軟土地基上灰壩滑坡治理措施優(yōu)化研究

魏迎奇，田繼雪，李維朝，蔡 紅

（中國水利水電科學(xué)研究院 巖土工程研究所，北京 100048）

軟土地基上灰壩滑坡治理措施優(yōu)化研究

魏迎奇，田繼雪，李維朝，蔡 紅

（中國水利水電科學(xué)研究院 巖土工程研究所，北京 100048）

某貯灰場灰壩坐落在軟土地基上，運行過程中灰壩下游坡多次發(fā)生滑動。雖經(jīng)抗滑樁加錨桿進行了治理，但依然觀察到變形跡象，如地面隆起等。針對此情況，本文在原有加固措施的基礎(chǔ)上考慮排滲和加固措施優(yōu)化分析，制定出了合理適用的加固措施方案。研究表明，單純采用加固措施有時效果不突出，有效的排滲措施由于可以顯著降低灰壩內(nèi)的浸潤線高度，從而能夠更有效地提高灰壩的穩(wěn)定性，本實例研究可給相近工程加固提供有益的借鑒。

軟土地基；灰壩；加固；治理措施；優(yōu)化；排滲

1 研究背景

軟土地基具有透水性差、強度低和變形大等特點，故在軟土地基上建設(shè)灰壩時，軟土的低強度和大變形會成為控制灰壩穩(wěn)定的重要因素［1］。對于軟土地基上已建成的灰壩，在進行變形分析時，應(yīng)從滲流和穩(wěn)定的角度考慮軟土地基對灰壩穩(wěn)定的影響，從而在灰壩滑坡機制分析的基礎(chǔ)上制定合理有效的治理措施。

某貯灰場灰壩在運行過程中下游發(fā)生滑坡，經(jīng)抗滑樁加錨桿進行了治理后，依然觀察到變形跡象。本文針對該實例從灰壩運行中的滲流和穩(wěn)定計算分析出發(fā)，對加固前后的滑坡變形機制進行分析，依據(jù)此提出適用的治理措施，從而保證灰壩的安全運行，同時該實例的研究也可為相近工程提供有益的借鑒意義。

2 工程概況

某貯灰場為一面靠山、三面圍堤的半平原型灰場，始建于1978年，圍堤總長2 007m，堤頂標高31.3m，灰湖南面最大標高49.8m，其平面布置圖如圖1，典型斷面如圖2所示。在初建時，由于未對其壩基存在的軟弱淤泥層進行加固處理，導(dǎo)致其在運行過程中，灰壩下游坡多次發(fā)生滑坡。最近的一次較大滑坡發(fā)生在2006年5月15日，位置樁號為0+ 450～0+570?；露慰傆嬮L120m。同年，對滑坡采用抗滑樁進行治理，抗滑樁分兩排呈梅花型布置，樁長25m，間距1.4m，排距2.0m，樁底深入強風(fēng)化基巖并進行壓漿處理?？够瑯妒┕ね瓿珊?，發(fā)現(xiàn)樁頂部仍有位移，因此又在樁頂加帽梁和斜錨桿，帽梁厚度600mm，寬2m。采取這些措施后抗滑樁頂部位移基本得到控制。

圖1 某貯灰場平面布置

觀測數(shù)據(jù)顯示，2007年2月到2007年11月壩頂最大累積沉降量為9cm，表明沉降已趨穩(wěn)定。雖然經(jīng)處理后灰壩外坡至今未再發(fā)現(xiàn)明顯的滑動現(xiàn)象，但2006—2007兩年間，在距下游堤腳10m左右處的埋于地下的回水管有6處接口發(fā)生張裂，其中2006年有2處，2007年為4處，表明堤基下的淤泥層尚未達到穩(wěn)定狀態(tài)。

圖2 典型斷面

3 治理措施分析

3.1 治理措施初步分析該灰壩滑坡段位于古河道位置，壩基淤泥質(zhì)黏土層埋藏較淺，且厚度較大，其下部砂礫石地層埋深20～23m，其典型地質(zhì)剖面圖如圖3。初建時沒有對軟弱壩基進行加固處理是灰壩發(fā)生滑坡的主要原因。雖然后來采用抗滑樁進行了處理，但由于淤泥質(zhì)黏土層長年位于自由水位之下，固結(jié)程度低，可塑流動性強，加之抗滑樁處理范圍有限，所以治理效果并不明顯。

軟土地基加固處理方式一般分為兩種［2］，一是直接提高地基的承載力，二是通過降低灰壩內(nèi)浸潤線的方式間接達到提高灰壩穩(wěn)定性的目的?；诖苏J識，本次加固處理一方面在已完成的抗滑樁兩側(cè)布置攪拌樁，提高壩基的承載力。另一方面在壩體內(nèi)部設(shè)置排滲設(shè)施，降低壩身浸潤線，以提高灰壩邊坡的抗滑穩(wěn)定性和抗?jié)B穩(wěn)定性。

圖3 地質(zhì)剖面

壩基攪拌樁布置如圖4所示，分布在抗滑樁兩側(cè)，計入已經(jīng)施工的抗滑樁處理寬度2m，總處理寬度不小于10m，相應(yīng)置換率不小于0.15，樁體伸入壩基底部圓礫土層2～3m，單根總長約20m左右。在壩體內(nèi)部下游壩腳的位置布置不小于4m的水平排滲，在水平排滲出口設(shè)置反濾保護并修建排水溝。

圖4 灰壩攪拌樁布置

3.2 排滲措施優(yōu)化計算分析滲流計算各材料分區(qū)的參數(shù)值通過地勘報告和室內(nèi)試驗成果確定，如表1所示。本次滲控措施選擇排滲和防滲相結(jié)合的方式，壩體防滲措施采取攪拌樁防滲幕墻，以降低因壩體滑坡而導(dǎo)致的薄弱區(qū)域滲流作用。而排滲則選擇在壩體內(nèi)部布置水平排滲設(shè)施，并通過優(yōu)化計算確定水平排滲的長度。依據(jù)該灰壩特征，按長度11m、8m、6m、4m和0m共5種情況進行優(yōu)化計算。圖5是設(shè)置水平排滲前后壩體滲流場分布圖，從圖5中可以看出，當?shù)腆w內(nèi)設(shè)置了水平排滲設(shè)施后，堤體內(nèi)浸潤線位置有所下降，下降的程度與水平排滲設(shè)施的長度有關(guān)，水平排滲設(shè)施越長浸潤線位置下降的越低。但選擇排滲設(shè)施的長度僅靠滲流計算是不夠的，最終還需結(jié)合邊坡穩(wěn)定計算才能做出合理優(yōu)化的判斷。

表1 各材料分區(qū)滲透系數(shù)值

圖5 灰壩計算斷面不同排滲條件運行滲流場

3.3 加固措施優(yōu)化計算分析壩基淤泥層在壩身重量下的固結(jié)過程取決于淤泥本身的透水特性和所處的地質(zhì)邊界條件，有時可能會經(jīng)歷一個相當長的時期。對于本工程而言，雖然壩體已建成近30年，但從2007年地勘情況看壩體下多數(shù)部位的淤泥層還未完成固結(jié)，因此加固優(yōu)化計算應(yīng)選擇合理的控制工況。一般情況下，對于未完成固結(jié)的淤泥層邊坡穩(wěn)定計算應(yīng)采用總應(yīng)力法［3］，當淤泥層固結(jié)完成后達到穩(wěn)定滲流期，淤泥的強度會提高，對將來淤泥固結(jié)完成后的穩(wěn)定滲流期的邊坡穩(wěn)定計算應(yīng)采用有效應(yīng)力法計算。本壩段灰壩限制貯灰高程為29.0m，限制貯灰高程遇設(shè)計洪水位為30.6m。淤泥層固結(jié)完成的穩(wěn)定滲流期各運行工況的最小安全系數(shù)普遍高于淤泥固結(jié)期，因此加固時選擇固結(jié)期為控制工況。高置換率可以提高復(fù)合地基的強度指標［5］，有利于壩體的整體穩(wěn)定。對于本壩段置換率選擇0.15，壩體的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)即能滿足規(guī)范要求，因此，加固方案的優(yōu)化主要是對加固范圍進行選擇，依據(jù)已掌握的資料和排滲措施優(yōu)化計算分析結(jié)果，選擇處理范圍6m和8m兩種情況?？紤]處理范圍為6m時，選擇堤腳上游5m，下游1m?？紤]處理范圍8m，其位置分布分別為在堤腳下游側(cè)，堤腳上游5m下游3m，堤腳上游6m，上游2m。

計算采用的強度參數(shù)如表2，計算工況見表3，計算結(jié)果見表4。

通過對不同加固范圍的抗滑穩(wěn)定比較計算，當上游處理范圍小于6m時，滑動面出現(xiàn)在堤體，當其為6m時，當處理寬度小于10m時滑動面經(jīng)過壩體下的淤泥層屬于深層滑動。當總處理寬度小于10m時滑弧經(jīng)過堤體下的淤泥層屬于深層滑動。最終采用攪拌樁加固處理范圍8m，抗滑樁上游側(cè)6m，下游側(cè)2m，計入抗滑樁2m，合計10m，如圖6。

表2 邊坡穩(wěn)定計算采用的有效強度指標

表3 邊坡穩(wěn)定計算工況

表4 設(shè)計洪水位條件下固結(jié)期邊坡穩(wěn)定計算成果

圖6 不同處理規(guī)模固結(jié)期最危險滑裂面位置

4 結(jié)論和建議

本文以某電廠軟土地基上灰壩滑坡的治理措施優(yōu)化為實例進行了計算分析，從該實例的研究中可以得出以下結(jié)論：（1）針對該實例，通過優(yōu)化計算分析，確定了最終治理方案，即攪拌樁范圍在抗滑樁的上游側(cè)布置范圍為6m，在其下游側(cè)布置范圍為2m，計入抗滑樁總處理寬度10m；壩體內(nèi)水平排滲設(shè)施長度6m，水平排滲出口設(shè)置反濾保護并修建排水溝。（2）對于軟土地基灰壩而言，設(shè)置有效的排水措施，可以顯著降低運行期灰壩內(nèi)部浸潤位的高度，從而提升灰壩的穩(wěn)定性。（3）合理的加固治理措施不僅會提升灰壩的安全系數(shù)，還會改變最?；〉奈恢?。（4）本實例的軟土地基灰壩滑坡治理措施優(yōu)化給同類工程提供了有益的借鑒意義。

［1］ 陳曉平，吳起星.滲流作用下軟土地基心墻壩穩(wěn)定性分析［J］.巖土力學(xué)，2007，28（7）：1376-1380.

［2］ 趙山，金同稷，李玉琦.土石壩的壩基處理［M］.北京：中國水利水電出版社，2006：282-284.

［3］ 周景星，等.邊穩(wěn)定分析的總應(yīng)力法和有效應(yīng)力法［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1992：259-273.

［4］ 殷宗澤，龔曉南.地基處理工程實例［M］.北京：中國水利水電出版社，2000：10-11.

［5］ 李今漢，馮楚生.粉噴樁技術(shù)在加固岳陽長江干堤中的應(yīng)用［J］.人民長江，1999，30（5）：31-33.

Research on the optimum treatment of an ti-slide of flyash dam on soft foundations

WEI Ying-qi，TIAN Ji-xue，LIWei-chao，CAI Hong
（DepartmentofGeotechnical Engineering，IWHR，Beijing 100048，China）

Many landslides occurred on operation of the flyash dam in an electric power plant on soft foun?dations.Though stake-anchor used in many anti-landslide，deformation and displacement have been ob?served such as land upheaval.Based on primary treatments，optimum treatments of seepage draining and re?inforcement have been analyzed，and comprehensive reinforcement programs have been proposed.Results show the simple reinforcement treatment can not prevent the landslide effectively sometimes，and effective seepage draining can decrease the height of saturation line and improve stability of flyash dam.This re?search method has significant reference value for similar projects.

soft foundation；flyash dam；reinforcement；treatments；optimum；seepage draining

TV223.6

：A

1672-3031（2012）02-0132-04

（責任編輯：李 琳）

2011-05-31

國家十一五科技支撐項目“2009BAK56B04”

魏迎奇（1964-），男，河北柏鄉(xiāng)人，教授級高級工程師，主要從事巖土工程研究。E-mail：weiyq@iwhr.com