關(guān)于南水北調(diào)中線工程邊坡穩(wěn)定綜合治理研究

常志兵 南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局

黃斌 長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責任公司

石兆英 河北省水利水電第二勘測設(shè)計研究院

張愛靜 劉洋洋 南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局

1.西邵明和新3號棄渣場概況

本文以邯邢段工程棄渣場西邵明棄渣場和新3號棄渣場為例，這兩個棄渣場邊坡均存在局部隱患，邊坡穩(wěn)定性未達到規(guī)范標準，其棄渣場的類型和級別均不同。西邵明棄渣場為坡地型，新3號棄渣場為溝道型，西邵明棄渣場和新3號棄渣場根據(jù)《水利水電工程水土保持技術(shù)規(guī)范》（SL575-2012）分別為3級和2級棄渣場，且其邊坡加固治理方式不盡相同。

2.計算方法

2.1 邊坡穩(wěn)定評估方法

棄渣場穩(wěn)定評估依據(jù)為《南水北調(diào)中線一期工程（陶岔渠首～古運河以南段）棄渣場穩(wěn)定性評估技術(shù)規(guī)定》、現(xiàn)行水土保持技術(shù)規(guī)范及棄渣場初步設(shè)計以后的設(shè)計資料、現(xiàn)場施工資料、監(jiān)理資料、監(jiān)測資料和本次測繪、地質(zhì)勘察專項資料等。采用河海大學軟件Autobank7.7對棄渣場進行邊坡穩(wěn)定驗算，給出評估范圍內(nèi)各棄渣場邊坡穩(wěn)定分析及評估結(jié)果。

計算方法：棄渣場抗滑穩(wěn)定計算采用不計條塊間作用力的瑞典圓弧滑動法，計算公式如下：

式中：b—條塊寬度，m；W—條塊重力，k N；Q、V—水平和垂直地震慣性力；u—作用于土條底面的孔隙壓力，kPa；a—條塊的重力線與通過此條塊底面中點的半徑之間的夾角，（°）；c’、ψ’—土條底面的有效應力抗剪強度指標；Mc—水平地震慣性力對圓心的力矩；R—圓弧半徑；K—圓弧滑動穩(wěn)定的安全系數(shù)。

2.2 截排水計算

棄渣場排水溝設(shè)計標準取5年一遇10min短歷時設(shè)計暴雨。經(jīng)分析各棄渣場頂面坡度及匯流走向，在充分利用棄渣場附近現(xiàn)有排水設(shè)施的基礎(chǔ)上，在部分棄渣場的坡腳擋渣墻外新設(shè)排水溝。

棄渣場產(chǎn)匯流量計算采用如下公式：

式中：Qm—設(shè)計洪峰流量，m3/s；φ—徑流系數(shù)，無量綱；q—設(shè)計重現(xiàn)期和降雨歷時內(nèi)的平均降雨強度，mm/min；F—匯水面積，km2。

2.3 擋渣墻設(shè)計

關(guān)于擋渣墻的詳細設(shè)計，可參考董俐的研究和水土保持工程設(shè)計規(guī)范:GB51018－2014［S］，相關(guān)計算公式如下。

2.3.1 抗滑穩(wěn)定驗算公式

式中：Kc—計算抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)；f—墻基底面與地基土之間的摩擦系數(shù)，取0.3 5；ΣG—作用在墻底板上的全部豎向荷載之和（kN）；ΣH—作用在墻底板上的全部水平荷載之和（kN）。

2.3.2 抗傾覆安全系數(shù)計算公式

式中：K0—擋渣墻抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)；Σ MV—對擋渣墻基底前趾的抗傾覆力矩（kN·m）；ΣMH—對擋渣墻基底前趾的傾覆力矩（kN·m）。

2.3.3 擋渣墻基底應力計算公式

3.結(jié)果

3.1 擋渣墻穩(wěn)定性計算結(jié)果

新3號棄渣場擋渣墻穩(wěn)定性計算值見表5。經(jīng)計算，新3號棄渣場擋渣墻基底應力的最大值與最小值之比均小于2.0。根據(jù)規(guī)范要求，基本組合應小于2.0，特殊組合小于2.50，基底應力的最大值與最小值之比符合地基要求；新3號棄渣場擋渣墻抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)計算值在正常工況和非常工況下分別為1.26和1.11，均大于允許值；新3號棄渣場擋渣墻抗傾覆安全系數(shù)在正常工況和非常工況計算值分別為6.24和5.42，遠大于允許值。因此，新3號棄渣場擋渣墻穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求，設(shè)計合理，能夠有效的阻擋棄渣土，減緩水土流失，提高邊坡穩(wěn)定性。

表5 擋渣墻穩(wěn)定計算表

3.2 截排水工程計算結(jié)果

西邵明棄渣場和新3號棄渣場設(shè)計流量及排水溝過流能力和結(jié)構(gòu)設(shè)計尺寸見表6。由表可知，西邵明棄渣場蘋果分區(qū)和南區(qū)總干渠側(cè)溝渠設(shè)計底寬均為0.6m，溝深分別為0.6m和0.8m；新3號棄渣場南區(qū)左側(cè)排水溝渠設(shè)計底寬和深度均為1.0m。按照上述排水溝設(shè)計，設(shè)計標準取5年一遇10min短歷時設(shè)計暴雨，西邵明棄渣場蘋果分區(qū)和南區(qū)總干渠側(cè)的排水能力分別為4.85 m3/s和2.27m3/s，新3號棄渣場南區(qū)左側(cè)排水能力為4.24m3/s，均具備良好的排水能力。

表6 棄渣場設(shè)計流量及排水溝過流能力

4.結(jié)論與討論

綜合結(jié)論表明，以南水北調(diào)中線邯邢段西邵明棄渣場和邯邢段新3號棄渣場為例，通過對邊坡進行分級處理，建立擋渣墻和排水設(shè)施，并進行護坡防護，棄渣場安全穩(wěn)定性計算結(jié)果均達到規(guī)范要求。以上邊坡綜合治理措施提高了棄渣場的安全穩(wěn)定性，是科學且安全可靠的方法，在南水北調(diào)中線邯邢段工程的棄渣場邊坡綜合治理中可以發(fā)揮很大的作用，并為南水北調(diào)工程和其他水利工程的局部邊坡不穩(wěn)定綜合治理提供參考方法。