边坡虹吸排水系统在边坡防治中的应用邱贤君

边坡虹吸排水系统在边坡防治中的应用邱贤君

邱贤君

余姚市交通规划设计研究院浙江余姚315400

摘要：边坡虹吸排水具有施工方法简单、造价低和破坏坡面范围小等特点，但应用于工程实际的案例较少。文中结合我市浒溪线（车岗头至奉化段）改造工程（K66+300至K94+250段）边坡虹吸排水示范工程的设计建设，作为应用虹吸方法进行边坡深部长期排水的示范工程，实现了边坡深部排水和虹吸过程的长期有效。通过对虹吸排水的原理、系统建设施工方法及应用效果等进行了分析讨论。

关键词：边坡；虹吸排水；工程应用；排水效果

0引言

随着社会经济的快速发展，边坡工程的治理和研究任务日益重要。在各种工程项目的建设过程中，经常会形成边坡，边坡的稳定与治理是影响工程项目进度、质量和进度的关键因素。滑坡是边坡的岩土体沿着贯通的剪切滑裂面发生滑移的现象，是地质灾害的主要形式之一。地下水使坡体抗剪强度降低、下滑力增大，是诱发滑坡灾害的主要因素之一。因此，实时排除地下水，保持坡体地下水位始终处于降低的水平，对提高边坡稳定性和防止滑坡发生具有重要意义。目前常用的边坡排水方法主要包括：水平排水洞、排水盲沟、排水孔幕、地表排水沟等。其中地表排水对于提高斜坡稳定性效果差，集水井等深部排水措施需要动力及经常性管理而适用性差，水平排水孔因水力梯度小易堵塞失效，地下排水洞建设成本高、施工工期长。因此，需要寻求一种长期稳定有效的深层边坡排水方法。边坡虹吸排水是一种新型的边坡排水技术，它的排水流量和流动过程由水位变化自动控制，其物理特性非常适合边坡排水的需要。

1边坡虹吸排水系统

虹吸现象是液态分子间引力与位差能形成的，利用水柱压力差，使水面上升再流到低处。如果管中抽成真空，由于管口的水面承受大气压力，水由压力高的一端流向压力低的一端，一个标准大气压下，理论上虹吸所能达到的最高水头约为10.24m。国际上开展边坡虹吸排水研究始于上世纪80年代末，但两大障碍问题一直没有克服：

（1）无法保障虹吸过程持续有效；

（2）无法排出水位埋深超过10m的地下水。在欧洲的一些边坡治理中，将虹吸排水法与电控气动排水法结合，利用电力抽真空的方式保证虹吸的短期有效，作为主要的排除坡内地下水手段。由于存在这两大障碍问题，虽经30余年的探索，虹吸排水方法在边坡工程领域未能得到真正的应用。近年来，通过实验及理论研究，已经解决了边坡虹吸排水的这些关键技术问题：如采用4mm～5mm直径虹吸管，使管内形成弹状流而不会出现空气积累，保

障虹吸过程长期持续有效；通过调节倾斜钻孔的倾角及深度，保持孔口与孔底的控制水位相对高差小于10m，突破了虹吸排水进水口距地表的垂直高差不能超过10m的物理限制，当坡体内部水位上升时，汇集到钻孔的地下水就会通过虹吸管实时排出。

2边坡虹吸排水系统简介

2.1基本原理：利用向下倾斜的钻孔进入坡体深部，通过调节倾斜钻孔的倾角及深度，确保孔口与孔底相对高差大于12m把虹吸排水管通过倾斜孔进入边坡的深部，从斜孔的孔底引出虹吸排水管到坡面一定位置，是虹吸排水管的出水口高程低于钻孔的孔底高程。当坡体内部水位上升时，通过虹吸管实时排水。

2.2边坡虹吸排水系统布置

设计在浒溪线冷水孔段（K92+030～K92+330）设置虹吸排水边坡处置系统。在设计路面高程以上20m处，沿路线走向设置1排虹吸排水孔。虹吸排水孔采用大于90mm的钻机倾斜成孔，倾斜角60°（钻杆与水平线夹角），深度取24m。一般边坡段钻孔间距5m（考虑处理边坡段长度为300m），目前渗水严重段（K92+150～K92+200段）钻孔间距2.5m，共计钻孔数量70个。将虹吸管进水端及孔底储水管一并插入孔底，虹吸管出水端插入外集水槽，通过虹吸作用，将破体内的地下水排除，从而达到提高边坡稳定性的作用。

3虹吸排水系统建设

3.1虹吸排水孔孔位及数量选择

为了实现边坡地下水位的有效控制，在构建边坡虹吸排水系统时，首先要调查分析边坡的工程地质条件，了解边坡地下水的补给、径流及排泄方式。确定边坡的地下水位线及降雨对其的影响关系，找出汇水比较集中的位置。根据边坡的地下水位及汇水量大小，确定虹吸排水孔的位置和数量，可以设置一排或多排虹吸排水孔。虹吸排水孔的数量与潜在滑坡区面积及当地气候环境相关。可根据边坡的区域汇水面积大小、历史降雨量及其降雨的时间分布、

边坡土质因素及坡体地下水位控制要求等，进行相关分析后，确定钻孔的位置和孔数，以及各钻孔应该放置的虹吸排水管数量。本工程根据边坡地下水位埋深情况，及地下水位变化对边坡稳定性的影响特点，在相对路面高程20m的位置布设1排共49个虹吸排水孔。

3.2钻孔的施工

钻孔开钻之前，应将边坡向下开挖0.5m～1m，宽度以方便施工为宜。钻孔采用107mm的钻机倾斜成孔，由现场地质情况决定，需采用跟套管技术，保证钻孔打设到位。

倾斜钻孔深度及角度需根据潜在滑动面进行适当调整，保证斜孔的孔中需要实现的地下水位控制线与孔口的相对高差在10m以内。钻孔间距不宜大于5m。工程完成的49个虹吸排水孔中，11个孔的孔深32m，向下倾角25°，38个孔的孔深16m，向下倾角46°，孔底进入勘测所得的地下水位线以下。

3.3排水管及相关配件的制作与连接

本项目采用PU排水管外套透水管的形式进行实时排水。排水管为外径6mm、内径4mm的PU管，每个虹吸排水孔对应3根PU排水管。排水管的长度根据实际情况取值，保证PU排水管的进水口在孔底储水管的底部，出水口在高程低于孔底储水管的平整坡面上。排水管在钻孔内的部分，外套直径5cm的透水管。透水管采用打孔波纹管外织无纺土工布，确保透水性和泥沙的隔离。透水管的一端深入到孔底储水管30cm以上，所示，连接处采用无纺土工布可靠包裹。孔底储水管采用长800mm、内径60mm的HDPE管，顶部开口，底部封口。

3.4排水管设置及安装

钻孔成孔后，立即将已安装好的排水管以及透水管插入钻孔直达底部。PU排水管顺坡面展布并埋入土中，最终汇集至高程低于孔底储水管的平整坡面上。为保证排水管的长期使用，将PU管外套PVC管，而后埋入土中或上覆水泥，可以防止其老化，避免碎石土块等的挤压，不影响边坡的后期其他加固处理。为使虹吸排水过程顺利实现，可采用喷雾器从虹吸排水管出水口向孔内逆向灌水，使得虹吸排水管中充满水，实现初始虹吸。于平整坡面上设置集水槽及三角堰。集水槽用于收集虹吸管排出的水，并可对流量流速进行监测，便于评价排水的效果。

4结束语

虹吸排水具有免动力实现水体的高效跨越输送的特征，能够适应坡体地下水位变化，并及时排出深层坡体内的地下水。因此，通过合理的布置与设计边坡虹吸排水系统，可以排出边坡深部地下水，且保持长期稳定的有效排水。但目前边坡虹吸排水的工程实践研究不足，制约了新技术的推广应用。虹吸排水具有免动力和流动过程由液位变化自动控制的优点，其物理特性非常适合边坡排水的需要。依据已解决的虹吸排水基础理论问题，首次将长期虹

吸排水系统投入工程使用，为边坡虹吸排水在工程中的系统建设提供依据和参考。它可以根据工程地质和水文地质的特点合理而灵活地布置排水井实施虹吸排水。作为边坡、滑坡整治工程中一项新型工程措施，可以单独使用，也可以和其它工程措施联合使用。虹吸排水工程只需小型钻机就能完成排水井的打孔作业。使用土工布、塑料管、水泥、砖和少量钢筋等建筑材料，具有施工方法简单、造价低并且有破坏坡面范围小和维修养护方便等特点。通过浒溪线（车岗头至奉化段）改造工程（K66+300至K94+250段）边坡虹吸排水示范工程实践经验，虹吸排水与降雨密切相关，在雨季可以有效提高排水流量，满足雨季较高的排水要求，可以有效实现坡内深部地下水的及时排出，是一种稳定可靠的边坡排水新方法，在提高边坡稳定性方面具有较好的表现。