玉溪河引水工程主干渠滑坡成因分析及治理措施

王大波

(四川省玉溪河灌区运管中心,四川 邛崃 611530)

玉溪河引水工程是建国以来四川省兴建的第一个跨流域大型引水工程,建成投产以来,效益十分显著,被誉为四川水利建设史上的一颗明珠。该工程修建于二十世纪七十年代,属于“边设计、边施工、边修改”工程,由于受修建时历史条件和自然条件限制,工程建设标准低,衬砌技术差,管理难度极大。玉溪河引水工程运行多年,灌区管理处采取多项技术措施和治理方案有效应对渠道垮塌、渗漏、淤积等问题,尤其针对主干渠滑坡累积了四十多年宝贵的治理措施和经验,确保了玉溪河引水工程的安全运行。本文在对主干渠滑坡成因分析的基础上,对滑坡治理措施和经验进行总结。

1 工程概况

玉溪河引水工程于1978年1月建成通水,灌区位于成都平原西南边缘岷江、青衣江之间的浅丘台地,包括芦山、邛崃、名山、蒲江四县(市、区)的60个乡镇,设计灌面5.78万hm2,现有效灌面4.56万hm2。该工程从雅安市芦山县境内的青衣江支流玉溪河上筑坝引水,设计流量34 m3/s。引水主干渠全长51.5 km,途经芦山县宝盛乡,邛崃市天台山镇、夹关镇,名山区万古镇、中峰镇,末端入百丈水库。设计流量:上段(主干渠0+845～7+660)30 m3/s,中段(主干渠7+660～34+765)25 m3/s,下段(主干渠34+895～51+500)20 m3/s。沿渠有隧洞16处(长12 775 m),渡槽18处(长1 157 m),暗渠57处(长3 606 m),输水建筑物约占渠道总长的34 %。此外,还有分水、泄水、节制闸、桥涵、溢流堰等建筑物500多处。玉溪河引水工程主干渠盘山绕行,处于海拔高程760～830 m的山区,穿越大小山溪沟上百条,沿渠地形多变、陡坡连绵、沟壑横交,地质条件复杂,加之工程处于青衣江暴雨区边缘,每年暴雨洪水频繁发生。由于暴雨袭击及工程地形地质条件等原因,渠道内坡出现垮塌、滑坡,外堤出现沉陷、滑坡时有发生,其中滑坡已成为影响玉溪河引水主干渠安全运行的主要隐患。

2 滑坡发生的原因分析

玉溪河主干渠段北东向构造广为发育,沟壑横交,大部分属中低山地貌,地形陡峻,起伏大。渠道依山而建,内外坡临空面较大。并处于雅安暴雨区边缘,雨量充沛、集中(其中:邛崃市年平均雨量1 117.3 mm,最大年降雨量1 467.8 mm;名山区多年平均雨量1 512.7 mm,最大年降雨量2 118.7 mm),洪灾多发。主干渠区段内以第四纪松散地层和雅安砾石层(黏土夹砾石)为主,加之在自然灾害(如:地震等)或人为因素(如:工程修建、人为加载等)影响下,为滑坡发生提供了充足条件。究其原因可分为以下几类:

(1)新建工程对古滑坡体挠动,加之地震破坏和降水浸蚀,打破原滑坡体的平衡状态,引起古滑坡体重新滑动。比如:固驿渡槽滑坡、大石板渡槽滑坡、龙奔渡槽及出口滑坡、天台山烂槽子滑坡等。

(2)主干渠雅安砾石层段本身稳定性较差,加之边坡陡峭,因短时强降雨造成土体含水量达到饱和,发生突发性滑坡。如:主干渠44+411内坡、主干渠33+300～33+320内坡、主干渠39+880～39+920内坡、主干渠51+450～51+532内坡等。

(3)渠道渗水使土体含水量增大,加之山洪沟边坡因洪水冲刷淘空和车辆通行扰动引起滑坡。如:主干渠19+300外坡、主干渠42+300～42+337外坡等。

3 滑坡治理措施

玉溪河引水主干渠建成通水四十多年来,针对不同成因的滑坡,采用了不同的治理措施,取得了明显效果,确保了玉溪河引水工程的安全运行。主要治理措施包括抗滑桩、改线隧洞、明渠改暗渠、削坡减载、挡土墙、降排水、框格梁、桩基等。

3.1 抗滑桩措施

固驿渡槽滑坡、大石板渡槽滑坡、龙奔渡槽滑坡这三处滑坡均为古滑坡体,原设计为明渠,后因滑坡而改为渡槽。由于渡槽在运行中仍然受到滑坡的威胁,滑坡未得到彻底治理,因此又采用抗滑桩再次治理[1]。

3.1.1 固驿渡槽滑坡治理

固驿渡槽位于主干渠26+004～26+080段,初期按明渠施工,后因滑坡改建为渡槽,渡槽长76 m,渡槽修建后,滑坡仍未停止滑动,至1985年10月底,槽身受滑坡推力的作用,最大位移达30 cm,槽身由直线变形成折线,外侧止水带拉裂,为确保固驿渡槽的安全运行,固驿渡槽滑坡整治势在必行。

根据地勘和测绘资料,滑坡体厚5～15 m,滑体总量近20万m3,滑动面为基岩与上伏堆积层的分界面。经抗滑桩和改线隧洞两方案比较,固驿渡槽滑坡治理采用抗滑桩方案[2]。抗滑桩为人工挖孔灌注钢筋混凝土桩,桩身断面为2 m×3 m,桩深12～15 m,其中嵌入基岩5～7 m,共布置成两排,前排21根,后排14根,共35根。桩中心距6 m,排距6 m,前后排错开3 m呈梅花形布置。

抗滑桩于1986年12月开始施工至1987年7月完成施工。固驿渡槽滑坡整治工程是四川水利史上首次采用抗滑桩治理大型滑坡的工程。工程竣工后,滑坡得到有效治理,消除了主干渠上的一大隐患,保证了渡槽的安全运行。采用抗滑桩治理固驿渡槽滑坡是成功的。

3.1.2 大石板渡槽、龙奔渡槽滑坡治理

主干渠大石板渡槽(12+693～12+761)段、龙奔渡槽(主干渠27+062～27+130)段,两处古滑坡一直处于蠕滑状态,“4·20”芦山地震使滑动明显加速。大石板渡槽滑坡,滑体厚14～20 m,体积约15万m3;龙奔渡槽滑坡,滑体厚10.5～18.5 m,体积约24.1万m3,均属中型滑坡。两处滑坡地貌特征明显,呈圈椅状地貌。

为保证渡槽的安全运行,对两处滑坡进行治理[3]。在渡槽内侧各设置一排人工挖孔灌注钢筋混凝土抗滑桩,间距6 m,断面尺寸2 m×3 m,大石板抗滑桩桩深20～25 m,共11根,龙奔渡槽抗滑桩桩深15～25 m,共13根。桩顶采用钢筋混凝土梁把整排桩连为一体,并设置排水沟。

滑坡治理于2014年8月开始至2015年4月完成,消除了工程安全隐患。

3.2 明渠改线为隧洞

对滑坡严重、规模较大的渠段,经技术、经济比较,采用明渠改线为隧洞。隧洞的建成通水,可以避开滑坡对主干渠的威胁,例如天台山烂槽子滑坡和太和段龙奔渡槽出口滑坡[2]。

烂槽子山体滑坡,位于邛崃市天台山风景区内玉溪河引水主干渠10+380～10+530段的内坡。滑体厚度1.0～15.9 m,体积约51万m3。该滑坡为古滑坡,2004年7、8月暴雨季时,滑动明显加速,坡面大量开裂,到10月底,位于滑坡前缘的主干渠渠槽内边坡开裂、渠底隆起,严重破坏长度约150 m,渠槽内坡位移量达0.83 m,出现渠道严重缩窄壅水,渠道已不能正常运行。该滑坡治理经抗滑桩和改线隧洞两方案比较,最终采用改线隧洞。改线隧洞长489 m,设计流量25 m3/s。隧洞工程于2004年11月开工建设,2005年4月完工,确保了灌区2005年的春灌用水。

龙奔渡槽出口明渠段,因内坡滑坡,外堤单薄,改线为隧洞。于1980年11月开工建设,1981年3月完工。改线的龙奔隧洞长274m,设计流量25 m3/s,治理后一直稳定运行。

3.3 明渠改建暗渠

对滑动不断、边坡高陡,或堆积层厚,采用削坡支挡相当困难或不能解决根本问题的地段,采用明渠改建暗渠。玉溪河引水工程主干渠自通水运行以来,明渠改暗渠达27处,最典型的两种结构型式包括城门洞型暗渠和梁板式盖板暗渠。

城门洞型暗渠结构需干渠断水施工,工期较长。例如,1999年10月9日,主干渠44+411(同心干暗渠出口)处内坡滑体崩塌堵塞渠道,总方量约5000 m3,渠道全线断水。治理措施:采用明渠改暗渠,接长同心干暗渠38 m,断面为城门洞型,工期32 d[2]。

梁板式盖板暗渠不需要主干渠断水施工。例如,自2016年起,主干渠33+300～33+320等4段明渠总长100 m,明渠宽度达12 m,采用梁板式盖板涵,建设期主干渠正常通水,为保障下游用水起到了关键作用。梁板式盖板涵梁采用钢梁或钢筋混凝土预制梁,采用机械吊装就位,铺镀锌压型板作为现浇钢筋混凝土底模(不需拆模),再现浇钢筋混凝土。梁的下缘距主干渠的正常水面净高不小于40 cm,见图1。

图1 梁板式盖板断面

3.4 外堤滑动加固

3.4.1 外堤挡土墙加固

对外堤单薄、滑动沉陷严重,且有通车要求的外堤加固,常采用挡土墙加固,实施的挡土墙有重力式或衡重式。挡土墙置于基岩或坚硬的地基之上。墙身设排水孔。挡墙高度在5～7 m之间,如主干渠19+300,见图2。

图2 衡重式挡土墙断面

3.4.2 外堤桩基加固

对于渠堤外侧滑坡,严重威胁巡渠道路及渠道安全的常采用外堤桩基加固。主干渠42+300～42+337段,渠堤外侧为滑坡体后缘,由于受滑坡的影响,渠堤外侧垮塌沉陷,抢险公路路面开裂、倾斜。钻探资料揭露覆盖层为第四系的黏土夹砾石组成,厚6.8～15.8 m。基于覆盖层较厚的原因,治理方案采用桩基与挡墙结合的方案,桩基采用直径为1.1m的人工挖孔钢筋混凝土灌注桩,桩深12 m,共11根,布置为一排,孔距3.57 m,桩基置于基岩。桩顶设置钢筋混凝土承台,将11根桩连为一体,承台上设置仰斜式混凝土挡土墙。外堤治理于2020年4月实施后,消除了多年的工程隐患,见图3。

图3 主干渠42+300～42+337渠段外堤加固断面

3.5 内坡加固

3.5.1 内坡挡土墙加固

对内坡滑坡规模不大、覆盖层浅且没有地下水的滑坡,常采用重力式挡墙加固处理,见图4。

图4 内坡挡土墙断面

3.5.2 内坡框格梁及挡土墙加固

对于渠堤内侧滑坡,滑坡体表层物理结构松散的常采用内坡框格梁及挡土墙加固[3]。主干渠39+880～39+920(段长40 m)及42+650～42+700(段长50 m)明渠,内坡高20～30 m。2013年,受“4·20”芦山7.0级地震及暴雨影响,黏土夹卵砾石表层松散层滑动入渠,对渠道造成大量淤积,影响了渠道过水能力。治理时通过削坡使坡比达到1∶1,然后采用钢筋混凝土框格梁护坡,框格梁间排距2 m,梁断面尺寸30 cm×30 cm,框格梁间用草皮护坡,框格梁节点处设置φ25锚杆,边坡每10 m高,设1.5 m宽的马道。坡脚设置重力式挡墙,高3.5 m。两处滑坡治理于2015年2月完成,边坡稳定,效果较好,见图5。

图5 框格梁护坡

3.5.3 渠槽内边坡滑动仰斜式挡土墙加固

主干渠42+000～42+030段,长30 m,该段渠槽为第四系黏土夹砾石,遇水软化,承载力较低。2019年,由于暴雨导致渠槽内坡土体滑动,渠槽损坏,位移达32 cm,严重威胁主干渠的安全运行。当年岁修采用仰斜式挡土墙加固,挡土墙置于砂质泥岩上后一直稳定运行,见图6。

图6 主干渠42+000～42+030段修复断面

3.5.4 渠道内边坡滑动排水治理

主干渠51+450～51+532段长82 m,渠道左岸内坡主要由黏土夹砾石组成,其结构松散,遇水软化,受特大暴雨影响,在自身重力作用下,土体经常发生垮塌,垮塌的土石体越过原挡墙渠道内形成淤积,威胁渠道安全运行,同时影响滑体后缘公路路基。经分析该滑坡体是由于排水不畅,挡墙不够高而产生滑动。治理措施:在滑体前缘加高挡土墙,挡墙置于基岩上;设置纵、横向排水盲沟及环形排水明沟。排水明沟252 m,盲沟140 m,挡墙82 m,新挡墙与原挡墙之间设排水明沟。该方案于2020年2月实施后,消除了多年的工程安全隐患,见图7。

图7 主干渠51+450～51+532段滑坡治理断面

4 结论

工程干扰、结构不稳定及渠道渗水是引起玉溪河引水工程主干渠发生滑坡的主要成因,根据玉溪河主干渠四十多年治理滑坡的措施和经验,得出如下结论:

(1)滑坡治理措施或技术方案,必须建立在第一手资料的准确与可靠之上,如:地形、地勘资料。

(2)对于大、中型滑坡治理,经技术、经济比较,宜采用抗滑桩方案或改线隧洞方案。固驿渡槽滑坡治理工程是四川水利史上首次采用抗滑桩治理滑坡。实践证明,水利工程上使用抗滑桩治理滑坡是成功的。

(3)对于渠床稳定,内坡高陡,而滑动不停的明渠,宜采用明渠改暗渠。其中,梁板式盖板暗渠,由于可以在渠道不断水的情况下施工,近年来得到推广应用。

(4)对于渠道内坡边坡不高的浅表层滑坡处理,宜采用削坡减载,建挡土墙支撑;对于渠道内坡较高、覆盖层较厚的表层滑坡,宜采用削坡减载、坡面框格梁护坡、坡脚挡土墙支护及排水沟等综合治理;对渠道内坡地势较缓、排水不畅的滑坡,宜以排水结合挡土墙支挡综合处理;对内坡滑动损坏渠槽,且规模范围不大的滑坡,宜采用重力式挡土墙加固。

(5)对外堤覆盖层较浅、地面以下7 m内见基岩的滑坡,宜采用重力式挡土墙或衡重式挡土墙加固;对外堤覆盖层深度在7 m以上的滑坡,宜采用桩基、承台、挡墙等综合措施。

综上,玉溪河主干渠的滑坡治理针对不同滑坡类型应用了多项不同治理措施,包括削坡减载、降排水、挡土墙支挡、抗滑桩、改线隧洞、明渠改暗渠、桩基加固、框格梁护坡等。这些措施或技术方案,确保了引水工程主干渠的安全运行,消除了工程隐患,值得同类工程借鉴。