土石壩壩坡抗滑穩(wěn)定性分析及加固設(shè)計(jì)研究

韓福濤

（中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司 合肥 230601）

1 工程概況

淮河中游某水庫(kù)位于淮河南岸，總庫(kù)容0.89 億m3，大壩為均質(zhì)土壩，最大壩高25.5m。水庫(kù)樞紐工程由大壩、泄洪閘、非常溢洪道、東放水涵洞、北放水涵洞等組成。該水庫(kù)始建于20 世紀(jì)50年代，先后歷經(jīng)多次加固，最近一次于2004年加固，大壩增加了防滲措施，在壩基防滲采用高壓旋噴墻，壩身防滲采用粘土井柱。

根據(jù)地質(zhì)資料，大壩壩身填土的種類較多，填筑的密實(shí)度相差較大，填筑土壓實(shí)不均勻，填筑質(zhì)量差。壩基存在一層中粉質(zhì)壤土夾輕粉質(zhì)壤土（Qal4），灰?jiàn)A褐，灰黑色，濕，軟～可塑狀態(tài)，含朽木、粉細(xì)砂、植物根莖。土層呈軟塑狀態(tài)，局部夾輕粉質(zhì)壤土，標(biāo)貫擊數(shù)2 擊以下，為工程區(qū)軟弱夾層。

2018年9月現(xiàn)場(chǎng)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)樁號(hào)0+924～0+961出現(xiàn)滑坡，位于下游壩坡約46.50m 高程處，裂縫最大寬度0.3m，最大深度約1.0m。據(jù)了解，該部位在施工中未開(kāi)挖成臺(tái)階狀，也未分層填筑，并受條件所限，回填土料采用風(fēng)化紅砂巖，壩肩未設(shè)置排水溝。此前8月份水庫(kù)處出現(xiàn)大暴雨，壩頂路面積水沿下游壩肩與壩頂?shù)缆分g的縫隙和長(zhǎng)期蠕動(dòng)形成的結(jié)合面裂隙滲入壩體，滑坡部位與39.00m 高程處排水溝破壞范圍一致，說(shuō)明填筑土料中的風(fēng)化紅砂巖遇水后強(qiáng)度降低，導(dǎo)致下游壩坡貼坡層淺層滑坡。

2018年11月，水庫(kù)管理單位對(duì)該水庫(kù)組織進(jìn)行了安全鑒定。根據(jù)鑒定結(jié)論，大壩位于中粉質(zhì)壤土夾輕粉質(zhì)壤土段下游壩坡的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)偏小，正常蓄水位工況下為1.09，地震工況下為0.97，均不滿足規(guī)范要求，大壩存在安全隱患。

2 壩坡抗滑穩(wěn)定性分析

從水庫(kù)運(yùn)行情況來(lái)看，下游壩肩與壩頂?shù)缆方Y(jié)合處出現(xiàn)較大縫隙，且下游縱向排水溝受填筑土體向下蠕動(dòng)擠壓造成變形斷裂，經(jīng)數(shù)次重建。分析原因可能為該部位貼坡填土由于自重或降雨的影響不斷向下滑動(dòng)所致。說(shuō)明2004年加固中的坡面貼坡土層與原壩面未形成有效結(jié)合，存在逐漸下滑的趨勢(shì)。

為了進(jìn)一步研究大壩背水坡培土情況，在滑坡位置布置了探井，由探井資料分析，壩坡填土巖性較雜。該探井挖深2.2m，揭露巖性上部1.3m 為粉質(zhì)粘土夾中粉質(zhì)壤土，黃色，稍濕至濕，可塑狀態(tài)，結(jié)構(gòu)松軟，用鐵鍬很容易挖??；下部為0.90m 灰色粘土，稍濕，可塑至硬塑狀態(tài)，結(jié)構(gòu)密實(shí)，用鐵鍬需很用力才可挖取，兩巖性接觸面土的含水率明顯增高，土很濕，且灰色土順壩坡方向傾斜。

通過(guò)壩坡的探井分析，壩坡表層1.3～2.0m 土層巖性多樣，粘性土夾礫、卵石多，全風(fēng)化土料（紅色粘土夾砂礫石、卵石和碎石），少部分為較純的粉質(zhì)粘土和中粉質(zhì)壤土，上述表層土結(jié)構(gòu)不密實(shí)，易滲水。下部為致密狀灰色粘土，滲透性差，與表層土相比為相對(duì)隔水層。汛期或長(zhǎng)期雨期，表層土接受大氣降水，水沿土層下滲至灰色粘土層表面時(shí)受到阻擋，使得兩巖性交界處土含水率增大，甚至達(dá)飽和狀態(tài)，內(nèi)摩擦角減小，降低了土的抗滑強(qiáng)度。當(dāng)抗滑力小于下滑力時(shí)就會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)。由于壩段土料巖性不同，抗滑強(qiáng)度不同，不同土料分層處較易產(chǎn)生滑動(dòng)。

3 加固方案比選

針對(duì)下游壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)偏小，加固設(shè)計(jì)時(shí)考慮了壩腳設(shè)壓重平臺(tái)、攪拌樁加固土體、抗滑樁三個(gè)方案。

3.1 方案比選

3.1.1 壩腳設(shè)壓重平臺(tái)

通過(guò)在壩腳設(shè)置壓重平臺(tái)，增加了壩坡的抗滑力矩，從而達(dá)到增強(qiáng)壩坡穩(wěn)定性的目的。壓重平臺(tái)的土料宜選用粗粒土，以利于壩體排水。壓重平臺(tái)方案施工簡(jiǎn)單，投資較省，對(duì)一般土石壩壩坡加固有較好的適用性。但壓重平臺(tái)方案需要增加工程占地，改變了壩坡現(xiàn)狀，影響壩體美觀。經(jīng)計(jì)算，本工程壓重平臺(tái)高4.0m，頂寬18.0m，可就近利用壩坡翻壓的棄土，對(duì)本工程較為適宜。

3.1.2 攪拌樁加固土體

本工程由于壩基存在軟弱土層，易形成滑動(dòng)面，可以考慮改善該部分土體的物理力學(xué)指標(biāo)，提高軟弱土體的內(nèi)摩擦角和粘聚力，達(dá)到提高壩坡穩(wěn)定性的目的。本工程考慮采用水泥土攪拌樁方案，改善軟弱土體的性質(zhì)。該方案基本不改變壩坡現(xiàn)狀，對(duì)周圍環(huán)境影響較小。但水泥土攪拌樁提高軟弱土層的力學(xué)指標(biāo)難以準(zhǔn)確量化，且施工工期較長(zhǎng)。設(shè)計(jì)中參考復(fù)合地基計(jì)算方法，合理確定置換率。共布置了5 排攪拌樁，樁身直徑0.5m，間距1.0m，正三角形布置，置換率為23%。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，攪拌樁的粘聚力一般取抗壓強(qiáng)度的20%～30%，內(nèi)摩擦角一般為20°～30°。

3.1.3 抗滑樁

壩坡加固采用剛性抗滑樁方案，即通過(guò)抗滑樁阻止壩坡土體滑動(dòng)，增強(qiáng)壩坡的穩(wěn)定性。加固設(shè)計(jì)考慮采用混凝土灌注樁，雙排布置，樁身直徑0.8m，縱向間距1.8m，樁長(zhǎng)18.0m。為增強(qiáng)抗滑樁的整體剛度，在抗滑樁樁頂設(shè)冠梁，使抗滑樁縱、橫向拉結(jié)起來(lái)?？够瑯斗桨笇?duì)地基的適應(yīng)性較強(qiáng)，抗滑效果較好；但施工工藝復(fù)雜，工期長(zhǎng)，投資大。

3.2 方案選擇

根據(jù)上述三個(gè)加固方案，通過(guò)計(jì)算，均滿足規(guī)范要求，技術(shù)上均可行。根據(jù)加固措施實(shí)施的難易程度，結(jié)合工期、投資等多方面因素，加固方案最終采用了壩腳增設(shè)壓重平臺(tái)方案。從實(shí)施效果來(lái)看，增設(shè)壓重平臺(tái)較好地解決了壩坡抗滑穩(wěn)定問(wèn)題，目前工程總體運(yùn)行良好。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)水庫(kù)數(shù)量龐大，其中中小型土石壩居多，且大部分建于二十世紀(jì)五六十年代。由于各種原因，不少水庫(kù)存在壩坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)偏小的問(wèn)題。本文通過(guò)常見(jiàn)的土石壩壩坡穩(wěn)定分析和加固措施比較，對(duì)類似工程提供有益參考