南水北调中线潮河渠道倒虹吸基坑边坡稳定计算

王竹波，张晓飞

（1.中国水电十一局有限公司，河南 郑州 450000；2.黄河国际工程咨询有限公司，河南 郑州 450000）

1 工程概况

南水北调中线潮河渠道倒虹吸工程位于河南省郑州市管城区南曹乡毕河村南约300m 处，建筑物总长349 m，由进口渐变段、进口检修闸、管身段、出口节制闸和出口渐变段等组成。 倒虹吸管身横向为4孔箱形钢筋混凝土结构，单孔孔径7.0 m×6.85 m（宽×高），设计流量295 m3/s，加大流量355 m3/s。

场区地层从上到下分别为：（1）轻壤土（alQ2），层厚1.50 m 左右，土质不均，出露于地表；（2）黄土状中粉质壤土（alQ1），左岸厚度0.6～5.0 m，右岸厚度3.2～7.8m；（3）黄土状重沙壤土（alQ3），层厚1.0～7.6 m；（4） 细沙 （alQ3），层厚4.0～8.5 m；（5） 重壤土（dlplQ2），未揭穿，揭露最大厚度14.50 m，土质不均，中间夹有中壤土薄层。 场区地震动峰值加速度0.10 g，相当于地震基本烈度Ⅶ度。 勘探期间测得地下水水位120.0～120.4 m，埋深0.5～6.5 m，地下水具有动态变化特征。

潮河渠道倒虹吸工程与潮河垂直相交。 顺潮河水流方向、倒虹吸建筑物下游侧约100 m 处，有一个小魏东水库，属小型水库，主要用于蓄水和水产品养殖。 施工前，水库水位120.5 m，尾水水面线已进入潮河倒虹吸开挖区。

潮河渠道倒虹吸基坑边坡的设计坡比是上部1∶1.75，下部1∶2，中部设5 m 宽马道，顶部宽度100 m，深度16 m。 边坡稳定性是基坑施工成败的关键问题之一。 本文选取最大断面，进行边坡稳定性计算分析，以判断边坡是否稳定，并提出稳定边坡的技术措施。

2 计算方法和计算条件

2.1 计算方法

该基坑所处地区地震设防烈度为Ⅶ度，边坡稳定计算采用拟静力法[1]，在水平方向施加0.1g 的地震加速度[2]。按照《堤防工程设计规范》（GB-50286-98）[3]，边坡抗滑稳定计算采用瑞典圆弧法，在正常情况下，允许安全系数[K]应不小于1.25，在非正常运用情况下，[K]应不小于1.15。

计算软件采用加拿大Geo-Slope 公司的GeoStudio2007 软件系统，该软件是国际上最流行的边坡稳定计算软件之一。 经过多方验证，该软件具有较高的可靠性。

2.2 计算工况

施工时，潮河渠道倒虹吸基坑上部小魏东水库尾水已进入开挖区。 而在投标现场勘查时，现场有一交通桥阻隔，且勘查时间为枯水期，水流未进入施工区域。 因此，投标方案未对该水库采取处理措施。根据现场实际情况，在考虑水库水位和地震影响的前提下，采取了放缓开挖边坡、增加混凝土防渗墙的施工措施。 拟定的计算工况如表1 所示。

2.3 计算参数

根据地勘报告，各土层物性指标列于表2。

3 计算成果及分析

表3 列出了各工况的安全系数计算结果，图1～图5 分别列出了各对应工况的危险滑弧位置和最小安全系数[4]。

表1 基坑边坡抗滑计算工况Table1 Foundation pit slope anti-resistance calculation condition

图1 工况1 危险滑弧位置及安全系数Fig.1 Dangerous slip circle location and safety coefficient of condition 1

表2 基坑各土层选用的计算参数Table 2 Foundation pit soil layer selection calculation parameters

表3 各工况的安全系数计算成果Table 3 Safety coefficient calculation results of each working condition

图2 工况2 危险滑弧位置及安全系数Fig.1 Dangerous slip circle location and safety coefficient of condition 2

图3 工况3 危险滑弧位置及安全系数Fig.1 Dangerous slip circle location and safety coefficient of condition 3

图4 工况4 危险滑弧位置及安全系数Fig.1 Dangerous slip circle location and safety coefficient of condition 4

由图1～图5 可以看出，设计基坑边坡在渗流场作用下，抗滑稳定性不能满足规范要求，存在滑坡失稳的危险。 当上部坡比为1∶2、下部坡比为1∶2.5 时，在考虑Ⅶ度地震的标准下，仍然不能满足规范要求。当上部坡比为1∶2.5、下部坡比为1∶3 时，在设防渗墙并在考虑Ⅶ度地震的条件下，抗滑稳定性满足规范要求，但在不设防渗墙时，仍然不能满足规范要求。

4 结语

通过抗滑稳定计算，证明在现有水位影响及地下水渗流条件下，边坡不能满足抗滑稳定的要求。当边坡上部为1∶2、下部为1∶2.5 时，在考虑地震条件下，仍然不满足要求。 而当基坑边坡上部为1∶2.5、下部为1∶3，并在周围设防渗墙时，边坡抗滑稳定能够满足规范要求。

[1] 肖明和. 地基与基础[M]. 北京：北京大学出版社，2009.

[2] 汪正荣. 建筑施工计算手册[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2001.

[3] GB-50286-98，堤防工程设计规范[S].

[4] 王成华. 土力学原理[M]. 天津：天津大学出版社，2004：6.