南水北调邻渠弃渣场对总干渠安全影响评估

唐顺成

（黄河勘测规划设计研究院有限公司，河南 郑州 450000）

1 现场情况

弃渣场堆积在总干渠左岸。弃渣场堆放边线距离总干渠截水沟边线最近处不到1 m，即紧靠渠道左岸截流沟外侧栅栏。弃渣场总体形状类似于棱台，总长约244 m（沿总干渠轴线方向），总宽约215 m（垂直总干渠轴线方向），总高约18 m（高程135 ～153 m），总面积约34 500 m2，总堆土量约36 万m3。弃渣场为黏性土，土质松散，自然边坡在1:1.40～1:2，边坡上可见宽大裂隙，裂隙宽约2～5 cm，局部已经存在滑塌的痕迹。

总干渠一级马道以上边坡出现裂缝，长约20 m，一级马道上排水管位置有渗水。在渣场的西北侧紧邻总干渠有一低洼地水塘，平时有村里排放的污水滞留，若遇下雨，水塘里水漫出进入并冲毁截流沟。由于干渠坡顶长期滞水，干渠边坡土体呈饱和状态，渠坡局部出现多条小的纵向裂缝，但未发现存在滑动痕迹。此外一级马道上光缆井内坡体渗水严重，井内水抽干后，发现渗水从井壁上的爬梯孔壁喷射出来，有一定的压力，表明渗水在井外的空隙依然为承压状态。

2 技术路线

通过收集总干渠和弃渣场的布置、结构、地质水文等设计资料，先对弃渣场本身的稳定性进行分析，再对弃渣场和总干渠整体边坡稳定性进行分析，最后对稳定计算结果进行判定，提出结论和建议。

评估方法主要是边坡稳定计算，采用简化毕肖普法对边坡整体稳定计算。边坡稳定计算程序采用黄河勘测规划设计有限公司与河海大学工程力学研究所联合研制的“土石坝稳定分析系统”。

3 弃渣场评估

3.1 计算模型

弃渣场典型断面的选择主要取决于弃渣场边坡的坡比和高度。根据实际情况，最不利断面见图1。

图1 弃渣场计算断面图

3.2 边坡稳定分析

根据多次自动搜索确定出的危险滑面，计算各个工况下的安全系数，弃渣场边坡安全系数见表1。

表1 弃渣场边坡最危险滑面安全系数表

通过多次试算，若边坡达到1:4 时，稳定复核的结果见表2，边坡整治见图2。

图2 弃渣场开挖断面图

表2 弃渣场边坡建议值表

4 总干渠评估

4.1 计算模型

影响渠段内的土层结构、岩层厚度、岩性、土岩物理力学特性、渠道断面特征、地下水位等基础条件基本一致，因此弃渣场最不利断面即为边坡整体最不利断面。具体边坡计算模型如图3。

图3 边坡计算断面图

4.2 边坡稳定分析

边坡稳定计算荷载除作用在边坡上的基本荷载（土重、水重、孔隙压力等）外，还需考虑渠顶路面荷载、地震荷载等外荷载的影响。其中，路面荷载主要指渠顶运行维护道路上的车辆荷载，按公路Ⅱ级荷载考虑。地震荷载根据渠段所处地区的地震基本烈度计算，渠段位于Ⅶ度地震区，需考虑地震力对渠道边坡的影响。

4.2.1 总干渠边坡稳定分析

进行总干渠边坡稳定分析时，弃渣场作为荷载加在渠顶。根据多次自动搜索确定出的危险滑面，计算各个工况下的安全系数，总干渠边坡安全系数见表3。

表3 总干渠边坡最危险滑面安全系数表

由表3可知，设计水深+饱和土为最不利的工况，总干渠边坡最危险滑面在一级马道以上的边坡。

4.2.2 总干渠和弃渣场整体边坡稳定分析

弃渣场边坡作为总干渠边坡的一部分，对弃渣场和总干渠边坡进行整体分析。总干渠和弃渣场整体边坡安全系数见表4。

表4 总干渠和弃渣场整体边坡最危险滑面安全系数表

由表4可知，所有工况都不满足要求，设计水深+饱和土为最不利的工况，总干渠和弃渣场整体边坡最危险滑面在一级马道以上的边坡。

由于总内坡+弃渣坡工况下，边坡不满足要求，需要验证抗滑桩的剩余推力和配筋是否满足要求。

抗滑桩计算采用的计算方法为Morgenstern-price 法。作用于抗滑桩的荷载：滑坡推力、抗滑桩所处位置下块滑体（滑动面以上）的抗力、锚固段地基抗力。桩侧与岩土间的摩阻力、凝聚力、桩变形引起的竖向反力、桩自重和桩底反力均可不计。具体计算结果表见表5。

表5 最不利工况下最危险滑面情况表

由表5可知，不影响原抗滑桩的结构安全。但需对弃渣场和集水坑进行处理。

弃渣场和集水坑的综合作用，导致总干渠平台附近地表长期存水。存水的长期下渗，导致总干渠边坡土体处于饱和状态。此工况下，总干渠边坡安全稳定系数不满足要求，存在滑动的趋势。另外，弃渣场处于松散状态且堆积高，造成总干渠和弃渣场整体边坡在各个工况下安全稳定系数不满足要求，存在滑动的趋势。因此，需要对弃渣场和集水坑进行处理。

建议弃渣场移出滑坡体外，即弃渣场距离总干渠护栏外21 m，弃渣场按1∶4 坡比开挖。建议集水坑回填，阻断总干渠渗水水源。建议弃渣场和集水坑设置合理的排水系统，水流向渠外。

弃渣场和集水坑处理后的总干渠和弃渣场整体边坡计算模型如图4所示。

图4 弃渣场处理后边坡计算断面图

通过计算，各个工况下的边坡稳定安全系数见表6。

由表6可知，除设计水深+饱和土工况下，总干渠二三级合坡不满足要求外，其他所有工况边坡安全稳定系数均满足要求。因此，必需按上述方法对集水坑进行处理，总干渠边坡土体不能达到饱和状态。

表6 总干渠和弃渣场边坡最危险滑面安全系数表

5 结论与建议

5.1 结论

通过对弃渣场和总干渠的稳定分析，得出如下结论：①弃渣场本身不满足稳定要求，存在整体滑动的趋势，需要进行削坡处理。弃渣场为松散人工填土，且边坡已出现数条宽大裂隙，存在局部塌落的趋势。弃渣场紧靠总干渠护栏，一旦滑塌土体直接进入总干渠，危机总干渠安全和水质。②弃渣场和总干渠坡顶集水坑共同作用，导致总干渠边坡土体长期处于浸泡状态，水渗入土体内，土体易达到饱和状态。在此工况下，总干渠总边坡和一级马道以上边坡不满足稳定要求。③弃渣场处于松散状态且堆积高，造成总干渠和弃渣场整体总边坡、一级马道以上边坡和二级马道以上边坡在各个工况下不满足安全稳定要求，存在滑动的趋势。弃渣场处理后，总干渠一级马道以上边坡在土体饱和工况下不满足安全稳定要求。边坡最危险滑面在一级马道以上的边坡，最危险滑面在总干渠坡顶距离总干渠护栏约21 m。

5.2 建议

为了尽可能减少弃渣场和集水坑对总干渠的影响，建议处理方案如下：①建议弃渣场移出滑坡体外，即距离总干渠护栏外至少21 m弃渣应全部清除。经稳定分析，安全稳定系数满足要求。②弃渣场总高约18 m，建议弃渣场迎渠面边坡开挖坡比为1∶4，每6 m高设一级2 m宽的马道，坡顶设截水沟，坡脚设排水沟，边坡采用绿化种草。③建议利用开挖后弃渣场的弃土回填集水坑，阻断总干渠渗水水源。④建议总干渠外的污水接入污水系统，避免在总干渠旁滞留，以免影响总干渠安全和水质。