譚 新 莉

(新疆水利水電勘測設計研究院，烏魯木齊 830000)

1 泥巖滑坡體的產(chǎn)生和發(fā)展

某傍山發(fā)電引水渠道工程于頭年9月完成渠頂以上邊坡開挖，挖深8～20 m，開挖邊坡綜合坡度約45°，次年9月開始渠體部位的開挖，右側(cè)邊坡于次年10月1日發(fā)生首次滑動，造成后緣山梁坡面張裂3～5條縫，長達50～100 m，張開裂縫寬10～30 cm，最大錯臺1.5 m左右。渠體右側(cè)巖體向內(nèi)水平錯動1～2 m，渠底局部段有明顯隆起現(xiàn)象。同年11月25日發(fā)生2次滑動，滑坡前緣處于渠底部位，渠底右側(cè)產(chǎn)生滑坡鼓丘，后緣山梁坡面張裂2條縫，長達100～150 m，裂縫寬度0.2～0.5 m，并形成1～2 m深的滑坡壁。渠坡渠頂裂縫、錯臺見圖1。

圖1 渠坡渠頂?shù)牧芽p、錯臺

2 相關設計資料

(1)地質(zhì)條件。渠段處于低山丘陵區(qū)，原始地面坡度8°～15°，高差10～30 m左右。渠道基礎為第三系紅色泥巖，上部為薄層黃土、砂礫石及膠結(jié)礫巖；泥巖出露北高南低，局部夾薄層砂巖，產(chǎn)狀為300°～310°SW∠10°～15°，泥巖呈巨厚層狀，層面不明顯。

滑坡體厚度8～20 m，體積約32 萬m3，主滑方向120°，后緣裂縫寬度達0.2～0.5 m左右，形成1～2 m深的滑坡壁。巖體松動破壞現(xiàn)象嚴重，滑舌前部堆積于渠體底部；滑體內(nèi)泥巖巖體結(jié)構(gòu)未發(fā)生大的改變；據(jù)探坑和鉆孔揭露，滑坡前緣在渠道底部，滑動距離約1～3 m，滑體后緣堆積物已具有明顯的二元結(jié)構(gòu)?；乱匀浠冃螢橹?，勘察期間未發(fā)現(xiàn)滑坡有整體變形跡象，表明滑坡處于滑后臨界穩(wěn)定狀態(tài)，近期無復活變形跡象，但遇降雨等自然因素影響有可能會再次發(fā)生蠕滑。

(2)設計資料。根據(jù)《水電水利工程邊坡設計規(guī)范》[1]規(guī)定及建筑物等級，邊坡為A類Ⅱ級邊坡。渠道采用梯形斷面，設計底寬4 m，過水斷面內(nèi)邊坡1∶2，渠深6.1 m，縱坡為1/4 000。采用現(xiàn)澆混凝土板+土工膜的方式進行防滲。考慮泥巖遇水易軟化，與基礎接觸面采用0.6 m厚的換填兼排水層。渠頂以上巖石永久開挖邊坡1∶0.5，開挖完要求及時噴護50 mm厚C25混凝土，設直徑25 mm的隨機砂漿錨桿，長4 m，間排距2 m,梅花形布置，同時坡面設排水孔(孔徑50 mm)，深入巖石0.5 m，間排距2 m,梅花形布置。土層永久開挖邊坡1∶1.5，高度大于5 m的邊坡要求采用混凝土網(wǎng)格梁邊坡支護，且坡頂設截水溝。原渠道設計橫斷面圖如圖2所示。

3 原因分析及處理原則

滑坡的發(fā)生存在一定的內(nèi)在條件和外在因素。內(nèi)在條件包括坡體巖性、構(gòu)造、地質(zhì)結(jié)構(gòu)和地形地貌等，外在因素包括地震、降雨和人類活動等外動力因素。本工程內(nèi)因是渠基泥巖屬易滑地層，因富含黏土礦物而具較強的親水性，泥巖呈厚層狀，在水的作用下極易軟化、泥化；入滲地下水形成順層飽水帶，使泥巖在一定深度內(nèi)產(chǎn)生膨脹，強度會進一步降低。該區(qū)域?qū)俅箨懶员睖貛夂?，常年的降雨、融雪和洪水長期入滲形成地下水，滑坡區(qū)內(nèi)基巖上覆沖洪積砂卵礫石層，大氣降水和融雪水垂直下滲后聚集在相對隔水的泥巖和砂巖頂面，滑坡區(qū)東側(cè)為一洪積扇，西側(cè)發(fā)育一條沖溝，兩側(cè)洪水由側(cè)向補給方式入滲到基巖裂隙中，對巖土體產(chǎn)生軟化、飽和作用。誘因是渠頂以上邊坡開挖后1 a時間內(nèi)因村民阻工未做封閉防護，開挖坡度較陡，在坡體上逐漸產(chǎn)生主拉裂縫，為地下水的下滲提供了有利條件；滑坡區(qū)特有的地下水補給因渠基砂礫石排水未施工，導致水體無法順暢排出，在入滲地下水作用下渠基泥巖含水量不斷增高，泥巖抗剪強度隨之也大幅降低。1 a后開挖渠體時形成的邊坡坡度約33°，挖除右側(cè)邊坡前緣后泥巖形成臨空面，坡體應力集中于巖體薄弱部位，后緣拉裂縫延長、貫通，張口加大，形成連續(xù)的拉裂槽，滑坡的剪出口斷續(xù)出現(xiàn)，并與滑坡兩側(cè)裂縫連通，致使滑坡體產(chǎn)生并發(fā)生兩次蠕變滑動。

圖2 原渠道設計橫斷面圖

分析邊坡滑動原因主要是泥巖含水量增高，泥巖抗剪強度大幅降低，加之泥巖上部荷載較大，渠體以上巖土體便向臨空方向拉裂變形。由此確定以下處理原則： ①對滑坡體中上部進行卸載處理，以形成穩(wěn)定邊坡；②對滑坡體前緣進行壓腳處理，對滑坡體起阻滑作用；③做好渠道邊坡及渠底縱橫向排水；④設置變形監(jiān)測設施，定期監(jiān)測滑坡體的穩(wěn)定及變形。

4 泥巖計算抗剪強度的確定

對于滑坡體處理的一個關鍵指標就是泥巖抗剪強度取值，取值過大，安全系數(shù)易于滿足要求，但對工程不安全；取值過小，工程量和投資就大。考慮邊坡是在天然狀態(tài)下產(chǎn)生滑動變形，在進行參數(shù)反演時，渠道邊坡穩(wěn)定系數(shù)取臨界值1，第1次滑坡參數(shù)反演計算簡圖見圖3，第1次滑坡反演的泥巖強度參數(shù)內(nèi)摩擦角15°～17°，凝聚力18～19 kPa。第2次反演內(nèi)摩擦角12°～13°，凝聚力15～16 kPa。第2次反演的泥巖強度參數(shù)低于第1次反演值。這是因為經(jīng)過第1次處理后，邊坡穩(wěn)定程度有了改善，故參數(shù)的反演結(jié)果符合邊坡穩(wěn)定的基本規(guī)律。對泥巖的強度參數(shù)進行敏感性分析，用4因素、3水平的正交表進行參數(shù)的敏感性分析，C取10、14、18 kPa；Φ取12°、16°、20°。用第2次滑坡后的K6+700斷面進行分析計算。計算結(jié)果見表1。采用極差分析法分析看出，內(nèi)摩擦角Φ的極差較大，對渠道邊坡穩(wěn)定系數(shù)的影響較大。出于安全考慮，泥巖計算抗剪強度按內(nèi)摩擦角 13°，凝聚力15 kPa取值。

圖3 第1次滑坡參數(shù)反演計算簡圖

參數(shù)C/kPaΦ/(°)34邊坡穩(wěn)定系數(shù)11012111．0021016221．2831020331．5741412231．0651416311．3461420121．6371812321．1281816131．4091820211．70K13．853．194．044．04K24．044．034．044．04K=34．234．904．044．04K1平均1．281．061．341．34K2平均1．341．341．341．34K3平均1．411．631．341．34極差0．12000．57000．00030．00013

5 處理方案

根據(jù)滑坡處理原則擬定2個處理方案，一是明渠方案；二是埋涵方案。

5.1 明渠方案

渠道過水斷面和軸線設計均保持不變，挖除渠底及右側(cè)泥巖，挖深距渠底0～5 m，開挖底寬10 m，泥巖開挖坡比左側(cè)1∶1.5，右側(cè)1∶2.5。渠頂平臺20 m，用透水性強的砂礫石填筑，除壓坡腳外還兼做排水體。渠頂以上10 m高開挖邊坡1∶4.5，起削坡卸荷作用。在渠底設排水體，底寬0.5 m，內(nèi)設直徑200 mm排水花管，周圍填粒徑20～80 mm排水料，排水體和排水花管外包外包濾水土工布，排水體通向滑坡下游低洼處將水排出。邊坡設3個監(jiān)測斷面，每個斷面在坡頂，中部及渠頂各設有綜合測點，每斷面設1～2孔人工觀測測斜孔，孔深深過推測滑面，最高邊坡處設2孔電測測斜儀，每孔設7支測斜儀，定期監(jiān)測滑坡體的穩(wěn)定及變形，從而保證引水渠道在施工期及運行期的安全。具體處理方案見圖4。為避免施工期邊坡失穩(wěn)，通過改變施工順序來控制，即分期分段施工，先施工兩側(cè)渠坡斷面相對低的渠段，施工完后按20～30 m長度控制跳倉施工。

圖4 渠道滑坡明渠方案處理圖(單位：mm)

邊坡穩(wěn)定計算用極限平衡法通過EMU2005邊坡穩(wěn)定計算程序進行計算。泥巖計算參數(shù)采用滑坡后的反演計算成果，考慮渠坡是在天然狀態(tài)下產(chǎn)生滑動變形，在進行參數(shù)反演時，渠道邊坡穩(wěn)定系數(shù)取臨界值1。具體計算參數(shù)如下：砂礫石：內(nèi)摩擦角34°，凝聚力0，天然密度21 kN/m3，飽和密度22.6 kN/m3。泥巖：內(nèi)摩擦角13°，凝聚力5 kPa， 天然密度19.6 kN/m3，飽和密度21.15 kN/m3。

計算工況包括：持久工況，即正常運行情況；短暫工況，施工工況；偶然工況，即正常運行工況遭遇地震動峰值加速度為0.30 g時的Ⅷ度地震情況。

樁號6+650 m明渠方案邊坡計算見圖5。各計算斷面在持久工況、偶然工況和短暫工況情況下邊坡穩(wěn)定計算成果見表2和表3。

圖5 樁號6+650 m明渠方案邊坡計算圖

渠道樁號持久工況短暫工況偶然工況6+6501．370．811．056+7001．360．821．076+7501．300．711．06

表3 埋涵右側(cè)邊坡計算結(jié)果表

5.2 埋涵方案

將渠道樁號6+585～6+875 m段明渠改為埋涵，通過鋼筋混凝土埋涵和填砂礫石重量壓坡角。根據(jù)水力學計算，采用3孔方涵，斷面尺寸4.5 m×6.0 m的鋼筋混凝土涵洞，洞頂以上覆土深度1 m，頂板及邊墻襯厚0.4 m，中墩厚0.3 m，底板厚0.8 m。開挖面與埋涵之間回填透水性好的砂礫石，兩側(cè)坡腳均布縱向排水管，具體處理方式見圖6。泥巖的計算參數(shù)同明渠方案，樁號6+650 m埋涵方案邊坡穩(wěn)定計算成果見圖7。明渠方案和埋涵方案的邊坡穩(wěn)定計算成果做對比，運行持久工況安全系數(shù)最高，地震工況居中，除施工期外均滿足規(guī)范[1]要求，考慮施工期安全系數(shù)小于1，分析原因為壓坡角的砂礫石或埋涵還未起作用，通過縮短施工期的時間，分期分段來解決施工期的穩(wěn)定問題。首先施工兩側(cè)渠坡較低處，施工完畢后再跳倉施工中間邊坡較高處，通過減少大面積的施工擾動，控制邊坡大范圍變形來避免施工期邊坡失穩(wěn)。

圖6 渠道滑坡埋涵方案處理圖(單位：mm)

圖7 樁號6+650 m埋涵方案邊坡計算圖

5.3 方案比選

埋涵方案開挖范圍小，可減少對渠道右側(cè)不穩(wěn)定邊坡的擾動；因降低了泥巖邊坡的出露高程，且有埋涵和填土重量壓坡角，泥巖失穩(wěn)對埋涵方案影響較小，由于有混凝土工程，施工期相對長，工序相對復雜，須分期分段施工，運行期相對明渠方案安全可靠。明渠方案施工期相對涵洞方案短，考慮施工此段渠道時距預期發(fā)電日期時間緊迫，且施工簡單方便已被承包人熟練掌握，投資較埋涵方案少132萬元，做好排水后可滿足工程要求，故確定采用明渠方案。

此泥巖滑坡體處理已按明渠方案施工完畢，施工期合理組織施工順序，分期分段施工并在最短時間內(nèi)完成，避免了施工期邊坡再次失穩(wěn)。目前已運行兩年多，未發(fā)現(xiàn)異常。

6 結(jié) 語

通過本工程的泥巖滑坡體處理，可總結(jié)出以下經(jīng)驗教訓，供類似工程借鑒。

(1)對于不能避開的泥巖渠段，一定要通過“上堵下排”等工程措施，盡最大可能減少水的入侵，否則泥巖在水的作用下軟化泥化甚至膨脹崩解，強度大幅降低后，就會導致滑坡、渠基沉降變形等危害發(fā)生。

(2)對于來不及進行支護的泥巖邊坡，需挖成穩(wěn)定坡比，否則坡體會逐漸產(chǎn)生主拉裂縫，為地下水的下滲提供有利條件，從而大幅降低泥巖抗剪強度，為裂縫貫通從而形成滑坡創(chuàng)造條件。

(3)通過對兩次滑坡參數(shù)反演計算及用極差分析法對泥巖抗剪強度進行敏感性分析得出，內(nèi)摩擦角Φ的極差較大，對渠道邊坡穩(wěn)定系數(shù)的影響較大。出于安全考慮，泥巖計算抗剪強度按內(nèi)摩擦角 13°，凝聚力15 kPa取值。

(4)對于工期充裕，征地范圍受限或征地成本較高，邊坡高陡或不宜施工擾動的邊坡，埋涵方案是不錯的選擇。明渠方案施工期短，施工簡單方便易于掌握，但施工期需合理組織施工順序，須分期分段施工，注意避免邊坡再次失穩(wěn)。

□

[1] DL/T5353-2006，水利水電工程邊坡設計規(guī)范[S].