关于南水北调中线工程边坡稳定综合治理研究

常志兵 南水北调中线干线工程建设管理局

黄斌 长江勘测规划设计研究有限责任公司

石兆英 河北省水利水电第二勘测设计研究院

张爱静 刘洋洋 南水北调中线干线工程建设管理局

1.西邵明和新3号弃渣场概况

本文以邯邢段工程弃渣场西邵明弃渣场和新3号弃渣场为例，这两个弃渣场边坡均存在局部隐患，边坡稳定性未达到规范标准，其弃渣场的类型和级别均不同。西邵明弃渣场为坡地型，新3号弃渣场为沟道型，西邵明弃渣场和新3号弃渣场根据《水利水电工程水土保持技术规范》（SL575-2012）分别为3级和2级弃渣场，且其边坡加固治理方式不尽相同。

2.计算方法

2.1 边坡稳定评估方法

弃渣场稳定评估依据为《南水北调中线一期工程（陶岔渠首～古运河以南段）弃渣场稳定性评估技术规定》、现行水土保持技术规范及弃渣场初步设计以后的设计资料、现场施工资料、监理资料、监测资料和本次测绘、地质勘察专项资料等。采用河海大学软件Autobank7.7对弃渣场进行边坡稳定验算，给出评估范围内各弃渣场边坡稳定分析及评估结果。

计算方法：弃渣场抗滑稳定计算采用不计条块间作用力的瑞典圆弧滑动法，计算公式如下：

式中：b—条块宽度，m；W—条块重力，k N；Q、V—水平和垂直地震惯性力；u—作用于土条底面的孔隙压力，kPa；a—条块的重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角，（°）；c’、ψ’—土条底面的有效应力抗剪强度指标；Mc—水平地震惯性力对圆心的力矩；R—圆弧半径；K—圆弧滑动稳定的安全系数。

2.2 截排水计算

弃渣场排水沟设计标准取5年一遇10min短历时设计暴雨。经分析各弃渣场顶面坡度及汇流走向，在充分利用弃渣场附近现有排水设施的基础上，在部分弃渣场的坡脚挡渣墙外新设排水沟。

弃渣场产汇流量计算采用如下公式：

式中：Qm—设计洪峰流量，m3/s；φ—径流系数，无量纲；q—设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度，mm/min；F—汇水面积，km2。

2.3 挡渣墙设计

关于挡渣墙的详细设计，可参考董俐的研究和水土保持工程设计规范:GB51018－2014［S］，相关计算公式如下。

2.3.1 抗滑稳定验算公式

式中：Kc—计算抗滑稳定安全系数；f—墙基底面与地基土之间的摩擦系数，取0.3 5；ΣG—作用在墙底板上的全部竖向荷载之和（kN）；ΣH—作用在墙底板上的全部水平荷载之和（kN）。

2.3.2 抗倾覆安全系数计算公式

式中：K0—挡渣墙抗倾覆稳定安全系数；Σ MV—对挡渣墙基底前趾的抗倾覆力矩（kN·m）；ΣMH—对挡渣墙基底前趾的倾覆力矩（kN·m）。

2.3.3 挡渣墙基底应力计算公式

3.结果

3.1 挡渣墙稳定性计算结果

新3号弃渣场挡渣墙稳定性计算值见表5。经计算，新3号弃渣场挡渣墙基底应力的最大值与最小值之比均小于2.0。根据规范要求，基本组合应小于2.0，特殊组合小于2.50，基底应力的最大值与最小值之比符合地基要求；新3号弃渣场挡渣墙抗滑稳定安全系数计算值在正常工况和非常工况下分别为1.26和1.11，均大于允许值；新3号弃渣场挡渣墙抗倾覆安全系数在正常工况和非常工况计算值分别为6.24和5.42，远大于允许值。因此，新3号弃渣场挡渣墙稳定性满足规范要求，设计合理，能够有效的阻挡弃渣土，减缓水土流失，提高边坡稳定性。

表5 挡渣墙稳定计算表

3.2 截排水工程计算结果

西邵明弃渣场和新3号弃渣场设计流量及排水沟过流能力和结构设计尺寸见表6。由表可知，西邵明弃渣场苹果分区和南区总干渠侧沟渠设计底宽均为0.6m，沟深分别为0.6m和0.8m；新3号弃渣场南区左侧排水沟渠设计底宽和深度均为1.0m。按照上述排水沟设计，设计标准取5年一遇10min短历时设计暴雨，西邵明弃渣场苹果分区和南区总干渠侧的排水能力分别为4.85 m3/s和2.27m3/s，新3号弃渣场南区左侧排水能力为4.24m3/s，均具备良好的排水能力。

表6 弃渣场设计流量及排水沟过流能力

4.结论与讨论

综合结论表明，以南水北调中线邯邢段西邵明弃渣场和邯邢段新3号弃渣场为例，通过对边坡进行分级处理，建立挡渣墙和排水设施，并进行护坡防护，弃渣场安全稳定性计算结果均达到规范要求。以上边坡综合治理措施提高了弃渣场的安全稳定性，是科学且安全可靠的方法，在南水北调中线邯邢段工程的弃渣场边坡综合治理中可以发挥很大的作用，并为南水北调工程和其他水利工程的局部边坡不稳定综合治理提供参考方法。