張同凱

（新疆伊河建管局，新疆 烏魯木齊 830000）

1 工程概況

新疆某干渠由攔河樞紐工程、隧洞工程、明渠工程、交通建筑物、農(nóng)渠交叉建筑物、防洪建筑物等組成。渠道某段高填方渠線布置于山坡斜坡上，最大填高25.7 m，設(shè)計(jì)流量42.7～44.3 m3/s，加大流量為50～52 m3/s。渠道縱坡1/10 000，梯形斷面，渠深4.7 m，底寬4 m，邊坡1∶2，填筑外邊坡1∶1.75，左側(cè)渠堤寬6.5 m，右側(cè)渠堤寬3.5 m，每8 m填高設(shè)置一級(jí)2.0 m馬道。

2 地質(zhì)條件及填筑料特性

該段渠道采用填筑土料以含砂低液限粉土為主，局部采用含細(xì)粒土砂、含細(xì)粒土礫填筑。渠道左右側(cè)填筑高度相差大，渠體沉降不均一，渠道的安全性受到一定的影響；其次，該段渠道只能采用含砂低液限粉土填筑，局部采用含細(xì)粒土砂、含細(xì)粒土礫填筑，土料黏粒含量不足10%，土料抗沖蝕性能極差。

填筑土料抗滑穩(wěn)定方面，根據(jù)（SL274-2001）《碾壓式土石壩設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，采用北京中國(guó)水利水電科學(xué)研究院出版的（STAB2005）《土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析程序》進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算方法采用簡(jiǎn)化畢肖普法，地震情況采用擬靜力法。

式中：W——土條重量；Q，V——分別為水平和垂直地震慣性力（向上為負(fù)，向下為正）；U——作用于土條底面的孔隙壓力；α——條塊重力線與通過此條塊底面中點(diǎn)的半徑之間的夾角；b——土條寬度；c，φ—土條底面的有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)；Mc——水平地震慣性力對(duì)圓心的力矩；R——圓弧半徑。

根據(jù)填筑料場(chǎng)的物理力學(xué)指標(biāo)建議值統(tǒng)計(jì)后，采用填筑土料飽和狀態(tài)下凝聚力（C）值16 kPa，內(nèi)摩擦角（φ）值24°；天然狀態(tài)下凝聚力（C）值18 kPa，內(nèi)摩擦角（φ）值26°。依此力學(xué)指標(biāo)對(duì)斷面進(jìn)行了抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)復(fù)核，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 渠體斷面不同填高抗滑穩(wěn)定復(fù)核成果表

根據(jù)上面計(jì)算成果得出，該段渠道填筑土料參數(shù)進(jìn)行渠坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，各工況計(jì)算的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均能滿足規(guī)范要求，但安全系數(shù)偏低。

3 渠道加固的必要性

根據(jù)填筑料力學(xué)指標(biāo)渠道抗滑穩(wěn)定能滿足規(guī)范要求，考慮到該段渠道的特殊地理位置和填筑料特性，對(duì)該段渠線進(jìn)行加固處理，具體原因如下：

1）從地理位置及失事影響程度而言，山坡左岸坡下有城市、高速、國(guó)道、工廠及居民區(qū)等重要保護(hù)對(duì)象。由于干渠地勢(shì)較高，渠道與左側(cè)高速及國(guó)道高差30～40 m，距離在50～500 m，距市區(qū)最近距離僅500 m左右，此段渠道一旦失事，經(jīng)濟(jì)損失及社會(huì)影響極大。

2）從地形地貌方面而言，渠段由于受當(dāng)?shù)馗咚?、?guó)道、耕地、居民區(qū)等地物的限制，該段渠線布置于山坡斜坡上，斜坡坡度較陡，10°～40°之間，地貌為“雞爪子”地形，渠道填高超過3.0 m以上渠段長(zhǎng)度為17.63 km，其中3～10 m渠段長(zhǎng)10.13 km，10～15 m渠段長(zhǎng)7.24 km，20 m以上渠段長(zhǎng)260 m，從渠線布置而言，高填方渠道的安全性非常重要。

3）從填筑料而言，該段填方渠道填筑料采用含砂粉土，黏粒含量不足10%，土體壓實(shí)飽和狀態(tài)下物理力學(xué)指標(biāo)較差，具有強(qiáng)度和水穩(wěn)定性差、易沖蝕、失水松散強(qiáng)度弱化等特點(diǎn)。由于此類土飽和后物理力學(xué)指標(biāo)降低較快，滲透系數(shù)較小（1×10-5cm/s），一旦渠道滲漏，滲水不會(huì)很快滲出，易在土體內(nèi)富集飽和，當(dāng)浸濕土體達(dá)到一定范圍，由于土體強(qiáng)度驟降導(dǎo)致渠坡失穩(wěn)。

4）渠道運(yùn)行管理方面而言，此段渠道距前后退水較遠(yuǎn)，一旦潰堤近25 km渠道水量（總水量120萬(wàn)m3）順坡而下，影響巨大。另由于“雞爪子”地形渠道填高較大，巡視人員在高填方渠堤上不易發(fā)現(xiàn)渠坡隱患。

5）從施工條件而言，“雞爪子”地形填挖交錯(cuò)較多，涵洞交叉建筑物較多，施工中對(duì)洪溝或交叉建筑物兩側(cè)挖填銜接段，經(jīng)常表現(xiàn)出碾壓質(zhì)量難以保障、強(qiáng)度弱化等特點(diǎn)，存在一定的薄弱環(huán)節(jié)。

4 填方渠道加固方案比選

考慮到該段渠線的布置特點(diǎn)及防護(hù)對(duì)象的重要性，對(duì)該段渠道高填方段進(jìn)行三個(gè)方案比選：方案一，渠道戧臺(tái)加固方案；方案二，明渠放緩渠坡方案；方案三，渠道混凝土擋墻方案。

4.1 渠道戧臺(tái)加固方案

明渠部位均為梯形明渠型式，渠道填高10.0～15.0 m時(shí)，渠段左右側(cè)渠坡各自渠頂以下2.0 m向下設(shè)置80 cm厚砂礫反濾排水料，砂礫反濾料邊坡1∶1.75，至原地面，在砂礫反濾排水料外側(cè)自渠頂以下5 m設(shè)置5.0 m貼坡平臺(tái)，外邊坡1∶2.5延伸至地面；填高15.0～20.0 m時(shí)，砂礫反濾排水料型式同上，至原地面，在砂礫反濾排水料外側(cè)自渠頂以下5 m設(shè)置6.0 m貼坡平臺(tái)，外邊坡1∶2.5，再在距渠頂以下11 m設(shè)置8.0 m平臺(tái)，外邊坡1∶2.5延伸至地面；填高超過20.0 m以上，在砂礫反濾排水料外側(cè)自渠頂以下5 m設(shè)置6.0 m貼坡平臺(tái)，外邊坡1∶2.5，再在距渠頂以下11 m設(shè)置10.0 m平臺(tái)，外邊坡1∶2.5延伸至地面。由于該段渠體填筑土料的含泥量不足10%，土料的抗沖蝕能力極差，因此對(duì)渠體及戧臺(tái)土料外露部位，采用5 cm厚M10水泥砂漿進(jìn)行固坡。

4.2 渠道放緩渠坡方案

渠道均采用梯形明渠型式，在渠堤外邊坡設(shè)置40 cm厚砂礫石排水反濾料，為充分保證該段渠道的運(yùn)行安全性，對(duì)渠段外邊坡坡度調(diào)整，渠道填筑高度小于10 m時(shí)，填筑外邊坡采用1∶1.75；渠道填筑高度在10～15 m時(shí)，填筑外邊坡采用1∶2.50；渠道填筑高度在15～20 m時(shí)，填筑外邊坡采用1∶2.75；渠道填筑高度在20～25 m時(shí)，填筑外邊坡采用1∶3.0。

4.3 渠道混凝土擋墻方案

明渠部位均為梯形明渠型式，在滿足渠道不同填高外邊坡自身滿足抗滑穩(wěn)定的前提下，渠道開口線不新增征地，在渠底原征地范圍內(nèi)設(shè)置鋼筋混凝土擋墻。渠道填筑高度在10～15 m時(shí)，采用懸臂式擋墻，最大擋墻高8.75 m；渠道填筑高度在15～20 m時(shí)，采用懸臂式擋墻，最大擋墻高10.30 m；渠道填筑高度在20～25 m時(shí)，最大擋墻高10.30 m。

綜合上述方案在施工、投資、安全、運(yùn)行管理、環(huán)境影響等方面的優(yōu)缺點(diǎn)，渠道戧臺(tái)方案，土方貼坡平臺(tái)寬度較大，且主要集中在中下部，便于施工中保障碾壓質(zhì)量，運(yùn)行期滲水自排水反濾料排出，可保證貼坡土體基本在干燥狀態(tài)運(yùn)行，部分已建的交通或排洪涵洞的進(jìn)出口段需加長(zhǎng)，整體費(fèi)用較低；渠道放緩渠坡方案，新增外邊坡土方填筑自渠底至渠頂逐漸減小，先期進(jìn)行了原渠道斷面施工，后期新增部位碾壓質(zhì)量難以保證，部分的交通或排洪涵洞的進(jìn)出口段需加長(zhǎng)，二次移民征地工作投入大、耗時(shí)長(zhǎng)，整體資金投入一般；渠道混凝土擋墻方案，沿線擋墻混凝土工程量較大，且擋墻較高，混凝土澆筑與土方碾壓干擾大，下部擋墻后土體均為飽和狀態(tài)，如擋墻排水不暢，將直接危及擋墻穩(wěn)定安全，整體資金投入較高。

由此，渠道戧臺(tái)方案投資最優(yōu)，并與現(xiàn)場(chǎng)施工結(jié)合也較好，可有效保證渠道運(yùn)行期間的安全、穩(wěn)定。

5 結(jié)論

含砂低液限粉土填筑在高填方渠道填筑中是不得已的選擇，在設(shè)計(jì)及施工中如果不能引起重視，采取適宜有效的工程措施進(jìn)行相應(yīng)處理、加固，很可能會(huì)成為導(dǎo)致工程事故的重要誘因之一。該段渠道于低液限粉土填筑的高填方段在施工前期及施工過程中進(jìn)行了詳細(xì)的相關(guān)試驗(yàn)，在本著施工期不延誤、降低投資、運(yùn)行期安全可靠的原則制定最優(yōu)的工程處理方案，保證渠道的施工質(zhì)量及運(yùn)行安全。