水利工程防汛抢险技术
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第四节 滑坡

滑坡是指堤坝一部分土体由于含水饱和、受外力影响或者自身结构等原因,导致抗滑力小于滑动力,失去平衡,发生显著的相对位移,脱离原来位置向下滑移的现象。滑坡有迎水面滑坡和背水面滑坡,从性质上可分为剪切破坏、塑性破坏和液化破坏。滑坡是严重险情之一,见图3-27、图3-28。

图3-27 背水坡滑坡险情平面示意图

图3-28 背水坡滑坡险情剖面示意图

引起滑坡的主要原因如下:

(1)持续高水位引起背水坡滑坡。由于浸润线升高,土体浸水饱和,抗剪强度降低,渗透水压力和土重增加,导致背水坡失衡而引起滑坡。

(2)水位骤降引起迎水坡滑动。迎水坡土体长时间处于浸水饱和状态,水位骤降后,土体来不及排水,出现反向渗水压力,致使滑动力加大,引起土体失衡而滑坡。

(3)堤坝本身有缺陷而引起滑坡。如断面单薄、边坡陡、有隐患等,使抗滑稳定安全系数不足。在水位升高,土体抗剪强度减小并受到渗透水压力作用的情况下,易产生滑坡。

(4)基础处置不彻底有淤泥层、背水坡外有水塘未回填、堤坝顶部堆放重物、发生地震等情况,边坡失衡,出现滑坡。

(5)填筑土料不符合要求,含水量不当或掺有冻土块,碾压不实,施工质量达不到设计要求,遇到高水位时滑坡。

(6)背水坡脚设有混凝土或浆砌石护脚,但未设排水或排水失效,浸润线位置高也易造成滑坡。

一、抢护原则

处理原则为减小滑动力、增加抗滑力,即上部削坡减载、下部堆土(石)压重。如滑坡的主要原因是渗流作用时应同时采取“前截后导”的措施。

二、抢护方法

1.减少滑动力

(1)削坡减载。削坡减载是处理堤坝滑坡最常用的方法,该法施工简单,一般只用人工削坡即可。但在滑坡还继续发展,没有稳定之前,不能进行人工削坡。一定要等滑坡已经基本稳定后(大约半天至1天时间)才能施工。一般情况下,可将削坡下来的土料压在滑坡的坡脚上做压重用。

(2)在临水面上做截渗铺盖,减少渗透力。当判定滑坡是由渗透力而引起的,及时截断渗流是缓解险情的重要措施。采用此法的条件是:坡脚前有滩地,水较浅,附近有黏土可取。在坡面上做黏土铺盖阻截或减少渗水,减小渗透力,达到减少滑动力的目的。

(3)及时封堵裂隙,阻止雨水继续入渗。滑坡后,滑动体与未滑动体间的裂隙应及时处理,以防雨水沿裂隙渗入到滑动面的深层。在封堵滑坡裂隙的同时,必须尽快实施其他抢护措施。

(4)在背水坡面上做导渗沟,及时排水,降低浸润线,减小滑动力。

2.增加抗滑力

增加抗滑力是保证滑坡稳定,彻底排除险情的主要办法。该法通过增加抗滑体本身的重量来增加抗滑力,见效快,施工简单,易于实施。

(1)做滤(透)水反压平台(俗称马道、滤水后戗等)。如用砂、石等透水材料做反压平台,因砂、石本身是透水的,在做反压平台前无须再做导渗沟。用砂、石做成的反压平台,称为透水反压平台。

在欲做反压平台的部位(坡面)挖沟,沟深20~40cm,沟间距3~5m,在沟内放置滤水材料(粗砂、碎石、瓜米石、塑料排水管等)导渗。导渗沟下端伸入排渗体内将水排出,不得将渗水通道阻塞。做好导渗沟后,即可做反压平台。砂、石、土等均可做反压平台的填筑材料。

反压平台在滑坡长度范围内应全面连续填筑,反压平台两端应延展至滑坡端部3m以外。第一级平台厚2m,平台边线应超出滑坡隆起点3m以外;第二级平台厚1m,详见图3-29。

(2)做滤(透)水土撑。当用砂、石等透水材料做土撑材料时,不需再做导渗沟,称此类土撑为透水土撑。由于做反压平台需大量的土石料,当滑坡范围很大,土石料供应又紧张的情况下,可做滤(透)水土撑。滤(透)水土撑,与反压平台的区别是:后者分段,一个一个的填筑而成。每个土撑宽度5~8m,坡比1∶5。撑顶高度不宜高出滑坡体的中点高度。这样做是保证土撑基本上压在阻滑体上。土撑底脚边线应超出滑坡下出口3m以外,土撑的间隔不宜大于10m(图3-30)。

图3-29 滤(透)水反压平台断面示意图

图3-30 滤(透)水土撑断面示意图

(3)坡脚压重。坡脚临塘没有支撑引起滑坡,抢护的办法是用土石料将塘填起来,把坡脚已滑移的部位,用土石料压住。

3.滤水还坡

对于浅层滑坡,滑动面未切入地基中,可采用滤水还坡法抢护。滤水还坡有以下四种做法。

(1)导渗沟滤水还坡。先清除滑坡的滑动体,然后在坡面上做导渗沟,用无纺土工布或用其他替代材料,将导渗沟覆盖保护,在其上用砂性土填筑到原有的坡度,见图3-31。导渗沟的开挖,应从上至下分段进行,切勿全面同时开挖。

(2)反滤层滤水还坡。该法与导渗沟滤水还坡法一样,其不同之处是将导渗沟滤水改为反滤层滤水。反滤层的做法与散浸抢险中的背水坡反滤导渗做法相同,见图3-32。

(3)梢料滤水还坡。当缺乏沙石等反滤料时可用此法。本法的具体做法是:清除滑坡的滑动体,按一层柴一层土夯实填筑,直到恢复滑坡前的断面。柴可用芦柴、柳枝或其他秸秆,每层柴厚0.2m,每层土厚1~1.5m。

滤水还坡所用梢料,汛后应清除,重新用原建筑土料还坡,以防梢料腐烂后影响工程的稳定。

图3-31 导渗沟滤水还坡示意图

图3-32 导渗沟滤水还坡示意图

(4)砂土还坡。因为砂土透水性良好,用砂土还坡,坡面不需做滤水处理。将滑坡的滑动体清除后,将坡面做成台阶形状,再分层填筑夯实,恢复到原断面,见图3-33。如果用细砂还坡,边坡适当放缓。填筑还坡时,一定严格控制填筑的速率,当坡面土壤过于潮湿时,应停止填筑。最好在坡面反滤排水正常以后,在控制速率的条件下填筑还坡。

图3-33 砂土还坡示意图

三、注意事项

(1)滑坡是一种严重险情,当发现滑坡时,应备齐物料,及时抢护,一气呵成。在险情十分严重,采用单一方法无把握时,应在迎背水侧同时抢护或多方法并行抢护,以确保安全。

(2)填塘固脚是抢护背水侧滑坡的常用方法,但一定要摸清水下滑坡的位置,在滑坡体的外边缘进行抛石固脚,才能制止滑坡体滑动。严禁在滑动土体的中上部抛石。

(3)渗水严重的滑坡体,要避免继续践踏,以免险情扩大。如坡脚泥泞,人不能上去,可铺些柴草,先上去少数人工作。在滑动土体的中上部不能用加压的办法阻止滑坡,因为土体开始滑动后,土体结构已经破坏,抗滑能力降低,加重后加大了滑动力,会进一步促进土体滑动。在滑坡体的上、中部也不能打桩阻滑,如必须打桩,则所用木桩要有足够的直径和长度(φ15~20cm木桩,能挡住厚1m左右的土)。如果迎水面坡土体含水量饱和,或者坡度较陡时,排桩不但难以阻挡滑脱的土体,而且还会导致险情扩大。地质条件好,透水性小,可在坡脚打桩阻滑,但要密切注意,不能穿透弱透水层,以免导致险情恶化。

(4)在滑坡体上做反滤导渗沟,应尽可能挖至滑动面,如情况紧急,应将沟的上下两端大部分挖至滑动面。反滤导渗沟表面要做好覆盖保护,以防被堵塞。

(5)在背水滑坡填砂还坡时,必须注意观察,速度不宜过快、过量,以免超载,影响坡体稳定。

四、案例

(一)洪湖市长江干堤王家潭背水坡脱坡

1.出险情况

洪湖王家潭位于湖北省洪湖市长江干堤。1998年8月20日23时20分,王家潭段发生严重的背水脱坡险情。险情出现初期,主要是两条弧形裂缝。第一条在桩号485+420-485+488,长68m;第二条在桩号485+550-485+590,长40m。出险的部位都在堤肩以下1.5~2.5m的背水坡,裂缝宽1~5cm,缝中明显积有渗水。21日凌晨1时,险情迅速发展。上述两条裂缝扩大,裂缝宽扩大到8cm,堤坡下滑,下滑吊坎高10cm。裂缝中渗水不断涌流。此时两条弧形裂缝中间的堤坡也出现宽2cm以上的裂缝。485+400-485+600的200m堤段,裂缝相连,全线贯通,局部堤坡上的土壤饱和,变成泥浆,险情迅速恶化。21日凌晨3时,两段滑体不断下挫,吊坎高差增加到12~20cm,同时485+600堤段的裂缝,也向上游延伸,出现约50m长的断续裂缝,宽1~2cm左右。21日8时,第一段严重的弧形裂缝下挫不明显,而第二段滑体下滑吊坎增加到30cm,半腰以下的堤坡土壤大部分稀软,一片泥泞,滑矬裂缝可测深度达0.5~1.5m,险情进一步恶化。

图3-34 王家潭背脱坡平面示意图(单位:m)

21日11时,在王家潭堤段的下段485+050-485+070,长20m的内坡,距堤内肩以下2m的部位,也出现1~2cm的断续裂缝;在485+000-485+850,长850m所有堤段的半坡以下,普遍散浸严重,渗水量大,有局部地段的堤坡稀软。

图3-35 王家潭背水坡脱坡抢险工程布置剖面示意图(单位:m)

2.出险原因

王家潭堤段面宽不足6m,堤顶高程34.10m,迎水坡1∶3,背水坡不足1∶3,堤脚欠宽4m左右,且堤内坡中部凸起,堤身单弱;内平台宽20m,高程28.5m,地面高程27m,外滩高程27.5~28m,无外平台;堤防土质以砂壤土为主。出险时外江水位34.08m(当地历史最高水位),超危险水位1.78m。

3.抢护措施及效果

出险原因:该地段堤身单薄,洪水位已接近堤顶,在外江高水位持续浸泡下,堤身土体饱和,散浸严重,开沟导渗不及时且排水沟尺寸不够,以致发生内脱坡。

(1)抢挖导渗沟,速排渗水,抢筑临时道路。在堤坡上沿坡脚至滑挫陡坎按垂直于堤防方向挖0.5m×0.5m导渗沟,沟间距5m,对两条垂直沟之间渗水不畅处的滑动体,加开人字沟,加速滤水。垂直沟和人字沟均铺三级反滤石料。分界沟中则满铺芦苇。同时还在内平台上每10m开一条0.8m×1.0m的集水沟,将渗水集中排出。

(2)抢筑透水压浸台。在滑挫堤坡脚处分别抢筑长80m和60m、宽5m的透水压浸台。在做好的三级反滤沟堤坡堤脚上全部铺盖芦苇稻草,此后再进土料,使透水压浸台从下至上为芦苇层厚0.4m,稻草层厚0.1m,土层厚0.8m的分层透水结构。按以上结构再分级筑总高3.3m的透水压浸台。同时在出现裂缝的内坡筑顺堤长10m宽、10m高透水土撑4座。

(3)抢筑外帮截渗,加大堤身断面,减少渗水量,稳定堤身。在485+400-485+650堤段,抢筑250m长,10m宽,高出水面0.3m的外帮。

(4)延长外帮,升级导渗沟,翻筑裂缝,预防新险。针对堤段严重散浸险情,处理时存在导渗沟断面过小,渗水排出不畅的问题,8月22日,在850m长的严重散浸堤段,对原导渗沟加宽加深,全面升级加速滤水,加速堤身固结。特别是对紧邻485+400以下的100m严重部分,堤内坡做三级砂石反滤,3m宽外坡外帮下延100m,防止可能出现新的脱坡。对485+050-485+070出现的断续裂缝作了两个内透水土撑,加做外帮,加快滤水措施。最后对脱坡裂缝的吊坎进行清理翻挖,黏土回填,胶布覆盖。

开导渗沟后,脱坡滑动体及堤身渗水出溢通畅,21日下午,脱坡堤段浸润线明显下降,内坡逐步干燥,在透水压浸台完成后观察,滑动体下滑停止,险情得以控制。23日下午外帮做5~8m时,渗水量大大减少,堤内坡大部分渗水消失,截渗效果显著,至此险情完全得以控制。本次抢险共投入民工2600人、官兵3600人,耗用粗砂80m3、卵石80m3,编织袋10万条,完成土方1.5万m3,动用机动车60辆、船只8艘,钢材1万kg,稻草3万kg。

(二)广东紫金新坑水库坝体滑坡抢险

1.出险情况

新坑水库位于广东省河源市紫金县古竹镇,属东江小支流。1993年6月,新坑水库库区一带连续降雨。库区从6月1—20日20天内降雨量达615.3m,库水位由6月6日的93.8m(汛限水位91.0m)涨至6月13日的最高值96.9m,超过6月的汛限水位5.9m。由于溢洪道堰顶高程为96.3m,只能在这个水位以上进行溢洪(发电输水涵管下泄量只有7m3/s),致使水位迟迟降不下来,水库较长时间高于汛限水位并在高值中运行,加上水库在施工质量和工程管理上存在问题,导致大坝于6月20日5时30分在背水坡发生大面积滑坡。滑坡时库水位96.6m。滑动面从坝顶背水坡95.3m高程至外坡反滤体顶端,滑动体上部长43.0m,下部长63.0m,最大塌落高度约15.0m。

2.出险原因

坝体滑坡主要原因有以下几点:

(1)边坡过陡。背水坡一级平台以上坡度为1∶2.0,二级平台以上坡度为1∶2.25,偏陡。

(2)大坝施工未按规范要求进行,坝体填筑材料及施工方法不当。在水库土坝施工时,采用的土料是砂岩风化土,其湿化性虽好,但崩解性差,本来不适宜用“水中倒土”法筑坝,但当时大坝施工采用了水中倒土加拖拉机辗压的施工方法。在拖拉机碾压时,把专用排水系统中的部分沙井堵塞(施工期间曾发现排水不良),但又未采取补救措施。以上各种原因,导致大坝的浸润线抬高,坝体积水,土体含水量不符合要求。

(3)超汛限水位运行。且溢洪道堰顶高程较高,不能进行大量溢洪,而涵管下泄量为7m3/s,无法将水库水位迅速降下来。

3.抢护措施及效果

大坝发生滑坡后,及时安全转移了下游1500多名群众。同时出动部队700多人次和地方群众一起进行抢险工作,主要采取了如下措施。

(1)降低水库水位。一是加大涵管的泄洪量。在涵管阀门全开的同时,将发电机空转,加大下泄流量,水库水位放至死水位83.5m高程,腾空库容,抑制水位上涨。二是降低溢洪道高程,加大溢洪道断面。水位下降太慢;万一碰上较大降雨量时,水库水位将迅速上升,并对已破坏的大坝产生严重威胁,大坝安全得不到保证。因此,在原溢洪道上开挖一条深5.0m、宽10.0m的排洪道,增大溢洪道的泄量。

(2)力保坝体安全稳定。由于大坝滑坡后,坝体断面单薄,强度减弱,同时坝面产生了许多横向裂缝和大面积的滑动面,为不致因降雨再次发生各种变化,采取了如下措施:一是在滑动土体顶端抢筑两个底宽4.0m、长7.0m、高3.0m的透水土撑,土撑滑坡后单薄的坝体,并在坝体滑动面用压无纺布砂包保护。二是封堵裂缝及滑坡面。为了防止雨水渗入滑坡面和裂缝中,用黄泥填补坝体及滑动体的接触面和坝体本身的裂缝,加盖尼龙薄膜。对大面积的滑坡土体用竹笪全面覆盖,防止雨水渗入和冲刷裂缝,造成新的不稳定。三是增设滑坡体位移、渗流量及裂缝观测点,加强监测,一旦发生变化时则预早采取抢险措施。

(3)加强通信联络。在水库增设多台无线对讲机,保证水库与省三防总指挥间的直接联系。

(4)抢险队伍驻守水库,以备在大坝万一再次出险时能及时抢护,保证水库能安全度汛。同时,制定在水库可能再次出险时的下游群众安全转移方案等。

4.经验教训

新坑水库的出险,暴露了不少问题:一是没有按规定制定工程防洪安全应急措施;二是没有配备防洪技术的责任人;没有按省定标准进行防洪砂石料以及编织袋等抢险物资的储备等一系列问题。

(三)太湖西险大塘(堤)乌龙涧段滑坡抢险

1.出险情况

西险大塘乌龙涧段位于浙江省余杭市东苕溪。东苕溪是太湖流域的一部分,其干流右岸东大堤的上段为西险大塘,全长45km,防御东苕溪流域西部山洪入侵杭州市和杭嘉湖平原地区,现有防御能力约20年一遇。1996年6月29日—7月3日,东苕溪流域发生特大暴雨洪水(以下简称“6.30”洪水)。

7月2日18时,紧邻余杭市余杭镇下游的西险大塘乌龙涧段背水坡发生大滑坡,滑坡段长近50m。滑动一开始塘身滑去约2/5,滑坡土体填入坡脚外20m处的池塘内,滑坡面呈直立陡坎,坎高达6m,滑坡面上渗水出流。抢险过程中,险情不断恶化,塘顶继续开裂下滑,最险处塘顶宽仅剩下0.7m,溃塘风险加大。“6.30”洪水余杭站最高水位11.08m。滑坡前塘顶高程12m,顶宽5m,边坡1:2,迎水坡脚外有滩地,高程接近8m,背水坡地面高程近6m,背水坡脚外为池塘。

2.出险原因

这段险塘原为备塘,当时未经高水位考验,原塘身和地基情况不清。据勘探资料和汛后重新加固塘身开挖剖面,塘身上层3.5m内为含大量碎石砖瓦素填土,下层为粉质黏土,其中夹层薄的(10cm左右)、含泥的中粗砂,为强透水层;塘顶以下6.4~7.8m(高程5.3~3.9m)地基表层为淤泥质黏土。因高水位持续时间长,在渗透水流作用下,塘身饱和,背水坡脚外又临池塘,而导致滑动破坏。

3.抢险措施及效果

滑坡发生后,工程技术人员迅即赶到现场,察看险情,认定是深层大滑坡,且有继续恶化趋势。根据险段周边环境,按照“前堵后导”的原则,采取迎水坡用土袋帮宽防渗,背水坡用石渣导渗、压渗支撑的方案。因迎水坡脚外有滩地,水深2m左右,滑坡后堤身单薄,渗水大,抢险一开始,集中人力、物力突击抢救迎水坡,用土袋帮宽,以缓解险情。

在继续帮宽的同时,开始着手抢护背水坡。初始抢护方案为:先于背水坡脚外约18m处用麻袋包透水材料做一道顶宽2m、高2m、平行堤身的阻滑基脚,其两端包向堤顶方向,以利于导渗阻滑支撑。而后用石渣以1∶2.5坡比复坡,至残留堤身时,再帮宽堤身2m,约需石渣3000m3。但由于运距远等原因,方案实施难度大,于是将原方案调整为阻滑基脚做好后,原计划的1∶2.5近坡复坡改为平均铺垫约1m厚石渣,这样石渣用量约减少一半。由于堤身继续开裂倒坍,为了尽快控制险情,最后又将平均铺垫改为用石子包抢筑条带肋墙支撑,肋墙之间用沙性土回填。肋墙宽约1m,沉入土体后,高出地面约0.8m。肋墙间距2.5m。肋墙做好后,堤身及坡面渗水都流人肋墙向下排出,效果明显。于是所有滑坡段均突击抢筑肋墙和帮宽堤身。

为了争取时间,最后一道肋墙改为Y形布设。肋墙完成后,与阻滑基脚共同形成了较完整的导渗排水支撑系统,起到了支撑导渗作用。详见抢险工程示意图3-36和图3-37。加上迎水坡又帮宽到6m,抢险工程技术措施发挥了综合作用,至3日凌晨4时,共用10h险情得到了控制。天明后肋墙之间改用石子回填复坡,更有利于排渗和稳定。

图3-36 滑动断面层

图3-37 滑动平面图

4.经验教训

(1)提高堤防工程防御标准势在必行。堤防工程是防洪建设的重要内容,根据流域防洪规划,加大投入力度,对重要河段的堤防进行除险加固和扩建,有效地提高防洪能力十分必要。西险大搪自1996年开始,按百年设防标准逐年实施。

(2)保证临时滞蓄洪区的正常运用非常必要。1996年“6.30”洪水,东苕溪的临时蓄滞洪区,实际是处于自然溃堤状态,未能按计划运用,使洪水位逼高,加大了西险大塘险情。加强蓄滞洪区的建设与管理,实行防洪基金和洪水保险制度十分必要。

(3)防洪抢险预案要落实到基层。“6.30”洪水后,对东苕溪流域的防洪调度预案进行进一步的修订完善,同时编制完善西险大塘防洪抢险预案。

(4)工程技术人员要做好现场指挥的参谋,根据险情和险段现场的实际情况,因地制宜提出抢险方案,供指挥决策。对提出的正确方案,工程技术人员要敢于坚持,应尽心尽责、自始至终做好现场指挥的参谋,以便其果断决策,赢得时间。