边坡排水工程设计与施工.pdf

排水工程设计与施工 10.1概 述 10. 1. 1滑坡中的水及其对稳定性的影响 产生滑坡的因素是多种多样的， 其内因(如岩性、 土性、 地质构造、 地形和风化状态等)一般 起着控制作用， 但外因(如降雨、 融雪等气象条件和挖方、 填土引起的应力变化等因素)往往加 剧滑坡的运动， 有时甚至是引起滑坡发生的主要直接原因。 在产生滑坡的自然外因中， 降雨、 融雪和地下水的渗透水作用则是最大的外因。降雨、融雪形成的地表水下渗到土体的孔隙和 岩石的裂隙中， 一方面增加岩土的重度， 加大滑坡体的重量， 使下滑距离增加， 另一方面使土石 的抗剪强度降低； 同时， 降雨、 融雪形成的渗透水补给到地下水中， 使地下水位或地下水压(在 受压状态下)增加，其结果也将造成岩土体的抗剪强度降低。此外，渗透到地下的渗透水以一 定的流速通过透水层到不透水的面层(此层与上层的结合层一般是滑动面或滑动带)上滞留， 这样便形成了一个在均质斜坡中不可能有的具有很大孔隙水压的含水层，这种孔隙水压力一 方面在透水层中将引起流砂或砂层剪切破坏， 另一方面在不透水层上的结合层(滑动层或滑动 带)中，土颗粒将因之发生塑性破坏。因此，滑坡中的水将加剧滑坡的发生。 10. 1. 2排水工程在滑坡处治中的地位和作用 从上述分析可知，大气降雨、融雪形成地表水，它经过地面裂缝或孔隙渗入滑坡体，并到 达滑动面(带)， 造成滑面(带)岩土强度的降低， 促使和加剧滑坡形成和滑动。 水是产生滑坡的主 要原因之一。要防止岩(土)体抗剪强度降低，就必须控制地表水和地下水。所以，排水工程是 整治滑坡病害中一项极其重要的内容，一切滑坡地区的防治措施，都必须修建排除地表水的工 程和排出地下水的工程。 排水不仅对土质滑坡是十分必须的， 对岩质滑坡， 譬如破碎岩石滑坡， 也应考虑排水措施。 对 塑性牵引式滑坡，尤为重要。当然，任何排水工程的设计和施工及其方案的确定，必须进行地 表水和地下水的调查，搞清楚地下水补给、迳流和排泄条件以及地质状况，尤其必须弄清楚如 前所述的使滑动面产生孔隙水压的地下水含水体的分布，并测定其压力，以便用稳定计算所需 求的安全系数来制定排水方案。否则，不能收到预期效果。地下水的调查工作可分为初查和 详查两个阶段(图10.1)。在初查阶段，根据地下水的水质、地质和地质构造等推断含水层的平 面和垂直位置；而后通过详查对初查结果加以验证和明确确定。 排水工程应使其尽量做到排泄地表水和疏导地下水，以减少引起滑动土体的重量，增加 组成斜坡物质的强度洞时，还应该考虑排水系统的完整性和总体性。通过排水工程，使水不 再渗透到或滞留在滑坡体内，并排出和疏干滑坡体内已有的水，从而增加滑坡的稳定性，达到 处治滑坡的目的。 10.1.3滑坡处治中常见的排水措施 滑坡处治中，对于滑坡体内的水应以“截、排和引导”为原则修建排水工程。通常，排水工 程中所修建的排水建筑物可分为地表排水建筑物和地下排水建筑物两大类型。对于地表水采 用多种形式的截水沟、排水沟、急流槽来拦截和排引；对地下水则用截水渗沟、盲沟、纵向或横 向渗沟、 支撑渗水沟、 汇水隧洞、 立井、 渗井、 砂井平孔、 平孔排水、 垂直钻孔群等排水措施来 疏干和排引。通过这些排水措施，使水不再进入或停留在滑坡范围内，并排除和疏干其中已有 的水，以增加滑坡的稳定性。 1.排除地表水 从大气降雨后，水浸湿土壤，使土壤容重增大，而强度降低；如果汇聚成为迳流，可以引起 地面的冲刷；渗入地下，又成为地下水的补给来源。由于气温的变化，土中水分发生干湿循环 和冻融，可以加速土壤风化。所以，在滑坡区，排除地表水是处理路基病害不可缺少的辅助措 施，而且是首先应当采取的措施，对整治滑坡更为如此。排除地表水的目的在于：拦截、引离滑 坡范围外的地表水，使其不致进入滑坡区；将降落或出露在滑坡范围内的雨水及泉水尽速排 除，使其不致渗入滑坡体。 所以，修建地表排水建筑物工程措施，按其分布的相对位置可分为滑坡体内和滑坡体外的 两种。在滑坡体内的排水建筑物，为了使降落在滑坡体上的雨水能迅速排走，防止渗入滑坡体 内，应以防渗、汇集和尽快引出为原则。在滑坡体外的地表排水建筑物，应使所有的水不流入 滑坡区，故以拦截、引离为原则。要求达到“水随人意，沟沟皆通，有水必流，涓涓不渗”。 在透水性特强的地区，或在地表水特别丰富、渗透量也大的地区，则可做防渗工程。在地 基上发生裂缝的地方，进行防渗，用粘土或水泥浆充填裂缝，在滑坡未采取工程措施稳固前，并 用聚乙烯布等不透水材料将滑坡区域覆盖，以防止滑坡的发生。 选择地表水排水工程，应根据滑坡地貌，地形条件，利用自然沟谷，在滑坡体内外修筑环形 截水沟、排水沟和树叉状、网状排水系统，以迅速引走坡面雨水。在滑坡区范围内则设树枝状 排水沟等。同时，对滑坡体表面的土层应进行整平夯实，并采用粘土等夯填裂缝，使地表水尽 快归沟，防止或减少地表水下渗；对滑坡体范围内的泉水、封闭洼地积水，应引向排水沟予以排 除或疏干；对浅层和渗水严重的粘土滑坡，可在滑坡体上植树、种草、造林等措施来稳定 滑坡。 2.排除地下水 对一般滑坡来讲， 地下水常是诱发滑坡的重要因素， 而地下水的存在往往亦是形成滑坡的主 要条件， 所以疏干滑坡体内以及截断和引出滑坡面附近的地下水， 常常是整治滑坡的根本措施， 显得十分必要。 由于滑动面(带)常常积聚了大部分地下水， 因此， 排除滑面(带)积水又是滑坡地 下排水的主要目的。 因为排除地下水可使滑坡体土体干燥， 从而提高其强度指标， 降低土壤的重 度，并可消除地下水的水压力，以提高滑坡体的稳定性。 排除地下水是一项比较复杂、 艰巨， 而且投资较大的工程。 设计中必须搜集足够的水文地质 资料，注意施工质量，确保施工安全。 治理地下水的原则是 “可疏而不可堵” 。 应该根据水文地质条件， 特别是滑面(带)水分布类 型， 补给来源及方式， 合理采用拦截、 疏干、 排引等排水措施， 达到：“追踪寻源， 截断水流， 降低水 位，晾干土体，提高岩土抗剪强度，稳定滑坡”的目的。 10.2地表排水工程设计与计算 10.2.1地表水汇流量的确定 进行地表排水工程设计时， 要确定排水量大小， 以合理确定排水工程的有效断面。 根据上述 介绍， 地表排水工程主要是拦截、 引离滑坡范围外的地表水和排除降落或出露在滑坡范围内的雨 水和出露的泉水以及封闭洼地积水。 对于出露的泉水和封闭洼地积水等地表水可以通过实际调 查， 方便确定。 对于雨水等降水形成的地表水则需根据当地的气象条件、 地形地质状况等因素， 通过相关计算方法确定其汇流量。 本节仅介绍后者的确定方法。 地表水汇流量的计算方法很多， 可用推理法、 统计分析法、 地区分析法或现场评判法等方法。 这里仅介绍采用推理法确定地表水 汇流量的有关计算公式。 1.地表水汇流量的计算公式 滑坡体外或滑坡体内的地表水设计汇流量可按下式计算确定： 16.67QqF=(10.1) 式中：Q设计地表水汇流量，m 2s； q设计重现期和降雨历时内的平均降雨强度，mmmin； 径流系数； F汇水面积，km 2。 2.地表水汇流量的计算公式相关参数的确定 (1)设计降雨的重现期 设计降雨重现期的确定，一方面会影响到滑坡的稳定性措施，另一方面则会影响到排水设 施的有效断面尺寸。因此设计降雨的重现期应根据滑坡类型及其受水影响的程度、滑坡区域处 建筑等级和排水设施等因素综合分析确定。 参照我国 公路排水设计规范 (JYJ 01897)， 建议： 对重要性建筑物处的滑坡， 设计时降雨 重现期可取l5年，对一般性建筑物处的滑坡，设计时降雨重现期可取l0年。但对多雨地区或特 殊地区，可根据需要适当提高降雨重现期。 (2)降雨历时 降雨历时通常按汇流时间计，包括汇水区内的坡面汇流历时和截流排水沟内的汇流历 时。 坡面汇流历时的计算 坡面汇流历时的计算方法很多， 此处介绍形式简单、 计算方便的柯毕(Kerby)公式及其相应 的地表粗度系数(m1)。 坡面汇流历时可按下式计算确定： 0.467 1 1 1.445 s s m L t i = (10.2) 式中：t1坡面汇流历时，min； Ls坡面流的长度，m； is坡面流的坡降； m1地面粗度系数， 可按地表情况查表10. 1确定。 截流排水沟内汇流历时的计算 截流排水沟内汇流历时需在排水设施或构造物的过水断面和出水口确定后才能计算 得到。 而设计排水量尚未确定， 过水断面和出水口又元法确定。 因此， 需采用试算法， 先假定 一个截流排水沟内的汇流历时， 计算汇流历时和设计汇流量， 确定截流排水沟的过水断面和出 水口； 然后按满宁公式计算设计排水沟内的平均流速， 再计算汇流历时， 并同假设的汇流历时 进行比较。若相差较大时，则调整假设值，重新计算，直至满足设计精度要求为止。具体计 算如下： 先在断面尺寸、坡度变化点或有支沟汇入处分段，分别计算各段的汇流历时后再叠加而 得，即： 2 1 60 n i i i l t v = = (10.3) 式中： t2截流排水沟汇流历时， min； n和i截流排水沟分段数和分段序号； li第i段的长度，m； vi第i段的平均流速，ms。 排水沟内的平均流速可按下式计算确定： 21 32 1 vR I n =(10.4) 式中：n排水沟壁的粗糙系数，按表l0.2选用； R水力半径， m， R=A， 各种排水沟的水力半径计算式可按表10. 3计算； 过水断面湿周，m； I水力坡度，可取用排水沟的底坡。 排 水 沟 壁 的 粗 糙 系 数 表 l 0 . 2 排水沟类别 粗糙系数(n) 地表状况 粗糙系数(n) 岩石质明沟 0.035 浆砌片石明沟 0.032 植草皮明沟(流速0.6m ) 0.0350.050 水泥混凝土明沟(镘抹面) 0.0l5 植 草 皮 明 沟 ( 流 速 l 8) 0.0500.090 水泥混凝土明沟(预制) 0.012 浆砌片石明沟 0.025 各种排水沟的水力半径和过水断面积计算用表 表10.3 初步设计时， 排水沟内的平均流速可按下式估算 0.6 20 g vi=(10.5) 式中：ig该段排水沟内的平均坡度。 降雨强度的计算 当地气象部门有10年以上自记雨量记录资料时， 可利用气象部门的观测资料按下式整理 分析得到设计重现期的降雨强度： a q tb = + (10.6) 式中：t降雨历时，min； a和b地区性参数。 若当地缺乏自记雨量记录资料时，可利用标准降雨强度等值线图和有关转换关系， 按下 式计算降雨强度： 5,10pt qC C q=(10.7) 式中： q5，10表示5年重现期和10min降雨历时的标准降雨强度， mm/min， 可按地区， 根据，我 国5年一遇10min降雨强度(q5，10)等值线图查取。 CP重现期转换系数，为设计重现期降雨强度qt同标准重现期降雨强度q5的 比值(qP q5)， 可 按 地 区 ， 根 据 我 国 5年 一 遇 10min降 雨 强 度 (q5，10)等 值 线 图 查 取 。 Ct降雨历时转换系数，为降雨历时t的降雨强度qt同10min降雨历时的降 雨强度q10的 比 值 (qt q10)， 可 按 地 区 的 60min转 换 系 数 (C60)， 根 据 我 国 60min 降 雨 强 度转换系数(C60)等值线图查取。 径流系数的确定 径流系数按汇水区域内的地表种类由表10.4确定。当汇水区域内有多种地表 时，应分别为每种类型选取径流系数后，按相应的面积大小取加权平均值。 3.地表水汇流量的计算程序 地表水汇流量的计算程序可参照图10.2所示进行。 10.2.2地表排水体系设计及结构形式 进行地表水排水体系设计， 应根据滑坡区域地貌、 地形特点， 充分利用自然沟谷， 在滑坡体 内外修筑截水沟、排水沟和树叉状、网状排水系统，以迅速引走坡面雨水。 1.滑坡体外截水沟设置及其结构型式 为防止滑坡体外坡面汇水进入滑坡体，通常在滑坡体外修筑截水沟和排水沟。 滑坡体外截水沟： 可以沿滑坡体周围， 根据水流汇聚情况及滑坡在可以发展的边界以外不小于 5m处，设置环形截水沟。 图10.2设计汇流量计算框图 环形截水沟可以根据山坡汇水面积、降雨量(尤其是暴雨量)和流速等计算而得的汇水量大 小，设置一条或多条，以拦截引离地表径流，不使坡面雨水流入滑坡体范围之内。 环形截水设计数条截水沟时，其间距一般以5060m为宜，每条截水沟的断面尺寸，应按山 坡沟间汇水面积和汇流量计算确定。其断面形式，应根据当地所引起的作用及土质等因素而定， 多用倒梯形、矩形等型式。 截水沟铺砌时应先砌沟壁，后砌沟底，以增加其坚固性。迎水面沟壁应设泄水孔(10cm 20cm)，以渲泄土中渗水。沟壁应嵌入边坡内，如图 10.3 所示。 图 10.3 截水沟铺砌构造 若滑坡附近的自然沟有水流补给滑坡体时，则应铺砌其漏水地段。 2.滑坡体地表排水沟设置及其结构型式 为把滑坡区域内的雨水迅速地汇集并排到滑坡区外， 防止或减少坡面流水渗入滑坡体， 增加 滑坡体下滑力和降低岩土抗剪强度， 应在滑坡体内修筑树又状、 网状排水系统， 以迅速引走坡面 流水。因此，要尽可能详细地测量滑坡区内的地形，并绘成地形图来设计排水沟网。 排水沟网分为集水沟和排水沟两类，两类纵横交错形成良好的排水系统。 (1)集水沟 这类沟渠主要是横贯斜坡，以便尽可能地汇集雨水、地表水，并把横贯斜坡的范围较宽的 浅的水沟与纵向的排水沟连结起来。集水沟有沥青铺面的沟渠、半圆形钢筋混凝土槽和半圆形 波纹槽等多种，用刚性材料时要缩短各槽的长度，并用桩支承在地基上。 (2)排水沟 排水沟是用来把汇集的水尽快排出滑坡区， 因此应采用较陡的坡度， 并通过流量计算来确定 断面尺寸。 地表凹形部位的排水沟， 每隔2030m设置一个连结箍， 特别是在地基松软的情况下， 有时还要用桩来固定排水管路。排水沟的末端应设置端墙，并将水排到河流等处。 排水沟可用石砌水沟，混凝土水沟，U形槽，半圆形波纹槽等。 在滑坡范围内的排水系统， 可充分利用地形和自然沟谷为排除地表水的渠道， 因此必须对自 然沟谷进行必要的整修、加固和铺砌，使水流畅通，不得渗漏。 在滑坡区范围内可设树枝状排水沟。其布置形式，排水沟的主沟应与滑坡的移动方向一致； 支沟(集水沟)则应尽量避免横切滑坡体， 支沟与滑坡移动方向成3045角的斜交， 不宜太大， 以免滑坡体移动时沟身变形。支沟间距以2030m为宜。 在滑坡体内的水沟应有防止渗水的铺砌： 如采用浆砌片石、 混凝土板或沥青板铺砌， 砂胶沥 青堵塞砌缝搬口图10.4和图10.5所示。它既能防冲、防渗，而且经久耐用，亦便于施工和养护。 过滑坡裂缝处的沟身可用木质或塑料硬板水槽搭叠做成， 以免沟身挤压时断裂渗水。 通 同时，应整平地表，夯填裂缝，使地表水尽快归沟，减少渗漏。 在滑坡地区的灌溉沟渠、 蓄水池、 有裂缝的道路侧沟等集水地，应对它们修建防漏工程。对 于滑坡范围内的泉水、湿地也必须处理。一般设置渗沟与明沟等引水工程，排除山坡上层滞水 和疏干边坡，如图 l0.6 所示。这类工程包括集水和排水两部分，埋入地下部分类似一个集水渗 沟， 须设反滤层， 露出地面部分是排水明沟，用浆砌片石或混凝土块砌筑。 10.2.3地表排水沟过流量的验算 地表排水沟排水的型式是多种多样的，各种型式的排水沟其过水流量的大小是不一样 的。排水断面尺寸的大小可通过相应的水力计算来验算是否满足设计要求，并检查其流速是否 在允许范围内。 对于一般沟或管的过水能力(过水流量)可按下式计算： Qc=vA(10.8) 式中：Qc表示沟或管的泄水能力，m 3s； v沟或管内的平均流速，ms； A过水断面面积，m 2。 沟或管内的平均流速可按式(10.4)进行计算。 对于浅三角形沟过水断面的泄水能力按下述 修正公式计算： 81 32 1 0.377 c h Qh i n =I(10.9) 式中：ih表示沟或过水断面的横向坡度； h表示沟或过水断面的水深，m。 10.2.4地表排水工程设计原则和要求 在整治滑坡工作中， 无论是事先预防滑坡的发生， 老滑坡的复活， 即有滑坡的急剧恶化， 都必 须加强对滑坡区域水的排除。水是导致滑坡的重要因素，许多滑坡都是由于未能及时对水拦 截、引离造成的。因此，必须随时加强对滑坡区域内水的监测，修筑排水工程，以消除水的危 害。 排水工程往往和其他工程相互配合使用， 如 “排” 与 “挡” ，“减” 与 “挡” 等经常相互配合使用。 实践证明， 相互配合使用是比较经济合理、 安全可靠的整治滑坡的方法。 特别是在处理大型滑坡 时， 往往需要运用这些方法综合的整治， 才能彻底解决问题。 而且一切滑坡地区的防治措施，都 必须首先消除水的危害。 进行地表排水工程设计的总原则是： 滑坡体外的地表水， 应予以截流引离； 滑坡体上的地表 水要注意防渗，并尽快汇集引离。 在进行地表排水工程设计时， 应详细进行现场踏勘， 充分收集设计资料， 因地制宜， 合理布置 排水工程，选择合适的断面及结构型式，达到既有效排除地表水，又降低工程造价。 1.填平坑洼、夯实裂缝。 山体坡面产生坑洼和裂缝，往往是滑坡的先兆，也是导致严重滑动的主要原因。大气降 雨， 地表水就会汇集在坑洼处或沿着裂缝浸渗入土层， 使土的粘着力和抗剪强度降低， 造成山体 滑动。因此，对坑洼和裂缝应仔细地查找，认真地夯填。 发现山坡有坑洼、 塌陷、 裂缝时， 应立即时行处理。 要夯实整平坡面， 减少坑洼， 夯填裂缝， 防 止积水， 尽量减少地表水渗入量。 对于裂缝， 应沿裂缝挖至失灭为止， 若裂缝太深， 至少需挖深1m， 挖至一定宽度， 裂缝两侧的扰动土也要挖掉， 再用当地的有适当含水量的粘性土分层填塞夯实， 在夏季或气候干燥的时候， 如有必要在分层填塞时要随时洒水。 在填塞山坡裂缝切忌采用砂或透 水性强的土壤。 必须注意， 夯实裂缝时， 顶部要夯成鱼背形， 可以防止地表水在已夯实的裂缝处滞留而渗透 下去。夯实裂缝后要不断的进行观测，尤其是雨后几天内及每年的雨季前后都要细致的检查， 有裂缝出现要立即夯紧。 滑坡体内外的坑洼处所， 都为地表水带来很好的渗透条件。 因此， 在滑坡区应该采取削高补 低，填平坑洼，排除积水。 2.合理确定截水沟的平面位置 截水沟主要是拦截滑坡体外的地表水。通常应设在滑坡体可能发展的边界5m以外。根据 需要截水沟可置数条， 以分段拦截地表水。 截水沟应与侧沟、 排水沟、 桥涵相通， 达到沟涵相连， 以便有效、全面地控制地表水，使之迅速引离滑坡体范围。 截水沟平面布置时， 应尽量顺直， 并垂直于径流方向。 如遇到山坡有凹地或小沟时， 应将凹 地填平或于外侧作挡墙， 内侧与水沟密贴联结， 避免水沟内的水射流越出或渗入截水沟沟底流 过，招致水沟破坏。 截水沟横断面型式和尺寸大小应根据当地地形和地质情况、汇水面积和地表水的大小以及 流速和土壤中水分布情况， 进行汇流量的计算后确定。 设计时应对水沟断面， 尤其是沟底进行防 渗处理，对地质软弱地段进行加固措施的设计，保证截水沟的正常工作。 3.滑坡体内排水系统的布置 在滑坡体范围内，排水系统的布置以汇集和引离为原则。对滑坡体内的地表排水系统应结 合地形条件， 充分利用自然沟谷作为主沟， 汇集并旁引坡面水流于滑坡体外排出。 排水沟的布置 与滑坡一致，以减少变形。支沟通常与滑动方向成3045斜交，按人字形或树枝形布置。排 水沟布置应避免距滑坡裂缝太近，招致开裂破坏。必须经过滑坡裂缝区时可用临时性的折叠式 木槽沟或混凝土板和砂胶沥青柔性混凝土预制块板水沟， 如图10.7所示。 它容许有一定的伸缩， 以防止山坡变形拉断排水沟， 使坡面水集中下渗。 它既能防冲、 防渗、 且较经久耐用，又便于施 工和养护。 采用浆砌片石、混凝土修筑的排水沟，应每隔46m设一沉降缝，用沥青麻筋仔细塞实， 表面勾缝，随时发现断裂，随即修补。当滑坡地段上土中水丰盈时， 则浆砌的排水沟上侧应增 设泄水孔， 泄水孔背后设反滤层， 必要时还应在水沟底设石磕或卵石垫层，如图10.8所示。 排水沟是顺着地形向山谷或洼地排水， 故纵坡不能太陡， 陡度下的平面转折处容易出 “毛病” 。 在南方， 暴雨时排水沟中的急流顺陡坡而下， 在转折处向沟处溢水，常常引起边坡滑坍。因此， 平面转折处的曲线半径至少要有 510m，外侧沟壁应加高，其加高的数值根据流速和曲线半径 来计算。 在地表水流速大于 3ms， 同时砖、 石的供应比较方便的时候， 可以采用砖砌排水沟或是浆砌 片石截水沟。 排水沟的断面要根据汇水面积最大的降雨量来验算， 沟底的宽度一般不应小于 0.40m， 深度 不应小于 0.60m， 在干燥少雨地区， 或岩石路堑中， 深度可减至 0.40m， 多雨地区， 汇水面积大， 同时 有集中水流进入该地段， 其水沟断面应进行水力计算后确定， 并应采取防冲或防渗的加固措施。 l0.3地下排水工程设计与计算 10.3.1地下水渗透流量的确定 1.渗透系数的确定 为处治滑坡而进行地下排水工程设计时， 必须通过详细的调查、 勘探等方法查明使滑动面 (带)产生空隙水压力的地下水含水体的分布状况， 并测定其水压力， 以便用滑坡稳定设计计算 所要求的稳定性安全系数来确定采用合理的地下水排水工程方案。 地下水调查和测定是一项深入细致的工作。地下水调查可采用地质调查方法，对于水 文地质条件较复杂的地区，还应结合坑探和钻探等方法，了解和收集：地下水的类型和补给来 源；含水层与不透水层的性质、层数和层厚；泉水出露的埋藏深度、水位变化规律和变化幅度； 地下水的流向、流速、水力坡度和流量等；当地地下水的利用和已有的地下排水设施使用状 况等。作出地下水对滑坡体稳定性影响的评价，为地下排水工程时提供可靠的依据。 地下水的流向可采用三点法测定，在边长约为50150m的等边三角形的顶点布置钻孔， 按各钻孔的地下水水位高程绘制等水位线。垂直等水位线的方向即为地下水的流向。另外， 向钻孔内投放作色指示剂，可测定地下水的流速，或利用已知的水力坡度和渗透系数来计 算流速。 用排除地下水来处治滑坡，就要使引起滑坡发生的地下水位降至符合稳定性设计计算 所需的安全系数的相对应的水位以下。因此设计时必须根据滑坡体岩土渗透系数，合理确 定排水工程类型和布置排水工程的间距，即时排除足够的地下水量。这就要求合理确定岩 土的渗透系数。天然岩土内的渗透系数，由于不同位置处岩土的类别不同而有很大变化，在 设计时应予以充分重视。 求渗透系数的方法可采用室内试验或现场试验。但室内试验需要采取大量的原状岩土 试样，这对滑坡土是很难做到。采用室内试验时，可采用常水头或变水头渗透试验确定。常 水头渗透试验适用于透水性高的粗粒岩土，而变水头渗透试验适用于透水性中等或低的细粒 岩土。试验方法可参考公路土工试验规程(JTJ 05193)，但试件的直径应为岩土颗粒最大 粒径的8倍或12倍。 现场试验又有抽水试验和注水试验。抽水试验适用于地下水位较高的含水层，注水试 验则适用于地下水位较低的含水层。而在滑坡区一般采用抽水试验。抽水试验一般用垂直 钻孔进行，抽水的深度应达到含水层下部的弱透水层。通常在抽水孔的周围，沿地下水流动 的方向按2030m间距设置水位观测钻孔，这些观测孔也应深至所需要的含水层。通过对 现场的抽水试验，测定抽水量和水位随时间的变化数据后，可通过计算确定渗透系数。具体 的测定和计算方法可参考工程地质手册。 各类岩土的渗透系数，随岩土的种类和组成岩土的颗粒成分、大小及其密实程度的不同 而相差很大，同类岩土的渗透系数变化范围也很大。表10.5为代表性岩土的渗透系数的经验 参考值范围。利用表列数值或其他工程的经验数值，可按含水层介质的岩土类别粗略估计 渗透系数，供初步设计参考。 其 各 类 岩 土 渗 透 系 数 参 考 值 表 l0.5 岩土名称 渗透系数(cms) 岩土名称 渗透系数(cms) 粘土 610 -6 中砂 610 -3210-2 粉质粘土 610 -6110-4 粗砂 210 -2610-2 粉土 1 l0 -4 4 6X10 4 砾石 610 -21l0-1 粉砂 610 -4110-3 卵石 110 -1610-1 细砂 110 -3610-3 漂石 610 -11100 2.渗透流量的确定 地下水渗透量的确定主要采用渗流定律。下面列出三种渗透流量的计算公式，其主要差别 在于不透水层的坡度和排水渗沟的深度(相对于不透水层)。 (1)渗沟深度达不透水层而不透水层的坡度又较平缓的情况 渗沟底部挖至或挖入不透水层，而不透水层的横向坡度较平缓时，可采用地下水自然流动 速度近于零的假设，按下列计算公式计算单位长度渗沟由沟壁一侧流入沟内的流量(如图l0.9 示)： 所 () 22 2 cg s s k Hh Q r =(10.10) 0 0 2 gc I h I = H(10.11) 0 cg s Hh r I =(10.12) 0 1 3000 I k =(10.13) 式中：Qs表示每延米长渗沟由沟壁一侧流入沟内的流量，m 3(sm)； Hc含水层地下水位的高度，m； hg渗沟内的水流深度，m，在渗沟底位于不透水层内，且渗沟内水面低于不透水层顶 面时，按式(10.11)计算； k含水层岩土颗粒的渗透系数，ms； rs地下水位手渗沟影响而降落的水平距离，m。可按式(10.12)确定； I0地下水位降落曲线的平均坡度，可按含水层岩土颗粒的渗透系数由近似公式 (10.13)估算。 如地下水由两侧流入渗沟内，则上述渗沟内的流量应乘以2倍。 (2)渗沟深度远较不透水层浅的情况 渗沟深度浅而不透水层很深时， 渗流量计算的主要参数是渗透系数和地下水位受渗沟影 响而降落的水平距离或平均坡度。 地下水位受渗沟影响而降落的水平距离或平均坡度与含水 层岩土的透水性， 即渗透系数有关。 这种情况下， 位于含水层内单位长度渗沟内的流量按下式 计算确定(如图l0.10所示)： 2 2ln g s s g kH Q r r = (10.14) 式中：rs相临渗沟间距之半，m； k含水层岩土颗粒的渗透系数，ms； Hg渗沟位置处地下水位的下降幅度，m。 (3)不透水层有较大横坡的情况 不透水层横向坡度较陡时， 假设地下水位的平均坡降与不透水层的横向坡度相同， 则单位 长度渗沟由沟壁一侧流入沟内的渗流量可按下式计算(如图10.11所示)： shg Qki H=(10.15) 式中：ih不透水层横向坡度。 10.3.2地下排水体系设计 排除地下水工程的目的在于把分布于滑坡体范围内的地下水， 造成滑坡土体中渗透系数大 的地层， 再通过它诱导排出， 以降低滑动面(带)的含水率或孔隙水压力， 使滑坡土体趋于稳定。 当地下水从滑坡体范围外流入滑坡体内的透水层时， 应在地下水流入滑坡体范围之前， 就将地 下水截断，而把地下水流量的一部分作为地表水排除。 地下水从滑坡体范围外流入的情况，也包括排除来自滑动面下基岩石的地下水。 排除地下水工程分为排除浅层地下水和排除深层地下水两类。 1.常用的排除地下水工程措施 常用的排除滑坡体地下水的工程措施有： (1)拦截地下水的建筑物：截水明沟、槽沟、排水隧洞以及截水渗沟等。 (2)疏干地下水设施： 边坡渗沟、 支撑渗沟、 疏干排水隧洞、 渗水暗沟、 渗井、 渗管、 渗水支垛、 垂直钻孔排水等。 (3)降低地下水的措施： 多布置在路基两侧附近， 其中常用的有槽沟、 纵向渗沟、 横向渗沟、 排 水隧洞、带渗井及渗管的隧洞等。 2.地下水排水体系设计 为了良好地排除滑坡体内的地下水，根据滑坡体内地下水的情况，通常各种排水设施应综 合运用。 地下水排水体系的设计， 一方面要合理进行各种地下水排水设施的布置， 另一方面要根 据各种地下水排水设施的特点进行构造设计，满足排水量的要求。目前常用的排除地下水建筑 物设计如下： (1)明沟和槽沟 明沟一般适用于地下水埋藏很浅，譬如深度仅在12m之内，或水沟通过地层稳定能够 进行较深的明挖的地方。 槽沟则用于处理地下水埋藏较深或地质不良， 水沟边坡容易发生滑塌的地方， 其深度可达到 3m左右。 明沟、 槽沟用处很广， 可以作拦截、 排引、 疏干、 降低地下水之用。 施工简便， 养护容易， 造价 低廉。 明沟、 槽沟的断面形式， 常用的有梯形和矩形两种， 如图l0.12和图l0.13所示。 明沟常用浆 砌片石或砖砌筑。槽沟则有用浆砌片石、木质结构及钢筋混凝土结构。并可根据其设置的位置 和作用的不同分别作好过滤、隔水和防渗等设施。 (2)暗沟和明暗沟 这种设施最宜用来排除分布于自地表到地表下3m左右这个范围的地下水。 它能排除分布于渗 透系数小的土层中土颗粒间孔隙内的地下水。 暗沟有集水暗沟和排水暗沟两种。集水暗沟用来汇集它附近的地下水；而排水暗沟的主要 目的是与地表排水沟连接起来，把汇集的地下水作为地表水排除。 集水暗沟 集水暗沟是在挖到预定深度的沟中砌成石笼，或是在沟中铺填碎石和安设透水混凝土 管的盲暗沟，为了防止漏水，在底部铺设杉皮，聚乙烯布或沥青板， 在暗沟的上面和侧面则设置 树枝及砂砾组成的过滤层， 以防淤塞。 在集水量特多的情况下， 也可用有孔的管道。 集水暗沟过长 时， 会使已汇集的水再渗透， 也会引起管道淤塞， 所以一般每隔 2030m 设置一个集水池或检查 井，其端头则与地表排水沟或排水暗沟连接起来。 图 10.13 浆砌片石排水沟槽 排水暗沟 排水暗沟用有孔的钢筋混凝土管、波纹管、透水混凝土管等制成，有时也有一定程度上起 集水暗沟的作用，在端墙及集水池等处，与地表排水沟相连接。 管式暗沟易受滑坡运动引起的地基变形的影响， 而使其作用显著降低， 同时由于检修困难， 所以暗沟的长度应尽量短， 坡度应大一些， 最好使其尽快地与容易检修的地表排水沟连结起来。 明暗沟 浅层地下水的分布， 与地表水一样， 受地表地形的支配， 地表的凹部及谷部容易集水， 所以暗 沟网多同地表排水沟网一致。通常在滑坡地区，这种方法用得最多。 大型暗沟 在地表以下35m有含水层时，暗沟的规模就大，开挖的土方量也非常大。这样的暗沟 可用来截断和汇集排除来自浅层流动状滑坡或滑坡区外的浅层地下水。在滑坡区内修建这种暗 沟时， 可设置在滑坡斜坡上部的边界附近。 而在斜坡下部， 则要注意由于设置这些暗沟的开挖， 会使滑坡土体丧失稳定，可能促使滑坡活动更加激化，施工时应特别注意。 (3)渗沟 渗沟在整治中小型的浅层滑坡中能起到良好作用，在滑坡处治应用中较多。它具有疏干表 层土体， 增加坡面稳定性； 截断及引排地下水， 降低地下水位， 防止土壤细粒间的冲移和浸蚀作用。 渗沟如作到浅层活动面以下， 可以起到土体的支撑作用。 所以， 它是整治滑坡中常用的一种有效 措施。 渗沟按其作用的不同可分为截水渗沟、 边坡渗沟、 支撑渗沟等几种型式。 这些渗水设施只 要在设计时资料搜集正确， 布置得当， 施工质量好， 勤养细修， 一般都能起到良好的排水效能。 截水渗沟 当滑坡范围外有丰富的深层地下水进入滑坡体时，为了使地下水在流入滑坡体之前就被 拦截引离， 可在垂直于地下水流方向上设置截水渗沟。 它适用于地下水位埋藏深度在 15m 以内， 水量较大，地下水为单向流动，含水层较明显的地区。 截水渗沟的作用比支撑渗沟更好，它能拦截水源， 使滑坡体干燥稳定。 截水渗沟的位置， 一 般设置在滑坡体的后缘及其周围，距滑坡可能发展的范围以外不少于 5m 的稳定土体上，其平 面位置呈折线或环状形，如图 10.14 所示。 图 10.14 截水渗沟平面布置 截水渗沟的断面尺寸： 沟底宽度不应少于 1. 01. 5m， 随着沟深的加大， 沟底也要相应加宽。 且渗沟愈深， 施工愈困难， 故做渗沟时， 必须作技术经济比较决定。 截水渗沟的填料，采用碎石、卵石、粗砂或片石，以利排水。在正对地下水流向的截水渗 沟背水面沟壁应设置隔渗层， 以防止地下水透过截水渗沟后又渗入滑坡体。 隔渗层可用粘土、 粘土混合土或浆砌片石，其厚度一般采用0.30.5m。截水渗沟的正面设反滤层，其厚度一 般采用4560cm。渗沟的基底应埋入一层含水层以下的不透水层或基岩内，以拦截流入滑坡 体的地下水并排于滑坡体之外。当沟底并非埋入完整基岩时，为防止沟底冲刷或被水泡软， 一般用浆砌片石砌筑沟槽，沟的流水应埋入稳定的不透水层内。流水沟常用的断面尺寸为0.4m 0.4m0.7m0.7m，如图10.15所示。 这种截水渗沟沟底断面的缺点是：日常养护维修时工作人员不能入内检查清理，且安置 在流水孔内的铁丝刷， 日久生锈， 加至沟内淤土沉积， 平时铁丝不容易拉动， 有些甚至卡在孔内， 堵塞了流水孔。截水渗沟深度达10m，翻修困难。建议今后修筑截水沟时，流水断面采用宽度 0.81.0m，高度1.51.6m左右，使维修人员可以进去检查清理为宜。同时可以节省检查井的 费用。 截水渗沟沟底纵坡要使水流夹带的泥砂，既不淤积，又不致于冲刷的流速，故此排水纵坡 不得小于45。 为了防止地表及坡面流泥渗入沟内堵塞填料空隙，在其截水渗沟的表面应设置适当的隔 水层封顶，一般可采用图10.16所示的型式。当地表坡度较陡时夯填粘土的最小厚度应不小于 0.5m， 粘土表面呈弧形凸起， 可以防止当粘土或填料沉落时渗沟顶面形成积水的凹坑， 同时也可 以作为截水渗沟位置的标志。 有时为了防止地表水沿缝隙渗入截水沟内， 在夯填粘土前应先将 截水渗沟表面的回填片石大面均朝上砌筑平整，并在其上面先均匀的铺一层小碎石，然后再倒 铺上一层草皮作为隔离层(亦可用草垫代替)。同时，将沟缘挖成台阶，分层夯填紧密；或者在 沟内回填片石的表面用水泥浆砌勾缝，防止地表水下渗。截水渗沟亦往往由于勘测资料不足， 或设置不当，极易错断失败，远不如支撑渗沟群那样容易收效。 截水渗沟一般深而窄，为了维修和疏通的需要，在直线段每隔3050m和渗沟转折点、边 坡处设置检查井。检查井井壁应设泄水孔，以排除附近的地下水。检查井的平面布置，如图 0.17所示。 1 边坡渗沟 边坡渗沟的作用是用以引排边坡上局部出露的泉水或上层滞水，疏干潮湿的边坡，并支 撑对坡，减轻坡面冲刷。 边坡渗沟深度视边坡潮湿土层的厚度决定，原则上应埋入潮湿带以下的较稳定的土层内 或地下水位线以下， 最好将