換填法處理軟基的迎水面加固堤防穩(wěn)定性分析

周英雄 劉小文

(1．江西省河道湖泊管理局，江西 南昌 330009; 2．南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院，江西南昌 330031)

堤坡的穩(wěn)定性是工程技術(shù)人員關(guān)注的熱點問題，一旦失穩(wěn)產(chǎn)生滑坡，不僅會造成經(jīng)濟(jì)財產(chǎn)的損失，甚至還會危及生命安全。堤防迎水面產(chǎn)生失穩(wěn)滑坡的主要原因有堤坡浸水、水位驟降及存在軟弱地基土層等，特別是地基存在軟土層，其抗剪強度低、壓縮性高、透水性小等，修建在這種復(fù)雜地基之上的堤防，往往很容易產(chǎn)生大的沉降，承載力低，從而導(dǎo)致地基不穩(wěn)，影響堤防正常使用，甚至潰堤［1-4］。

為了確保堤防運行安全，對有軟弱地基的情況，常需對軟弱地基進(jìn)行處理;常見處理方法有堤身自重擠淤法、拋石擠淤法、換填法、振動水沖法、水泥土攪拌法等［5］。本文選擇了某堤段一典型斷面，分析其采用換填法處理軟基后，堤防在施工階段和運行階段的穩(wěn)定性。

1 工程概況

某堤防除險加固工程，其堤線長3 300 m(0+000～3+300)，堤基土上部為粘性土，下部為砂礫類土，堤基的防滲條件較好。設(shè)計除險加固方案采用土堤斷面加高加寬，以向外坡加寬為主。施工中發(fā)現(xiàn)外坡地基中存在由于水塘、取土坑等形成的軟土層，層厚不等，該層土抗剪強度低，壓縮性高、透水性小，修建在這種復(fù)雜地基之上的堤防，往往很容易產(chǎn)生大的沉降，承載力低，從而導(dǎo)致地基不穩(wěn)，影響堤防正常使用，甚至潰堤。因此設(shè)計針對不同的情況對軟土地基采用了換填、反壓等措施。圖1、圖2為采用淤泥換填拋石、碎石法加固前后堤防2+300剖面圖。限于篇幅，本文僅分析2+300剖面加固后的穩(wěn)定性。

圖1 加固前2+300剖面圖

圖2 加固后2+300剖面圖

2 堤坡穩(wěn)定性分析

根據(jù)相關(guān)文件，本工程按4級堤防設(shè)計;按照GB 50286-98堤防工程設(shè)計規(guī)范，對堤防迎水面堤坡計算正常運行情況及非正常運行情況。正常運行情況為設(shè)計洪水水位降落期的迎水面堤坡，規(guī)范要求安全系數(shù)不小于1．15;非正常運行情況為施工期迎水面堤坡，規(guī)范要求不得小于1．05。

本工程正常運行情況，按最高洪水位20．59 m，考慮水位驟降3 m分析;非正常運行情況考慮施工期或者堤身內(nèi)無水時迎水面堤坡，分析未加固前堤身內(nèi)無水及加固施工期迎水面堤坡穩(wěn)定性。

在堤坡穩(wěn)定性分析過程中，首先按照設(shè)計給定的參數(shù)進(jìn)行計算分析，校核堤坡在天然條件下的穩(wěn)定性。巖土參數(shù)取值見表1。

表1 巖土體力學(xué)參數(shù)

2．1 未加固前迎水面堤坡穩(wěn)定性校核

在二維穩(wěn)定分析計算中，按照表1巖土力學(xué)參數(shù)，采用簡化的bishop法、Morgenstern-price法和嚴(yán)格Janbu法對2+300剖面的迎水面堤坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析?？够€(wěn)定計算采用剛體極限平衡原理。

計算工況考慮正常運行情況和非正常運行情況，失穩(wěn)模式及臨界滑裂面通過計算程序自動優(yōu)化搜索得到，計算結(jié)果取平均值。穩(wěn)定分析成果如表2所示，計算得到的臨界滑動面如圖3，圖4所示。

表2 未加固前迎水面堤坡安全系數(shù)

圖3 施工期最危險滑動面

圖4 水位降落期最危險滑動面

從表2可以看出，非正常運行情況(施工情況)，安全系數(shù)大于1．05，滿足規(guī)范要求;正常運行情況(水位降落情況)，安全系數(shù)大于1．15，滿足規(guī)范要求。其計算結(jié)果基本與實際情況吻合，計算所取地質(zhì)參數(shù)是合理的，不需進(jìn)行參數(shù)反演，加固后的穩(wěn)定性分析中采用表1的參數(shù)。

2．2 加固后迎水面堤坡穩(wěn)定性分析

同樣采用簡化的bishop法、Morgenstern-price法和嚴(yán)格Janbu法對該剖面的迎水面堤坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析。穩(wěn)定分析成果如表3所示，計算得到的臨界滑動面如圖5，圖6所示。從圖5，圖6可以看出加固后在施工期和水位降落期迎水面堤坡安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

表3 加固后迎水面堤坡安全系數(shù)

圖5 加固后施工期最危險滑動面

圖6 加固后水位降落期最危險滑動面

3 結(jié)語

1)根據(jù)設(shè)計提供的參數(shù)，校核了加固前迎水面堤坡穩(wěn)定性，結(jié)果表明其在正常運行情況和非正常運行情況下處于穩(wěn)定狀態(tài)，這與現(xiàn)場實際情況相符，說明所采用的材料強度參數(shù)合理。

2)剖面2+300采用設(shè)計方案加固后在正常運行情況和非正常運行情況下安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

［1] 沈珠江．軟土工程特性和軟土地基設(shè)計［J］．巖土工程學(xué)報，1998，20(1):100-111．

［2] 鄭穎人，唐曉松．庫水作用下的邊(滑)坡穩(wěn)定性分析［J］．巖土工程學(xué)報，2007，29(8):1115-1121．

［3] 劉新喜，夏元友，練 操，等．庫水位驟降時的滑坡穩(wěn)定性評價方法研究［J］．巖土力學(xué)，2005，26(9):1427-1436．

［4] 劉小文，耿小牧，彭忠福，等．黃河放淤固堤工程淤背體排水固結(jié)規(guī)律分析［J］．南昌大學(xué)學(xué)報(工科版)，2011，33(3):265-268．

［5] 王玉萍．堤防工程軟土地基的一般特性及常用處理方法［J］．水利科技與經(jīng)濟(jì)，2007(7):10-11．