汲東干渠李大沖內(nèi)壩滲漏及塌方處理

李大銀

摘 要：根據(jù)工程現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，結(jié)合工程地質(zhì)。主要內(nèi)容包括險(xiǎn)情描述、原因分析、加固措施、計(jì)算分析等。

關(guān)鍵詞：汲東干渠 砂樁 計(jì)算分析

1工程概況

李大沖內(nèi)壩位于汲東干渠右岸樁號(hào)3+800-4+400，現(xiàn)有堤長(zhǎng)600m，現(xiàn)有堤頂高程為63.59-64.28m，堤頂寬2.5-3.0m，最大堤高12.0m。迎水坡坡比1：2.0～1：2.3，背水坡坡比1：2.2～1：2.5；大堤上游為混凝土護(hù)坡，下游堤坡均為天然雜草護(hù)坡，堤腳水塘長(zhǎng)213m。

2險(xiǎn)情描述

2013年7月15日（干渠水位與設(shè)計(jì)水位持平）上午汲東管理所管理人員巡堤檢查發(fā)現(xiàn)，李大沖內(nèi)壩背水坡部分壩段滲漏嚴(yán)重，逸出點(diǎn)高程位于一級(jí)平臺(tái)以上，壩頂外側(cè)出現(xiàn)縱向裂縫，上午9時(shí)，我院設(shè)計(jì)人員趕赴現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)險(xiǎn)情情況進(jìn)行了認(rèn)真檢查和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量：現(xiàn)狀塌陷長(zhǎng)度119m（樁號(hào)為3+938-4+057），堤頂外側(cè)最大塌陷高度1.8m，部分壩段形成直立滑坎，一級(jí)平臺(tái)以上存在多條縱向裂縫，最大裂縫寬度25.0cm，平臺(tái)下坡面微微隆起、堤腳外移2～3m。

3險(xiǎn)情的原因分析

1、堤身未做防滲處理，滲漏嚴(yán)重，外壩腳加培土方粘性較高，透水性差，堵塞了原坡面的滲水通道，使堤內(nèi)浸潤(rùn)線抬高，滲水飽和引起土體抗剪強(qiáng)度降低。

2、堤腳失去支撐而引起的塌陷。由于施工時(shí)未將堤腳的水塘（3+886-4+063，長(zhǎng)177m）未及時(shí)回填，也未徹底清基，在坡面重力及滲透壓力作用下，坡腳淤泥固結(jié)沉降，造成坡腳失穩(wěn)。

3、遭遇暴雨而引起的塌陷。汛期水位較高，堤身的安全系數(shù)降低，遭遇暴雨或長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)降雨，堤身飽水程度進(jìn)一步加大，特別是對(duì)于已產(chǎn)了縱向裂縫的堤段，雨水沿裂縫很容易滲透到堤身的深部，裂縫附近的土體因浸水而軟化，強(qiáng)度降低，最終導(dǎo)致塌陷。

4、渠道運(yùn)行水位較高，汲東干渠李大沖近期水位多次達(dá)到甚至超過(guò)設(shè)計(jì)水位。

4加固措施

1、李大沖內(nèi)壩堤身防滲采用沿距內(nèi)堤肩1.5m處采用多頭小直徑攪拌墻（3+752-4+202，水塘范圍采用雙排多頭小直徑攪拌墻），防滲墻底部深入相對(duì)不透水層及渠底下不小于1.5m。多頭小直徑鄰孔施工搭接寬度10cm，成墻厚度為44.8cm（單排22.4cm）初步擬定水灰比為1.0，水泥摻入量為10%～15%（質(zhì)量比），施工前應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，進(jìn)一步確定防滲墻施工工藝參數(shù)。垂直度：施工前應(yīng)使樁機(jī)水平，使鉆桿保持垂直，垂直度誤差不大于1/300。

2、堤腳平臺(tái)高程55.20m寬10m（3+805-4+092，長(zhǎng)287m），平臺(tái)以下坡比1：3.5，堤腳水塘采用人工拋石至高程52.60m。

3、對(duì)原平臺(tái)高程61.20m以下至堤腳平臺(tái)范圍內(nèi)采用砂樁排水固基兼抗滑，砂樁所使用材料為中粗砂摻瓜子片（中粗砂2/3，瓜子片1/3），瓜子片粒徑1-2cm，含泥量不得大于5%。砂樁的直徑采用D=40cm，砂樁中心間距250cm，水平排距5.0m，砂樁長(zhǎng)度按照伸入新老堤防結(jié)合面以下2.0m來(lái)控制（3+872-4+132，長(zhǎng)260m）。

4、本次砂樁之間采用縱向排水砂溝連接，每10m設(shè)置一道橫向排水砂溝，排至下游排水棱體處，構(gòu)成完善的排水體系，縱橫排水砂溝斷面均為底寬0.5m，高1.0m，邊坡1：0.5，下部填筑砂石料，上部粘土回填。坡面設(shè)縱橫排水溝。

5、堤頂滑塌及表面裂縫本次擬將表面浮土挖掉，坡面開挖成臺(tái)階狀，回填粘土，利用人工或輕型碾壓機(jī)械進(jìn)行壓實(shí)，上部覆蓋花雨布防護(hù)。

5計(jì)算分析

1、計(jì)算工況

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013），計(jì)算工況采用正常運(yùn)用條件和非常運(yùn)用條件。正常運(yùn)用條件：設(shè)計(jì)水位下的背水坡；非常運(yùn)用工況：非常運(yùn)用條件Ⅰ，施工期的背水側(cè)堤坡；非常運(yùn)用條件Ⅱ，設(shè)計(jì)水位+遭遇強(qiáng)降雨時(shí)的背水側(cè)堤坡。

采用瑞典圓弧法，2級(jí)土堤正常運(yùn)用條件下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.25，非常運(yùn)用條件Ⅰ下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.15，非常運(yùn)用條件Ⅱ下的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.05。渠道設(shè)計(jì)水位62.83m。

2、物理力學(xué)指標(biāo)

○1人工填土：濕容重γ=19.2KN/m3，飽和容重γsat=19.57KN/m3，有效應(yīng)力指標(biāo)C′=30kPa，φ′=10.0°；

○2重粉質(zhì)壤土：濕容重γ=19.6KN/m3，飽和容重γsat=19.84KN/m3，有效應(yīng)力指標(biāo)C′=25kPa，φ′=8.0°；

○3粉質(zhì)粘土：濕容重γ=19.9KN/m3，飽和容重γsat=20.14KN/m3，有效應(yīng)力指標(biāo)C′=36.5kPa，φ′=12.0°；

3、力學(xué)指標(biāo)的選用

地質(zhì)勘察單位根據(jù)規(guī)范要求對(duì)各滑坡段進(jìn)行了靜力觸探和標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)，做了室內(nèi)土工試驗(yàn)?；w及滑床的容重采用土工試驗(yàn)資料的標(biāo)準(zhǔn)值。計(jì)算時(shí)，首先假定穩(wěn)定系數(shù)Fs為1.0，根據(jù)以往滑坡治理經(jīng)驗(yàn)及本滑坡土工實(shí)驗(yàn)結(jié)果，擬定滑面內(nèi)摩擦角Φ值，

多頭小直徑+固腳平臺(tái)，Φ值降低45%，

多頭小直徑+棱體排水，Φ值降低60%，

代入滑坡推力公式進(jìn)行反復(fù)迭代，推求滑面粘聚力c值，滑面c、Φ值反算成果如下：

多頭小直徑+固腳平臺(tái)，C′=7.4kPa，φ′=5.5°；多頭小直徑+固腳平臺(tái)+砂樁置換，C′=7.7kPa，φ′=5.7°；多頭小直徑+棱體排水，C′=6.0kPa，φ′=4.0°；

4、滑坡推力計(jì)算

選取新老土體結(jié)合面作為滑裂面，新加培土體作為滑體計(jì)算下滑力?；峦屏τ?jì)算采用條分傳遞系數(shù)法。

經(jīng)計(jì)算，復(fù)合地基承載力F=83.23 Kpa，承載力提高系數(shù)1.04，土體抗剪參數(shù)參照承載力系數(shù)提高4%?；鎐、Φ值分別取值為7.7Kpa，、5.7°，安全系數(shù)提高到1.4。

結(jié)論，多頭小直徑+固腳平臺(tái)，最大下滑力111.6KN/m，出口推力-2.47KN/m，背水坡穩(wěn)定安全系數(shù)1.20；多頭小直徑+固腳平臺(tái)+砂樁置換，最大下滑力113.0KN/m，出口推力-0.25KN/m，背水坡穩(wěn)定安全系數(shù)1.40；多頭小直徑+棱體排水，最大下滑力143.1KN/m，出口推力54.08KN/m，背水坡棱體排水穩(wěn)定安全系數(shù)1.57；李大沖內(nèi)壩背水坡在正常運(yùn)用條件和非常運(yùn)用條件下均滿足規(guī)范要求。

5、邊坡穩(wěn)定復(fù)核

堤防抗滑穩(wěn)定分析采用河海大學(xué)土木工程學(xué)院開發(fā)的“Slope-土石堤穩(wěn)定分析系統(tǒng)”進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方法采用瑞典圓滑法。穩(wěn)定滲流期穩(wěn)定計(jì)算施工期采用有總力法；其他計(jì)算采用有效應(yīng)力法。

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，渠道岸坡土料的物理力學(xué)指標(biāo)施工期均直接采用地勘報(bào)告的建議值，設(shè)計(jì)水位、設(shè)計(jì)水位下遭遇強(qiáng)降雨時(shí)直接采用滑坡力學(xué)指標(biāo)反算值，并將此指標(biāo)值作為抗剪強(qiáng)度的有效應(yīng)力指標(biāo)值使用。計(jì)算成果如下：

設(shè)計(jì)水位時(shí)：有效應(yīng)力法安全系數(shù)1.34，規(guī)范值1.25；

施工期：總應(yīng)力法安全系數(shù)1.76，規(guī)范值1.15；

設(shè)計(jì)水位+遭遇強(qiáng)降雨：有效應(yīng)力法安全系數(shù)1.09，規(guī)范值1.05；

結(jié)論，李大沖內(nèi)壩背水坡在正常運(yùn)用條件和非常運(yùn)用條件下均滿足規(guī)范要求。

6結(jié)論

該工程背水坡通過(guò)砂樁的置換作用和排水作用，不僅加快地基的固結(jié)沉降速率，而且減小堤基的施工后沉降。經(jīng)過(guò)幾個(gè)汛期實(shí)踐證明，處理效果明顯。

參考文獻(xiàn)：

1.《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50286-2013）

2.《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》（JGJ79-2012）