排水疏填水对边坡稳定性的影响

排水疏干_边坡稳定性分析与

8.2　排水疏干

水是影响边坡稳定性的主要因素之一，其有害作用是十分明显的。因此，尽量减少地表水向边坡岩体渗透并排出边坡岩体的地下水，对防治滑坡会起到重要作用。根据加拿大C.O.Brawner教授介绍，对于一个已经排水疏干的边坡，在保证相同的安全系数条件下，要比未经排水疏干的边坡提高坡角5°～7°。大量生产实践和现场研究证明，对于因地表水大量渗入和地下水活动的影响而不稳定的边坡，用疏干排水防治可取得良好的效果。

治理地表水的原则：对于滑坡体以外的地表水，以拦截旁引为原则；对于滑坡体以内的地表水，则以防渗、尽快汇集排走为原则。

治理地下水的原则：采取排水措施，以降低地下水位，消除或减轻水对滑体的静水压力、托浮力和动水压力，以及地下水对滑体的物理化学破坏作用。

对于防止地表水进入边坡表面的裂隙以及采用地下水疏干措施降低潜在破坏面的水压时，边坡疏干工程的布置只限于疏干边坡附近的地下水，不必在较大的范围内疏干地下水。

8.2.1　地表排水

拦截旁引地表水使之不流入边坡范围内，一般是在滑坡体外面修筑排水沟，使地表水在未流进边坡表面张裂隙之前就排走。在坡顶线后的地段最容易产生张裂隙，地表水可由这里进入坡体内而增大水压。为了防止地表水流入，最简单的办法是在张裂隙的后面地段修筑外围截水沟，在边坡滑体范围内修筑内部排水沟，以便及时排走地表水。因此，地表排水措施有：

1）环行截水沟

该措施适用于滑体外排水。截水沟设在顶部裂隙以外不少于5m的稳定地面上，可根据地形条件、流量大小设置一条或数条间距为50～60m，向一侧或两侧的自然沟谷排出。截水沟深度及底宽不应小于0.5m，采用15年的重现期内任意30 min的最大降雨强度的概率流量设计。

截水沟如修在岩体上，沟底裂隙应沟缝抹浆，防止水流下渗。如修在覆盖层上，沟壁和沟底应用浆砌片石防护，先砌沟壁，后砌沟底，以增加坚固性，迎水面沟壁应设置泄水孔以排泄壤中水。

2）树枝状排水沟

该措施适用于排出滑体范围内的地表水。应充分利用自然沟系，汇集并旁引坡面径流排出滑体外。排水沟的布置尽量避免横切可能的滑动方向，主沟与滑坡体大致平行，支沟与主沟可斜交30°～45°。如土质松软宜就地夯成沟形，上铺粘土或三合土加固，如排水沟通过裂缝应设置搭叠式排水槽，以防隔断排水沟及坡面水集中下渗，如图8.2所示。排水沟要求有一定的坡度，底部不能漏水，要经常维护，不能堵塞。滑坡表面的土层应平整夯实，防止地表水渗入。同时要求坡面有一定坡度，不得使水在滑体表面停留。

图8.2　树枝状排水系统

另外，在易降暴雨的地方，下暴雨时张裂隙中的水位升高很快，开口的张裂隙是很危险的。因此，裂隙充水后所产生的水压，很可能导致边坡破坏。对于这类张裂隙，除了将地表水引开使其不流入外，还要用柔性物料（如粘土）将裂隙堵塞密封。当裂隙比较宽大时，底部先用砾石或废石充填，顶部再堵塞粘土密封。填入砾石或废石透水材料能使地下水自由通过，以便地下水一旦流入也能自由排出，不会造成大的水压。同时，砾石或废石还可以支撑上面的柔性堵塞物。切勿使用灰浆或混凝土充填张裂隙，这样将形成不透水的岩壁，在边坡中起阻水作用，一旦地表水进入裂隙会形成很高的水压，不利于边坡的稳定。

8.2.2　地下排水

排除地下水的目的是为了降低地下水位，消除或减轻水对滑体的静水压力、浮托力和动水压力，以及地下水对滑体的物理化学破坏作用。

1）支撑渗沟

适用于深度为2～10m，以排除和疏干滑坡体内的地下水兼起支撑不稳定滑坡体的作用。

支撑渗沟有主干和分支2种，主干沟平行于滑动方向，支沟可与滑动方向呈30°～45°交角，如图8.3所示。主干沟一般布置在地下水露头或由于土中水形成坍塌的地方，支沟应根据坡面汇水情况合理布置，可伸展到滑坡范围以外拦截地下水，也可采用支撑渗沟与挡土墙相结合的形式，如图8.4所示。

图8.3　支撑渗沟平面布置图

图8.4　支撑渗沟与抗滑挡土墙联合使用示意图

渗沟平行布置有“lll”形、“YYY”形。渗沟间距见表8.1。

表8.1　渗沟横向间距

支撑渗沟一般深度在10m以内。沟宽视抗滑需要确定，一般为2～4m，沟底应在滑动面以下的稳定滑床内0.5m，沟底应设2%～4%排水纵坡，当滑动面较陡时，底部可修筑成台阶，沟底用浆砌片石砌筑，沟内堆砌片石如图8.5所示。

图8.5　支撑渗沟结构示意图

支撑渗沟一般按抗滑支撑力控制设计，其计算式为：

式中　P——一条支撑沟的支撑力，单位kN，P＝hLbγf′；

　h，L，b——渗沟的平均深度、长度、宽度，单位m；

　γ——沟内填料容重；

　f′——沟底与土基的摩擦系数；

　T——滑坡体作用在一条渗沟的下滑力，单位kN；

　α——滑动面倾角；

　f——滑坡体与滑床的摩擦系数；

　n——抗滑稳定的安全系数。

设计中一般是根据滑动面的埋深（滑坡体的厚度）和施工条件先给定h，b，再按稳定要求计算L。

对于支撑渗沟与挡土墙联合使用的形式，只考虑滑坡的下滑力减去渗沟的支撑力，剩余的下滑力由挡土墙支撑。

作用在挡土墙上的推力F为：

式中　E——不考虑渗沟支撑力时作用在挡土墙上的推力，单位kN；

　P′——支撑渗沟单位宽度内的支撑力，P′＝P/d，d为支撑渗沟的间距。

2）截水渗沟

当有丰富的深层的地下水进入滑坡体时，可在垂直于地下水流动方向上设置截水渗沟，以拦截地下水通过渗沟将水排除滑体外，如图8.6所示。

图8.6　截水渗沟平面布置

截水渗沟一般布置在可能发生滑坡的范围以外5m处，平面布置可以是环行或折线形。深度不小于10m，断面大小不受流量控制主要取决于施工方便。

渗沟的迎水沟壁设反滤层，背水壁设隔渗层，沟底在最低一层含水层的基岩内，否则采用浆砌片石修筑沟槽。排水量较大时沟底设排水管，一般尽量采用较陡的流水纵坡，以不冲刷沟壁为原则，如图8.7所示。

截水沟一般深而长，便于疏通，排水管直径应大于1m，且在渗沟转弯处或直线段30～50m间隔设检查井，以便检查。

图8.7　截水渗水沟（尺寸单位：cm）

8.2.3　水平钻孔排水

钻入滑体内的水平排水钻孔对于降低张裂隙底部或潜在破坏面附近的水压是很有效的。

排水孔的布置和数量取决于边坡工程地质、水文地质、边坡几何形状以及岩石的透水性能。钻孔一般应垂直于岩体的地质结构面，钻孔的倾角应向上仰2°～5°（坡度应不小于10%），孔径10～15cm，长20～60m，钻孔距10～20m，如图8.8所示。

图8.8　平孔

如用水平钻孔作为长期排水通道，孔壁需用硬质塑料管或镀锌钢管加固。

为了让钻孔中排出的水不再进入边坡的内部，应使其汇集于集水沟排走，以免继续影响边坡排水。排水措施不在于排出水量的多少，而在于降低压强的大小，在硬岩中虽排出水量有限，却能大幅度的降低水位。经验表明：地下水每降低0.3m，边坡的安全系数可以提高1%。

水平钻孔排水的优点是不需要经常维护，排水成本低；其不足之处是钻孔排水产生的渗透压力增大了滑动力。

图8.9　平孔与砂井集水渗井联合使用（尺寸单位：cm）

水平钻孔排水可单独使用，也可与砂井联合使用如图8.9所示。

8.2.4　渗水隧洞

渗水隧洞主要用于引排或截排深层地下水。沿边坡走向在边坡内部开挖永久性的渗水隧洞，进行疏干排水，这是最有效的排水措施。对于滑动面以上的其他含水层，在渗水隧洞顶上可设置一些渗井或渗管，将水引入洞内，如图8.10所示。

渗水隧洞断面一般采用1.6m（高）×1.0m（宽），埋深取决于含水层深度，但隧洞应设在稳定地层内，且应在滑动面以下至少0.5m。洞底纵坡不宜小于0.5%。

这种排水方法的优点是：由于隧洞横断面较大，水力联系好，排水潜力大，因为隧洞采用自流排水，所以能长期使用，比较可靠；在低温冰冻条件下，坑内排水系统不受地表冻结的影响。由于隧洞开挖在边坡岩体内部，因此，它不仅能起到排水疏干的作用，而且还可以用于检查排水效果，进行实地调查以及观测内部岩体的移动情况。

这种排水措施成本最高，一般只在危险边坡情况之下，或者由于疏干而使坡度变陡带来的经济效益超过建造隧洞费用时才予以考虑。

图8.10　集水渗井及渗管（尺寸单位：cm）

8.2.5　垂直疏干井排水

疏干井可设置在边坡岩体的外围或设在要疏干边坡部位的边坡顶部，井中装配有深井泵或潜水泵进行排水，是边坡排水疏干的有效方法之一。其优点是在边坡开挖之前即可利用勘探小井排水。

垂直疏干井的间距主要取决于排水岩体的地质构造，在岩质边坡中，水一般是通过构造断裂传导的。因此，疏干井必须与结构面垂直或斜交，以便它们之间建立充分的水力联系，提高排水效果。

疏干井的深度应达到解除潜在破坏面（带）内的水压为止，疏干井深度应大于边坡高度，一般设计的高度为坡高的1.35倍。如果疏干高边坡内的地下水时，若疏干井一次不能达到边坡高度时，则应分段设置，根据具体情况设置两个以上的排水水平。

这种方法的缺点是需要专门的抽水设备和动力。因此，这种方法多用于深凹露天矿开采时的台阶排水。例如，加拿大松树点露天铅锌矿涌水量极大，该矿用18个竖井排水，排水井间隔呈均匀布置，如图8.11所示。采用最大泵的排水量为68137L/min，最小泵的排水量为7571L/min。从抽水量及岩层倾向可以看出，沿矿坑周边均匀布井的方案不恰当的，后来改变设计，减少了岩层倾向下方的井，即7^＃，8^＃，9^＃，11^＃，12^＃，13^＃井停止抽水。这时10^＃井的抽水量从7571L/min上升到30283L/min。由于水是沿层面向下流动的，自然是上方水大，下方水小，故不应均匀布置井位。

图8.11　排水井位置示意图