崔自力，陳前玲

(陜西水環(huán)境工程勘測設計研究院，陜西 西安 710018)

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吳起縣薛岔水源地供水水廠周邊高邊坡治理工程設計

崔自力，陳前玲

(陜西水環(huán)境工程勘測設計研究院，陜西 西安 710018)

在高邊坡治理設計中，如何進行治理以達到邊坡穩(wěn)定，確保人民生命財產(chǎn)安全，通過調(diào)查分析和長期的實踐總結(jié)，認為從削坡卸載、坡面排水、防護加固及景觀綠化工程等方面對邊坡進行了綜合性治理。利用坡率法對黃土地區(qū)高邊坡進行削坡卸載以確保邊坡穩(wěn)定，坡面排水可防止地表徑流對坡面及坡腳產(chǎn)生沖刷危害，邊坡防護加固及景觀綠化工程可起到穩(wěn)定邊坡、防止滑坡、減少水土流失、豐富景觀及美化環(huán)境的目的。

坡率法；坡面排水；防護加固；景觀綠化

吳起縣位于陜西省延安市的西北部，該縣地處黃土高原黃河中游無定河和北洛河源頭地區(qū)、毛烏素沙漠南緣，西北鄰定邊縣，東南接志丹縣，東北邊靖邊縣，西南毗鄰甘肅華池縣。吳起縣薛岔水源地供水工程杏樹溝水廠位于吳起縣杏樹溝末端，由于供水工程對水廠廠址高程的要求，需對山體進行削坡處理，從而形成高達25～50 m的邊坡。邊坡一旦失穩(wěn)，勢必影響水廠安全，危及水廠主要設施和工作人員安全。為了減輕邊坡失穩(wěn)對水廠的危害，提高薛岔供水工程的安全可靠性，需對水廠周邊邊坡進行處理以達到安全要求。

1　區(qū)域地質(zhì)概況

工程區(qū)屬黃土梁峁溝壑區(qū)，由于長期的沖刷與侵蝕，地表形成了溝谷縱橫交錯，梁峁相間分布的黃土地貌景觀，總的地勢是北高南低。工程區(qū)無地表水體，地下水類型主要賦存于白堊系下統(tǒng)砂巖裂隙中，水位埋深大于60 m，由于基巖近于水平層狀分布，砂巖、泥巖互層迭置，裂隙稀疏，補給條件差，因而基巖裂隙水難于富集，富水性差。水廠所在區(qū)域及附近100 m范圍未發(fā)現(xiàn)滑坡、崩塌、泥石流等不良地質(zhì)現(xiàn)象。坡體地層從上至下主要為頂部馬蘭黃土、離石黃土和下部新近系甘肅群泥巖。

2　邊坡治理設計方案

邊坡工程設計包括確定邊坡坡率(坡度)與形狀，以及排水工程、防護加固工程與景觀綠化工程等設計內(nèi)容。

2.1邊坡坡率坡形設計

在黃土邊坡治理設計中，當周邊場地環(huán)境條件允許時，最常用且較經(jīng)濟實用的工程措施為削坡卸載，其本質(zhì)是改變邊坡滑動體滑面上的平衡條件，邊坡的削坡卸載是通過減少滑坡體的下滑力，從而提高邊坡的穩(wěn)定性，其原理見圖1。本著經(jīng)濟、施工方便的設計思路，邊坡設計采用削坡卸載的坡率法。坡率法是指控制邊坡高度和坡度，無需對邊坡整體進行加固而自身穩(wěn)定的一種人工邊坡設計方法。

圖1　黃土邊坡治理原理

2.1.1邊坡坡率綜合坡率確定

根據(jù)工程區(qū)地質(zhì)、地形條件，結(jié)合當?shù)匾呀ǔ傻倪吰鹿こ糖闆r，初步擬定綜合坡率1:1.2、1:1.5的兩種削坡方案進行分析比較，見表1。

根據(jù)陜北吳起縣黃土區(qū)已有邊坡治理工程經(jīng)驗，按工程類比的方法確定黃土每級邊坡開挖高度控制在10 m以內(nèi)，本次設計推薦綜合坡率1:1.2。

結(jié)合現(xiàn)狀廠區(qū)地形，按照少開挖的原則對坡腳線進行平順布置。邊坡削坡工程應自上而下有序施工，各級邊坡控制高度10 m。設計一級平臺寬5.0 m，一級邊坡削坡控制坡率1:0.95；二級平臺寬5.0 m，二級邊坡削坡控制坡率1:0.85；三級以上平臺寬5.0 m，三級及四級邊坡削坡控制坡率1:0.75，五級邊坡削坡控制坡率1:0.5。

2.1.2邊坡穩(wěn)定驗算

1)工程安全等級級安全系數(shù)的確定

水廠周邊邊坡目前主要威脅對象有：薛岔水源地供水工程杏樹溝水廠及其水廠工作人員(共34人)，邊坡一但整體失穩(wěn)或者部分高陡坎發(fā)生破壞將直接危及水廠及其工作人員生命財產(chǎn)安全，影響縣城供水安全。按照《滑坡防治工程設計與施工技術規(guī)范》(以下簡稱《規(guī)范》)，一般滑坡防治工程分級表，確定該邊坡防治工程級別為Ⅲ級。

根據(jù)場地重要性和邊坡可能破壞方式，確定本防治工程天然狀態(tài)下設計安全系數(shù)Ks≥1.15，連續(xù)強降雨狀態(tài)下設計安全系數(shù)Ks≥1.02。

表1　不同削坡方案工程量及投資比較表

2)穩(wěn)定計算方法

本次穩(wěn)定性計算采用SlopeEx1.4邊坡穩(wěn)定性分析軟件，穩(wěn)定計算采用簡化Bishop法計算。

3)參數(shù)選定

根據(jù)地質(zhì)勘探資料，本工程區(qū)內(nèi)邊坡土質(zhì)主要為：Q32eol黃土、Q2eol黃土狀土、Q11-1L粉質(zhì)粘土,計算參數(shù)見表1。本次依據(jù)地質(zhì)剖面和相應的物理力學指標，選取邊坡高度最高的斷面進行了分析計算。根據(jù)陜北延安地區(qū)降雨特征，暴雨或連續(xù)降雨條件下，雨水對土質(zhì)斜坡不可能達到整體飽合狀態(tài)，連續(xù)降雨條件下，雨水對邊坡最大可能影響深度一般小于2 m，因此，穩(wěn)定性評價時按2 m飽和層考慮，2 m以下仍按天然條件下的抗剪強度和天然重度考慮，飽和層穩(wěn)定性計算巖土參數(shù)見表2。

表2　天然狀態(tài)穩(wěn)定性計算參數(shù)表

4)計算工況

工況1：天然狀態(tài)，取天然重度、天然抗剪強度參數(shù)。

工況2：連續(xù)降雨狀態(tài)下，按地表入滲2 m飽合層考慮，其下按天然狀態(tài)考慮。

5)計算結(jié)果及結(jié)論

抗滑穩(wěn)定的安全系數(shù)K，按照《規(guī)范》選取。典型斷面抗滑穩(wěn)定計算結(jié)果詳見表4。

表3　飽和層穩(wěn)定性計算參數(shù)

表4　典型斷面邊坡穩(wěn)定分析計算結(jié)果表

由計算結(jié)果可以看出，兩種計算工況邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)K均大于《規(guī)范》允許值，滿足穩(wěn)定要求。

圖2　天然狀態(tài)

圖3　連續(xù)降雨狀態(tài)

2.2坡面排水工程設計

由于降水產(chǎn)生的地表徑流可能沿坡流向坡腳方向，對坡腳產(chǎn)生沖刷、落石等危害，影響邊坡工程安全運行。對于坡面降水，設計考慮在邊坡坡頂設置截水溝，各級平臺內(nèi)側(cè)均設置橫向排水溝，并通過坡面豎向排水溝排入坡腳的排水系統(tǒng)中。

1)排水流量的確定

參照二級公路路界內(nèi)坡面排水確定本次設計降雨重現(xiàn)期為10 a，坎頂、馬道截水溝及坡腳排水溝設計排水流量按推理公式法[1]確定，計算公式為：

Q=16.67×C×I×FI=Cp×Ct×I5，10

經(jīng)計算，吳起水廠高邊坡排水溝排水設計流量成果見表5。

2)排水溝尺寸擬定

坡腳排水溝及坡頂截水溝均采用20 cm厚C20混凝土矩形結(jié)構(gòu)，糙率取0.014，本次設計坡腳采用坡降最小段i=0.3%；坡頂截水溝高程按照現(xiàn)狀地形布設，采用坡降最小段坡降i=1%，經(jīng)水力計算，本次坡腳排水溝尺寸擬定為寬1.0 m，深1.0 m；坡頂截水溝尺寸擬定為寬0.7 m，深0.7 m。

2.3防護加固工程及景觀綠化工程設計

邊坡治理工程設計中利用工程防護措施與生態(tài)防護措施相結(jié)合的方式對邊坡進行加固及美化。邊坡防護加固及綠化美化主要起穩(wěn)定邊坡、防止滑坡、減少水土流失、美化環(huán)境、涵養(yǎng)水源，促進有機污染物的降解，起到凈化空氣、調(diào)節(jié)小氣候和豐富景觀的作用[2]。

目前針對土質(zhì)邊坡的防護措施主要有：①鋪草皮、三維植被網(wǎng)護坡等植物防護；②骨架植草護坡(漿砌石骨架、現(xiàn)澆磚砌骨架)；③片石護坡(干砌石和漿砌石)、護面墻等圬工護坡形式。

本次邊坡治理在滿足邊坡穩(wěn)定的前提下，本著就地取材、經(jīng)濟實用、生態(tài)美觀的原則，從施工難易程度、工程造價等方面考慮，采用拱形磚砌骨架植物護坡進行坡面防護，此種防護形式亦為當?shù)爻Ｓ玫倪吰轮卫碜o坡型式。

表5　吳起水廠高邊坡排水溝排水設計流量計算成果表

設計拱形骨架由主骨架(拱柱)和支骨架(拱骨架)組成，主骨架做成槽形，支骨架做成L型，用以分流排除地表水，主骨架與邊坡水平線垂直，骨架寬62 cm，厚31 cm，底鋪3 cm砂漿，兩側(cè)設置6 cm厚6 cm高擋水緣，主骨架凈距3.0 m；支骨架呈拱形,拱半徑1.5 m，骨架寬44 cm，厚31 cm，底鋪3 cm砂漿，內(nèi)插設置6 cm寬6 cm高擋水緣，拱間凈距3.0 m。骨架嵌入整平邊坡坡面以下30 cm，骨架內(nèi)挖窩植草籽。拱形骨架上部鑲邊石與馬道未防護面銜接處采用機磚封面封閉，防止水流滲入引起破壞。每三個拱形骨架設置伸縮縫一條，縫寬2 cm，縫內(nèi)填充聚乙烯低發(fā)泡沫板，表面涂2 cm厚聚硫密封膏封面。

根據(jù)吳起縣氣候特征，綠化工程擬選植物種類：

(1)護坡草坪植物，采用冷季型和暖季型草坪植物配合使用，具體可選擇的花草種有：狗牙根(暖季型)、結(jié)縷草(暖季型)、小冠花(冷季型)、白(紅)三葉(冷季型)、高羊茅(冷季型)、林地草熟禾(冷季型)等草種。

2)對于低灌木可選擇：(1)用于坡面圖案組合的有：紫葉小檗、紅葉石楠、金葉女貞、黃楊、十大功勞、錦雞兒、檸條、紫穗槐、迎春花等。(2)用于獨立成行孤植的有：木槿、夾竹桃、紫薇、紅柳等。

3　結(jié)語

邊坡治理工程措施可從削坡卸載、坡面排水工程、防護加固工程及景觀綠化工程等方面進行設計。本文基于SlopeEx1.4邊坡穩(wěn)定性分析軟件，對天然狀態(tài)及連續(xù)降雨狀態(tài)下按照坡率法進行削坡處理的高邊坡進行了穩(wěn)定計算分析；坡面排水工程的設計可防止地表徑流對坡面及坡腳產(chǎn)生沖刷危害；邊坡防護加固及景觀綠化工程可起到穩(wěn)定邊坡、防止滑坡、減少水土流失、豐富景觀及美化環(huán)境的目的。通過上述工程設計，可提高整個薛岔供水工程的安全可靠性，減輕邊坡失穩(wěn)對水廠的危害，確保水廠工作人員生命財產(chǎn)安全及吳起縣人民正常飲用水。

[1]姚祖康.公路排水設計手冊[M].北京：人民交通出版社.2001.

[2]鄭穎人，陳祖煜，王恭先，凌天清.邊坡與滑坡工程治理[M].北京：人民交通出版社.2010.

2016-03-14

崔自力(1985-)，男，陜西西安人，工程師，主要從事水利設計工作。

P641.2

A

1004-1184(2016)05-0166-03