調(diào)蓄水池高邊坡滑坡治理設(shè)計(jì)方案比選

劉曉云

（甘肅甘蘭水利水電勘測設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

引洮供水二期靜寧配套工程田堡調(diào)蓄水池位于甘肅省靜寧縣境內(nèi)田堡河村上游約1 km的席家河左岸漫灘及Ⅰ、Ⅱ級階地上，傍山臨河而建，為半挖半填的注入式水池，設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積30萬m3。在2020年5月中旬，施工方對調(diào)蓄水池壩體左岸側(cè)邊坡開挖完成后，在施工方現(xiàn)場巡查時(shí)發(fā)現(xiàn)，調(diào)蓄水池邊坡北東后緣出現(xiàn)2道裂縫，裂縫寬度5 cm，在后期巡查監(jiān)測中裂縫寬度逐漸擴(kuò)大并伴有局部滑塌現(xiàn)象，呈加速趨勢發(fā)展。2020年9月18日左側(cè)山坡出現(xiàn)整體滑坡，且滑坡趨勢加劇較為明顯[1]。為消除滑坡對調(diào)蓄水池安全隱患，保證工程安全，最大限度減小對工程總工期的影響，保障工程總體效益發(fā)揮，需及時(shí)妥善解決處理該調(diào)蓄水池靠山側(cè)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的問題。

1 場地基本地質(zhì)條件

調(diào)蓄水池位于席家河左岸漫灘及Ⅰ、Ⅱ級階地上，漫灘及級階地呈帶狀沿溝床左岸分布，地形較開闊，略向溝床及下游傾斜，現(xiàn)為低臺階狀耕地。Ⅱ級階地呈寬窄不一的條帶狀沿溝道左岸分布，地形起伏較大，向溝床及下游傾斜，階面沖溝發(fā)育，現(xiàn)為臺階狀耕地。河床寬30～40 m，河漫灘寬30～70 m，長約400 m，級階地寬20～70 m，長約300 m，Ⅱ級階地寬20～70 m，長度大于400 m。工程區(qū)地處祁連北西向構(gòu)造體系、秦嶺東西向構(gòu)造體系及賀蘭—六盤山南北向構(gòu)造體系的復(fù)合部位。工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.20 g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45 s，對應(yīng)的地震基本烈度為Ⅷ度，屬區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定性較差區(qū)[2]。

2 滑坡原因分析

2020年6月25——26日24 h降雨超過100 mm，屬大暴雨級，已超過調(diào)蓄水池20年一遇設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)，遠(yuǎn)超施工期5年一遇洪水標(biāo)準(zhǔn)；加之7、8月份持續(xù)降雨，僅8月份降雨達(dá)188 mm，較多年平均89 mm，高出一倍多，大量降水下滲至坡體內(nèi)，導(dǎo)致2020年9月18日，調(diào)蓄水池工程施工過程中左岸山體發(fā)生滑坡。

造成滑坡的內(nèi)因是邊坡土（巖）松散破碎，滲透性較強(qiáng)，水對巖土體強(qiáng)度影響比較敏感，外因是連續(xù)降雨使大量降水下滲至坡體內(nèi)致使土體含水量加大，抗剪能力減小，調(diào)蓄水池靠山側(cè)邊坡開挖卸載減小了邊坡的阻滑能力。目前形成的滑坡縱長120 m，前緣寬240 m，后緣寬220 m，相對高差42 m，最大滑移約7.85 m。2020年的持續(xù)性降雨和超強(qiáng)暴雨是導(dǎo)致該區(qū)域環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害和滑坡的主要原因。

本次治理工程滑坡體規(guī)模為48.5萬m3，屬于中型滑坡，滑坡的平均厚度在16.5 m，滑坡按滑體厚度來分，屬于中層滑坡，按滑坡成因分類，屬于牽引式滑坡[3]。

3 滑坡綜合治理方案

根據(jù)滑坡的發(fā)育特征，穩(wěn)定性綜合評價(jià)結(jié)果、危害對象以及場地實(shí)際條件，充分考慮治理工程安全性與可行性、經(jīng)濟(jì)合理性等因素，對調(diào)蓄水池范圍內(nèi)滑坡考慮3種治理方案進(jìn)行論證，并進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后擇優(yōu)選擇[4-7]。

3.1 方案一：坡腳抗滑樁+截水溝綜合治理方案

為增加坡體的抗滑力，盡可能加長抗滑段的長度，綜合考慮抗滑樁的位置選擇緊挨調(diào)蓄水池頂部公路。該方案主要包括坡體削方減載及整平綠化、抗滑樁工程、樁間擋土板工程、截排水渠工程、消力池工程、菱形骨架護(hù)坡工程及裂縫夯填工程等。

（1）坡體削方減載。削坡減載由上向下分級進(jìn)行，每級坡腳留卸荷平臺（馬道），削坡至抗滑樁頂面（高程1 860.00 m）設(shè)計(jì)標(biāo)高結(jié)束，削坡時(shí)依照高挖低填的原則，且削坡后的表面應(yīng)平直，無虛方現(xiàn)象，然后將整平的坡面部分進(jìn)行耕地的恢復(fù)，部分進(jìn)行植草綠化，草的種類以適應(yīng)當(dāng)?shù)夭莘N為主。復(fù)耕先是表層土的收集，將收集好的表層土堆放到指定地點(diǎn)，待削坡完成后，進(jìn)行原狀土的翻松，翻松不少于2遍，最后進(jìn)行種植土的攤鋪。在復(fù)耕前進(jìn)行削方減載的過程中會(huì)涉及到土方的外運(yùn)，削坡產(chǎn)生的棄土可以用筑壩，且在這個(gè)過程中不僅可以對現(xiàn)有的裂縫夯實(shí)，而且對坡體有壓實(shí)作用，防止因虛方而產(chǎn)生的滲水漏水的現(xiàn)象。該方案總計(jì)削方量約為9.988萬m3。

先是3 m長的5%的散水坡，然后為一級坡，一級放坡坡率1∶1.25，坡長6.1 m，接著是長度為3 m的5%的散水坡，接著為二級坡，二級放坡坡率1∶1.25，坡長6.1 m，接著是長度為47.1 m的5%的散水坡，接著為坡率為1∶3長為30.8 m的三級坡，然后為19.3 m長的5%的散水坡，接著削坡至高程為1 897.1 m結(jié)束。削方量9.988萬m3。

不能進(jìn)行全部削坡減載的原因主要有以下2點(diǎn)：一是防止因進(jìn)一步風(fēng)化而導(dǎo)致新的滑坡繼續(xù)發(fā)生，二是前端部分土體對后部的滑體有抗滑和反壓作用，若進(jìn)行全部進(jìn)行削方，前緣會(huì)形成有一個(gè)凹型坑，會(huì)導(dǎo)致積水，可能引發(fā)新的滑坡產(chǎn)生。

（2）抗滑樁?？够瑯堆鼗轮邢绿幉荚O(shè)，前緣緊挨壩頂?shù)墓?，東側(cè)至項(xiàng)目部20 m處，西側(cè)至西側(cè)的沖溝溝口。采用2種樁型，共48根，Ⅰ型樁22根，樁中心間距為5.0 m，樁長18 m，截面尺寸1.8 m×2.4 m，地面以上懸臂段6 m，樁嵌固段進(jìn)入滑面以下8～9 m（其中中風(fēng)化泥巖不小于8 m），嵌固段占樁長度的45%～50%，Ⅱ型樁26根，樁中心間距為5.0m，樁長20 m，截面尺寸1.8 m×2.4 m，地面以上懸臂段6 m，樁嵌固段進(jìn)入滑面以下9～10 m（其中中風(fēng)化泥巖不小于8 m），嵌固段占樁長度的45%～50%。

在抗滑樁樁背側(cè)，填土界線以上至樁頂設(shè)置擋土板，擋土板采用C30混凝土，與抗滑樁通過預(yù)留插筋整體澆筑，混凝土保護(hù)層厚不小于35 mm。厚度0.4 m，長度為4.0 m，寬度為2.0 m。主筋采用HRB400φ25，間距為200 mm。

（3）截水溝。沿樁后削坡平臺橫向及滑坡外圍布置截排水渠，坡體排水渠設(shè)計(jì)坡降為1.5%，外圍截水渠設(shè)計(jì)坡降為1.0%，設(shè)計(jì)總長約1 311 m，其中外圍截水渠長度648 m，坡體排水渠長度663 m。外圍截排水渠鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，渠斷面為正方形，渠頂凈寬1.0 m，深1.0 m，壁厚0.30 m，渠長每隔5 m設(shè)伸縮縫，縫內(nèi)填瀝青泡沫板，渠底面地基處理采用10 cm厚C20混凝土墊層，換填范圍至渠邊兩側(cè)各15 cm。坡體排水渠為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，渠斷面為正方形，渠頂凈寬0.6 m，深0.6 m，壁厚0.18 m，渠長每隔5 m設(shè)伸縮縫，縫內(nèi)填瀝青泡沫板，渠底面地基處理采用10 cm厚C20混凝土墊層，換填范圍至渠邊兩側(cè)各15 cm。

消力池為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，斷面為正方形，消力池凈寬1.4 m，深1.6 m，壁厚0.20 m，消力池底面地基處理采用10 cm厚C20混凝土墊層，換填范圍至池邊兩側(cè)各15 cm。工程共布設(shè)消力池8個(gè)。

（4）菱形骨架護(hù)坡。削坡后的1∶1.25坡段坡面布設(shè)菱形骨架工程，骨架截面為20 cm×30 cm，采用C25混凝土澆筑，骨架嵌入坡面深度為20 cm，外露10 cm，基礎(chǔ)埋深100 cm，菱形骨架每片之間設(shè)伸縮縫，縫寬2 cm，用瀝青麻筋或?yàn)r青板等柔性材料充填。護(hù)坡面積為1 696 m2。

（5）裂縫夯填處理。坡體中部及其前部發(fā)育有大量裂縫，裂縫寬度在0.3～1.2 m，裂縫長度約為460 m。為防止降水沿裂縫下滲，破壞坡體穩(wěn)定性，對裂縫進(jìn)行夯填，裂縫夯填斷面呈“T”字形，夯填時(shí)沿裂縫邊緣向兩側(cè)外延0.5 m，向下進(jìn)行表土剝離，深度為0.3 m，裂縫整體沿表層邊緣向下挖除，夯填采用素土夯填，表層20 cm采用表土回填，壓實(shí)系數(shù)不小于0.9。設(shè)計(jì)夯填土方量為8 260 m3。

（6）治理工程驗(yàn)算。

1）抗滑樁尺寸。依照《滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 38509—2020）規(guī)定，截面尺寸應(yīng)根據(jù)滑坡推力大小、樁間距、樁頂位移量及嵌固段地基的橫向容許承載力等因素確定，抗滑樁錨固深度的計(jì)算，應(yīng)根據(jù)地基的橫向容許承載力確定。底層為巖層時(shí)，樁的最大橫向壓應(yīng)力σmax應(yīng)小于或等于地基的橫向容許承載力。經(jīng)計(jì)算，地基的橫向容許承載力[σH]=285 kPa，樁的最大橫向壓應(yīng)力σmax=240.74 kPa；σmax＜[σH]，故設(shè)計(jì)符合要求。

2）地基承載力。依照《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50007—2011）規(guī)定；僅考慮軸心荷載作用時(shí)，基礎(chǔ)壓力應(yīng)符合承載力計(jì)算（5.2.1-1）（5.2.2-1）的規(guī)定。

當(dāng)基礎(chǔ)寬度大于3 m或埋置深度大于0.5 m時(shí)，以荷載試驗(yàn)或原位測試、經(jīng)驗(yàn)值等方法確定的地基承載力特征值，應(yīng)按承載力計(jì)算（5.2.4）修正：

Ⅰ型抗滑樁：經(jīng)計(jì)算Pk=382.5 kPa。Pk為相當(dāng)于作用的標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，基礎(chǔ)底面處的平均壓力值（kPa）。fa=599 kPa。fa為相當(dāng)于作用的標(biāo)準(zhǔn)組合時(shí)，上部結(jié)構(gòu)傳至基礎(chǔ)頂面處的豎向力值（kN）。根據(jù)計(jì)算，Pk≤fa，符合要求。

Ⅱ型抗滑樁：經(jīng)計(jì)算Pk=453.47 kPa。fa=599 kPa。根據(jù)計(jì)算，Pk≤fa，符合要求。

3）土體穩(wěn)定性。選取主斷面進(jìn)行治理工程后樁前土體的穩(wěn)定性驗(yàn)算，穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)采用上述建議取值，自然狀態(tài)（工況一）1.495；持續(xù)暴雨?duì)顟B(tài)（工況二）4.437；地震狀態(tài)（工況三）1.458；地震暴雨?duì)顟B(tài)（工況四）1.407；計(jì)算得各種工況均達(dá)到穩(wěn)定。

選取主斷面進(jìn)行治理工程后樁后土體的穩(wěn)定性驗(yàn)算，穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 樁后土體穩(wěn)定性驗(yàn)算計(jì)算參數(shù)

坡體的黏聚力與內(nèi)摩擦角取值為實(shí)驗(yàn)參數(shù)的平均值，方法采用理正軟件自動(dòng)搜索最危險(xiǎn)滑動(dòng)面，自然狀態(tài)（工況一）2.324；持續(xù)暴雨?duì)顟B(tài)（工況二）2.210；地震狀態(tài)（工況三）2.219；地震暴雨?duì)顟B(tài)（工況四）2.166；計(jì)算得知各種工況均達(dá)到穩(wěn)定。

4）治理后滑坡體后壁穩(wěn)定性。選取主斷面，計(jì)算參數(shù)及計(jì)算方法同樁后土體穩(wěn)定性驗(yàn)算。自然狀態(tài)（工況一）1.172；持續(xù)暴雨?duì)顟B(tài)（工況二）1.111；地震狀態(tài)（工況三）1.151；地震暴雨?duì)顟B(tài)（工況四）1.067；計(jì)算得知，工況Ⅰ穩(wěn)定、工況Ⅱ基本穩(wěn)定，工況Ⅲ穩(wěn)定、工況Ⅳ基本穩(wěn)定。

利用土工試驗(yàn)成果資料提供的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)平均值（C32.8，φ21.6）對削坡后緣穩(wěn)定性進(jìn)行定量計(jì)算，4種工況下穩(wěn)定系數(shù)分別為：1.172、1.111、1.151和1.067，依據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（GB 32864—2016）的規(guī)定，4種工況下穩(wěn)定性評價(jià)結(jié)果分別為：穩(wěn)定、基本穩(wěn)定、穩(wěn)定和基本穩(wěn)定。

5）截排水渠工程過流量驗(yàn)算。工程地表截排水工程按水力學(xué)計(jì)算，設(shè)計(jì)按50年一遇的流量設(shè)計(jì)（3.51 m3/s），經(jīng)計(jì)算，所設(shè)計(jì)的排水渠過流能力為：3.92 m3/s＞3.51 m3/s，滿足過流能力。

3.2 方案二：“前緣支擋+削坡減載+后緣錨固+截排水”綜合治理方案

（1）削坡減載及前緣支擋。在滑坡前緣夯填體前部施工鉆孔灌注樁，灌注樁?1000@2000 mm，樁長為14 m，樁體及冠梁混凝土強(qiáng)度為C30。共設(shè)置灌注樁108根。削坡比例為1∶5，起始的坡體前緣的高程為1 854.0 m，削坡的方量約為34.2萬m3。

（2）滑坡后緣預(yù)應(yīng)力錨索框架+菱形骨架護(hù)坡。為了保證坡體的整體穩(wěn)定，需對滑坡后緣坡體進(jìn)行刷方，刷方后的起始平臺標(biāo)高及刷方范圍等參數(shù)，一級坡至四級坡坡率均為1∶1；一級至三級坡高10 m，四級坡高6～8 m；每級坡之間留2 m寬平臺，在一級坡、二級坡、三級坡設(shè)錨索框架，坡率1∶1。錨索框架的框架由橫梁和豎肋組成，截面尺寸為0.5 m×0.5 m，嵌入斜坡內(nèi)，豎肋橫向間距中至中為3.0 m，由2根豎肋和2根橫梁組成一片，頂部設(shè)頂梁一道，頂梁截面尺寸為0.5 m×0.3 m?？蚣苁褂肅30混凝土澆筑），錨索設(shè)于框架節(jié)點(diǎn)處，自框架底部往上2.0 m開始設(shè)置，豎向間距4 m，設(shè)2排5Φs15.2預(yù)應(yīng)力錨索，成孔孔徑為Φ150 mm。錨固段均為10 m，設(shè)計(jì)荷載為500 kN，鎖定載荷為450 kN。錨索方向垂直坡面走向。2片框架之間（橫梁每隔8m）設(shè)一道伸縮縫，伸縮縫縫寬2 cm，內(nèi)填瀝青木板條。一級坡框架錨索長度自下而上為17 m、22 m、25 m，共計(jì)26片，二級坡框架錨索長度自下而上為27 m、27 m、27 m，共計(jì)25片，三級坡框架錨索長度自下而上為27 m、27 m，27 m，共計(jì)24片。

四級坡采用菱形骨架護(hù)坡治理，坡率1∶1，骨架采用C25素混凝土澆筑，面積約1 600 m2。

（3）截排水渠。橫滑坡外圍及兩級馬道布置截水渠，橫向渠設(shè)計(jì)坡降為1%，設(shè)計(jì)總長約1 100 m。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，渠斷面為正方形，渠頂凈寬1.0 m，深1.0 m，壁厚0.15 m，渠底面地基處理采用10 cm厚C20混凝土墊層，換填范圍至渠邊兩側(cè)各15 cm。排水渠開挖形成的施工結(jié)合槽采用2∶8水泥土夯填。

（4）錨固驗(yàn)算。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330—2013）及《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（DZ/T 0219—2006），計(jì)算錨固工程相關(guān)量。

1）設(shè)計(jì)錨固力。經(jīng)計(jì)算設(shè)計(jì)錨固力為1 417 kN。

2）錨索間距確定。此次設(shè)計(jì)框架豎肋間距為3 m，共設(shè)9排錨索治理。則每孔錨索的設(shè)計(jì)錨固力為472 kN。

3）錨索截面與鋼絞線根數(shù)。預(yù)應(yīng)力錨索鋼筋截面積應(yīng)滿足（8.2.2-2）的規(guī)定，經(jīng)計(jì)算預(yù)應(yīng)力錨索截面面積為558×10-6m2。錨索鋼絞線根數(shù)經(jīng)計(jì)算為3.99根，本次設(shè)計(jì)鋼絞線根數(shù)5根，滿足要求。

4）錨固段長度。經(jīng)計(jì)算錨固段長度為8.7 m，本次設(shè)計(jì)中，錨固段長度取la=10 m，滿足計(jì)算要求。

5）外錨截面設(shè)計(jì)。經(jīng)計(jì)算外錨面積為2.90 m2。外錨截面為2.36 m2，框架截面面積滿足要求。

3.3 方案三：進(jìn)行全部削坡，地表至滑面的土體全部進(jìn)行清除

該方案從地形線至滑面全部進(jìn)行削坡，總削方量約為48.5萬m3。

4 治理方案論證比選

方案一的優(yōu)點(diǎn)是棄土量較?。s9.988萬m3），造價(jià)較低（1 559.32萬元），對環(huán)境破壞小，占地面積小，不會(huì)增加水保投資，對原批復(fù)的棄渣場無影響，且兼顧了滑坡后緣的穩(wěn)定，缺點(diǎn)是工期較長，施工難度較大；方案二的缺點(diǎn)是棄土多（約34.2萬m3），造價(jià)較高（1 899.92萬元），對環(huán)境的破壞大，占地面積大，需增加水保投資，渣場防護(hù)等級需提高，優(yōu)點(diǎn)是工期較短，施工難度較??；方案三的缺點(diǎn)是棄土多（約48.5萬m3），且影響滑坡體后緣坡體的穩(wěn)定性，對環(huán)境的破壞大，占地面積大，需增加水保投資，渣場防護(hù)等級需提高，優(yōu)點(diǎn)是工期較短，施工難度小。

經(jīng)綜合比較，推薦治理方案一（坡腳抗滑樁+截排水渠的綜合治理方案）作為本工程調(diào)蓄水池滑坡體治理方案。

5 結(jié)論

引洮供水二期靜寧配套工程田堡調(diào)蓄水池傍山臨河而建，為半挖半填的注入式水池，設(shè)計(jì)調(diào)蓄容積30萬m3。在施工過程中邊坡北東后緣出現(xiàn)裂縫，后期裂縫寬度逐漸擴(kuò)大并加速發(fā)展，最后左側(cè)山坡出現(xiàn)整體滑坡，且滑坡趨勢加劇較為明顯。經(jīng)現(xiàn)場地質(zhì)復(fù)勘和對滑坡原因進(jìn)行分析評價(jià)后選擇坡腳抗滑樁+截排水渠的方案對滑坡進(jìn)行綜合治理，工程治理后滑坡達(dá)到穩(wěn)定，保護(hù)滑坡坡腳下調(diào)蓄水池及135鄉(xiāng)道過往行人、車輛的安全，治理工程可靠性滿足相關(guān)規(guī)范要求，治理工程滿足Ⅷ度抗震設(shè)防。