計(jì)算結(jié)果可知，選取管徑為0.3 m的排水管排水流量為0.0056 m3/s，可以排出10 km的滲水，為保證一定的排水余度，設(shè)計(jì)每約4 km設(shè)一集水井和排水橫管，把盲溝滲水排出渠道右側(cè)。

2.2.3 地下排水系統(tǒng)的布置

渠道左側(cè)地下排水系統(tǒng)主要由排水盲溝、縱向集水管、集水井、橫管及滲水井組成，排水盲溝沿渠道左側(cè)截流溝底部布置，長度1.0 km，樁號37 +500－38 +500，排水盲溝寬度1.5 m，深2.0 m，底部高程與設(shè)計(jì)渠道底高程齊平，盲溝內(nèi)設(shè)排水暗管，管徑0.3m，要求糙率為0.012 的排水花管，縱向比降1/16000，排水管外包裹無紡布，盲溝內(nèi)填粗砂礫料。在38 +500 處設(shè)集水井，集水井為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為1.5 m ×1.5 m ×3 m(長×寬×高)，井壁厚0.2 m，其作用是收集縱向集水管的滲水，集水井設(shè)垂直渠道軸線的橫管，橫管管徑為0.3 m，橫管埋入渠底下1.2 m，并在橫穿渠底部位包裹保溫材料，排水出口接滲水井。

［1］范宣梅，許強(qiáng)，黃潤秋． 四川宣漢天臺特大滑坡的成因機(jī)理及排水工程措施研究［J］． 成都理工大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2006，33(05):448－454．