浅析韩墩引黄总干堤坝外坡失稳的危害

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摘 要：韩墩总干经过长年的运行，原有地理环境条件发生了不可逆转的巨大变化。随着渠道内部泥沙淤积的减轻，清淤数量及频次减少，堤坝型式随之逐渐固化，新时期出现新情况，难以再用传统的方法解决。该文通过现状分析和历史比较，对堤坝外坡坍塌毁损问题进行综合评价，提出客观治理设想，以供借鉴。

关键词：韩墩总干 外坡失稳 治理措施

中图分类号：S277.7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）05（a）-0118-01

滨州市韩墩引黄总干堤坝运行50余年，随着社会经济的不断发展和工程建设管理方式的改进，传统的水力冲填清淤、堤外占地放土的施工方法已不适用新形势的要求。总干全段均已确权划界，工副业生产建设项目日益增多，居民点内迁扩展，两岸堤坝以外早已不再是单纯基本农田，使得总干堤脚边界以外土地难以再临时征占放土。尤其随着西岸坝顶沥青管理路的建成使用、绿化树木成林率的提高以及周边农地与干渠坝顶相对高差的加大，都对堤坝边坡的稳定构成威胁且难以修复。总干30 km长堤边坡工程的稳定状况，事关供水事业的成败与安全，对整体工程的安全性、经济性起重要的制约作用，影响着灌区工程的投资使用效益。因而，对此进行研究具有广泛的现实意义。

1 原因分析

1.1 坝顶与周边农地高差的影响

总干渠未衬砌之前，两侧堤坝与周边农地落差极小，外侧边沿存在广阔的堤防淤背区，100 m以内农地每年冬季都会被征用做为放淤区，不存在外边坡失稳问题。然而自渠道衬砌后，内边坡糙率降低，渠内水流速增大，加之黄河水含沙量逐年减小，渠内淤积减轻，特别是西岸坝型逐渐固定下来。坝坡外堤脚边界以外归属县区管理，由于地方上对于土方的需求逐年增长，周边农田坝坡淤背区的土方被大量倒卖流失，造成淤背区缺失，边坡倾斜面过大。尤其是引黄闸至牛王闸之间14 km渠段平均高差可达3 m多。灌区土质以粉质砂壤土和粉质壤土居多，且厚度变化较大，分布不稳定，土质松散，失水后易坍塌。

土质堤坝由于外边沿的土体存在较大的坡面倾斜，在坡体自身重力以及其他外力的联合作用下，导致整个坡体存在由高到低滑动的趋势；在坡体土自身强度和一定的工程措施保护下，产生抵抗坡体下滑的向上力。假设边坡土体自身某作用面上的下滑力大于其内部阻止滑动的抵抗力，土体必将呈现滑动，即失稳；如果下滑力不及抵抗力，则可认为边坡恒稳。边坡土受力情况比较复杂，影响外坡稳定的因素较多，简单归纳起来主要有：土体自身的物理力学性质；堤坝型式和外形尺寸；加固措施；工作条件。对于砂土质堤坝而言，夏季雨水的冲刷和渗漏是造成堤防外边坡坍塌失稳损毁的主要因素，土体内部较高的含水率改变了坝体组成材料的物理力学性质和工作条件。较高的落差使得坝顶树木根系难以吸收水分造成根系不发达；边坡倾斜面过大表面草本植物根系不发达；所以当排水水流较大时，土体易流失坍毁。水对土体的影响有：一是使得内部剪应力增加；再一个使得土体自身抗剪强度降低。

1.2 总干管理路的影响

沥青管理路位于西岸坝顶内侧，沥青宽度4 m，灰土宽度5 m，实际占宽7～8 m，且里高外低未建设专门排水设施。路外侧绿化树木区宽约7～9 m不等，坝顶总宽度不超16 m。沥青表面无渗水能力，雨季时大量路面积水涌向外侧绿化区，坝体经过长时间浸泡松软，极容易形成流沟暗隙，管涌后容易坍塌毁损。

水流的冲击力对土体稳定性也会有一定影响。根据土层深度、紧密度的差异，土层越浅颗粒越松散。在地表水流带动下，在坝坡表面流动的水不断冲刷整个坡面的松散颗粒，继而形成沟槽、低凹地。在蓄水能力超出可耐受程度时，不但形成较大向下荷载力，且土体中的孔隙水会对坝体产生一定的静水压力。孔隙水压力作用方向与孔隙面垂直，其大小受水头影响。水头越高则静水压力越大。静水压力对坝坡土体产生下行的滑动推力，当孔隙水压力剧增时则可能引发滑坡，坝体稳定程度降低。土体滑坡通常是从坡顶水冲槽和裂缝出现后开始的。

1.3 坝顶绿化树木的影响

坝顶树木的种类以杨树为主，此类植物特点是根系发达，耐旱耐碱，对坝坡稳定作用显著。缺点是若栽植间距较小或树种选择不当，树顶高度过高或胸径过细，加上根系较浅，都极容易造成雨季边坡土流失时被狂风刮倒连带周围树木，甚至倒而不死，根系下空洞难以发现影响雨后坝坡填土修复。

水渗进土体使得土体密度增加、剪应力增大。水在坡表面排泄受阻将会加大土体重量，增加坡体下滑力。含水量大会使土体内部联结变弱、强度降低，从而导致抗剪强度降低。在渗流过程中对边缘颗粒施加一个动水压力，其大小与流动水的体积、容重和水力梯度有关，与水流方向一致，是体积力。结构面填充物受水的浮力作用重量降低，当动水压力稍大时会带走填充物颗粒，侵蚀掏空更大范围的填充物。水流还会磨平表面粗糙的土颗粒使其变得光滑，从而降低内部摩擦系数，减小边界抗滑力使得边坡土体变的不稳定。

2 整治措施

可见造成总干外坡坍塌失稳的主要因素是水。尤其是流动水流对坝体稳定性的危害为甚，从而实施治水工程将是保证堤坝安全的主要措施，包括坝面及坝体排水。由于沥青路面横向比降已定，只能实行倾向外坡的排水方案。设置合理数量的坝面截水沟、外边沟、排水沟及跌水、急流槽是非常必要的。坝脚处开挖界沟与农田排水沟连通，避免临界农田受涝。另外坝体排水设施有渗沟、盲沟及斜管等。渗沟主要作用是截排路面及地表上的下渗雨水；盲沟主要用于截排或引排路面积水；斜管用于排除盲沟内积水，可选择水平钻机或直接开挖坝顶埋置排水管。以上措施均需论证试验，能设则设，能省则省，尽量避免对堤坝的过度扰动。同时，在坡面选择合适草种，通过植草绿化的方法减少水对坡面的渗入。

3 结语

雨水对坝坡的影响是多方面、多角度的，在考虑防止堤坝外坡失稳巩固坝体时，首先应考虑对水流的疏导，而不是盲目围堵。做好地表排水系统和坝体排水系统，使雨水对坝坡的危害削减到最低限度；其次针对不同坝型不同部位，区别采取不同方法加固，组合使用各类措施。本着实事求是的原则，进行综合试验论证，尽量采取最优方法取得最理想的效果。

参考文献

[1] 胡卫兵.广安高桥水电站水力机组增容防蚀改造设计[D].成都：西华大学，2006.

[2] 孙见波.基于数值试验的水轮机改造技术的研究[D].成都：西华大学，2006.