石山口灌区南干渠清水塘滑坡原因分析及处理措施探究

向广银

石山口灌区南干渠清水塘滑坡原因分析及处理措施探究

向广银

一、工程概况

石山口灌区位于河南省罗山县中北部，是河南省大型灌区之一，始建于1966年10月，1968年初步开通，1973年正式开灌。设计灌溉面积31万亩，灌溉范围涉及8个乡镇，82个行政村，控制面积421km2，受益人口28.2万人。灌区建成发挥效益以来，大大改善了当地的农业生产条件，粮食产量有了很大程度的提高，为罗山县工农业生产的发展及灌区人民生活水平的提高做出了较大的贡献。

石山口灌区始建于二十世纪六七十年代，受当时主客观条件限制，标准低、质量差、不配套，加之后期缺乏必要的维修养护，运行40多年来，多次出现渗漏、塌方、滑坡等险情，直接威胁着灌区的安全运行。其中，石山口南干渠清水塘滑坡段长350m，为深挖方渠道，由于存在特殊的地形地貌和地质条件，灌区管理单位曾对该滑坡段采取过诸如挡土墙、抗滑桩等多种治理方法，均不能有效治理滑坡。据现场勘查，桩号18+569～18+767之间挡土墙已垮塌；桩号18+695～18+850之间采用挡土墙与抗滑桩联合防护，桩径为0.7m，桩与桩之间水平间距1.5～2.0m，原为直立，当时抗滑桩已出现不同程度的倾斜，倾角15°～35°，大部分已断裂破坏；桩号18+875～18+902之间右侧渠道平台以下渠坡塌滑，造成挡土墙垮塌，渠道阻塞。因此，该段滑坡已严重影响到南干渠的正常使用，亟需对其进行治理。

二、滑坡成因分析

1.不利的岩土层结构

钻探揭示地层岩性为第四系上更新统（Q3）低液限粘土，黄色～棕色，但在一级平台以下存在高岭土层，取原状土样分析，自由膨胀率达51%。其性质遇水软化，失水崩解，抗剪强度较低，力学性能不稳定，为相对易滑层，为失去力学平衡的滑坡体提供了不利的滑动面。

2.较陡的开挖边坡

由于该渠段为深挖方渠道，开挖渠道后右岸形成了坡顶与渠底高差在10～20m之间，渠底以上5.0m处设有1.5m宽的平台，平台以下坡比1∶1.5，平台以上坡度陡，坡度为27°～30°之间。渠道开挖改变了原有地形和原有土体应力状态，形成了人工高边坡和临空面，为边坡岩土体的侧向变形提供了空间，加之该边坡特征是上部陡峭，开挖并没有对岸坡上部土体进行充分卸载，边坡的抗滑能力显著降低，从而导致坡体产生滑动，形成了滑坡体。

3.缺乏有效的岸坡排水设施

坡顶未设集水、排水设施（如排水沟、坡水入渠等）边坡未做硬化等，遇到雨季时，坡顶的大气降水直接通过边坡下流或直接渗入边坡土体内部，导致土体含水率增大，粘聚力显著降低，一方面增加了边坡岩（土）体的重度，另一方面降低了岩（土）体的抗剪强度，减小了抗滑力；同时，雨水在土体中形成向下的渗流，从而使滑动力增加。当地表水渗入到相对易滑层（高岭土层），使得接触带的高岭土层含水量增大，形成软弱面，当上部岩（土）体荷重随含水量的增大而增加到一定程度而界面处抗剪强度减小到不能抵御上部岩（土）层下推力的作用时，边坡岩（土）体在自重作用下，沿软弱界面产生滑动，形成滑坡。

4.原有挡土墙断面设置不合理

原有挡土墙高度较低，在渠底以上高度 1.5～1.8m之间，桩号18+795～18+850之间挡土墙下还采用抗滑桩进行了加固防护，抗滑稳定系数有了一定程度的提高，但是仍无法阻止滑坡现象发生。根据现场调查分析原因：一是挡土墙断面太小，不足以抵挡上部滑动土压力而造成自身失稳；二是由于渠道边坡较陡，墙体高度不够，上方土体仍可能沿墙顶平面作为滑动面发生滑坡；三是抗滑桩桩长及桩径不够，设置不合理，未能有效发挥作用。

综上所述，该工程滑坡的主体属牵引式的顺层滑坡，主要由不利的岩土层结构及边坡的开挖卸载不充分而致使上部岩（土）体失去支撑产生滑移。

三、工程治理方案分析

该滑坡土体的自然地层地质条件是产生滑坡隐患的内因，不利的工程开挖和大气降水是滑坡产生的主要诱发因素。上述诸多因素，在整治过程中应予以综合考虑。

1.方案对比分析

针对清水塘滑坡段现状存在的问题以及地形地貌，经过分析，在设计时拟定两种方案进行比较。

方案Ⅰ：采用“减、排、固”综合治理方案，即同时采用上部削坡减载以减少滑动力，下部坡面拱与抗滑桩综合加固提高抗滑力，同时对坡面采用排水和导渗措施，以降低雨水对边坡的不利因素。考虑到原有工程处理措施较单一，为挡土墙加固坡脚，局部设抗滑桩，不能解决边坡滑动的问题，反而挡土墙和抗滑桩出现了变形和破坏。如单独采用排水导渗、削坡减载或者支挡，仍然不能解决边坡滑动的问题。因此，需采用“减、排、固”综合治理方案，即同时采用削坡减载、排水导渗、坡面拱与抗滑桩相结合对滑坡段进行处理。

方案Ⅱ：采用钢筋混凝土箱涵对滑坡段进行处理。由于钢筋混凝土箱涵具有较大的整体刚度，能够抵抗巨大的抗滑和抗破坏能力，有效治理该段滑坡。

通过现场的地形地貌分析，方案Ⅰ通过放缓边坡对岸坡上部土体进行充分卸载，在平台以下采用坡面拱与抗滑桩相结合，可有效治理因高岭土层遇水膨胀造成的坍塌滑坡，通过设置必要的排水沟和贴坡排水可及时排除坡面积水，减少坡水渗入而降低边坡的稳定性，在技术上更为可行，经济上更为合理，施工便利，工期短，且因地制宜，不影响渠道水流形态。缺点是挖压占地较多，开挖土方量大，但坡顶为岗地，不属于基本农田，管理单位能够解决用地问题。方案Ⅱ采用钢筋混凝土箱涵，可彻底根治该处滑坡，技术上可行。但该段渠道左岸渠坡内建有1座电灌站，若采用方案Ⅱ，则需拆除原有电灌站，选址重建电灌站，施工复杂，工艺要求较高，工期长，影响渠道水流形态。且该处渠道流量较大，达21m3/s，需建箱涵断面较大，工程投资较大，初步估算方案Ⅰ的1.7倍。经过比较和论证，确定采用方案Ⅰ，即削坡减载、排水导渗、坡面拱与抗滑桩相结合的综合治理方案对滑坡段进行处理。

2.滑坡处理方案设计

采用方案Ⅰ，即采用削坡减载、排水导渗、坡面拱与抗滑桩相结合的滑坡处理方案。

（1）削坡减载设计

对渠道右岸已滑动的土体进行开挖，考虑到一级平台以下存在高岭土层，开挖深度要求达到滑动面0.5m以下，再按1∶2的坡比重新回填，回填土料为中粗砂。对原有平台扩宽至2.0m，平台以上按1∶2.5的坡比整修边坡。

（2）排水导渗设计

削坡减载完成后，对该段渠道右岸平台以上渠坡两端及中间每50m设横向排水沟，沿坡顶及平台与边坡的交界处内侧设纵向排水沟2处，与横向排水沟相连接；平台以下设坡水入渠4处，分别与平台内侧纵向排水沟连接。

（3）坡面拱与抗滑桩设计

考虑到原有挡土墙高度不足，挡土墙和抗滑桩出现了变形和破坏，设计对原有挡土墙及抗滑桩进行拆除，平台以下渠坡采用一级坡面拱设计，护坡斜长5.6m，边坡1∶2，拱圈内半径为2.5m，采用两层拱圈。拱圈为0.65m厚的M7.5浆砌石，深1.2m。拱内采用0.3m厚干砌石护砌，下设0.3m厚粗砂碎石垫层，拱圈外为0.3m厚M7.5浆砌石护砌；拱脚采用C20钢筋混凝土灌注桩固定，桩径1.0m，桩长7m，相邻灌注桩之间用C20钢筋混凝土连系梁连接，梁截面尺寸为0.5m×0.5m。

四、工程治理稳定性评价

石山口灌区南干渠清水塘滑坡段治理工程于2007年实施完成，由于采用了“减、排、固”综合治理方案，将坡顶的地表水通过排水沟及坡水入渠引入渠道，减小了地表水对土体的渗入，削坡减载的同时对高岭土层进行了清理换填处理，减少了边坡土的滑动土压力，坡面拱与抗滑桩的联合运用，大大增加了边坡的抗滑稳定性。运行期间通过多次灌溉放水和大雨的考验，运行正常，未再出现滑坡现象，通过监测，各测量特征点水平位移和沉降呈稳定趋势，实践证明采取的治理措施是有效的

（作者单位：河南省信阳市水利勘测设计院 464000）