堤防工程邊坡穩(wěn)定性分析與加固措施探討

潘寧

（安徽省交通航務(wù)工程有限公司　安徽合肥　230011）

堤防工程邊坡穩(wěn)定性分析與加固措施探討

潘寧

（安徽省交通航務(wù)工程有限公司安徽合肥230011）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提升，為降低洪澇災(zāi)害嚴(yán)重程度，避免其發(fā)生對(duì)人們生命財(cái)產(chǎn)造成威脅，近年來(lái)堤防工程項(xiàng)目逐漸增多，而且在不斷的探索中取得了一定的成績(jī)，使我國(guó)大江大河防洪工程體系初步形成，中小河流防洪體系也初見(jiàn)成效，但我國(guó)防洪標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家普遍較低，在洪水中因滲透等破壞而失穩(wěn)潰決的現(xiàn)象仍較多見(jiàn)，所以針對(duì)堤防工程邊坡的加固工作仍至關(guān)重要，本文通過(guò)對(duì)堤防工程邊坡穩(wěn)定性和邊坡加固措施選擇展開(kāi)分析，為提升我國(guó)堤防工程抵御洪水災(zāi)害的能力而作出努力。

堤防工程；邊坡穩(wěn)定性；加固措施

前言

堤防即沿著河、渠、湖、海岸或行洪、分洪、圍墾區(qū)域的邊緣而修筑的用于抵擋水流外泄的建筑物，是防洪工程的重要組成部分，其不僅有利于泄洪排沙、抗御海潮風(fēng)浪等，而且可以降低洪水災(zāi)害泛濫對(duì)居民生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的危害，而邊坡作為堤防穩(wěn)定性的重要保障，其邊坡失穩(wěn)破壞必然導(dǎo)致堤防工程的可靠性、耐用性等縮減，造成安全隱患，所以進(jìn)行堤防工程邊坡穩(wěn)定性分析與加固措施探討具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1　堤防工程邊坡穩(wěn)定性分析

1.1堤防工程邊坡失穩(wěn)破壞的原因

其發(fā)生的原因主要有以下四個(gè)大方面：①汛期水平面上漲且保持相對(duì)長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定，致使侵潤(rùn)線下堤身土質(zhì)長(zhǎng)期處于飽和狀態(tài)，向下滑動(dòng)體重量上升，而剪力強(qiáng)度縮減，滲透作用的增大，加大了滑坡的可能性；②水流對(duì)堤防凹岸臨水岸長(zhǎng)期沖刷侵蝕，當(dāng)其岸腳防護(hù)措施抵御性被破壞，岸腳坡度將逐漸變大，甚至使坡面失去平衡，受到破壞；③堤基自身強(qiáng)度不足或截水設(shè)施的抵御性被破壞，滲水以管涌的形式存在使堤基被破壞；④新老堤防工程界面處理不當(dāng)或工程施工、設(shè)計(jì)等不合理也會(huì)導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)破壞，值得注意的是，堤防工程邊坡失穩(wěn)破壞的發(fā)生有時(shí)可能是多方面因素共同導(dǎo)致，所以在具體加固措施選擇時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況[1]。

1.2堤防工程邊坡失穩(wěn)破壞的類型

以失穩(wěn)破壞形式為劃分依據(jù)可分為堤身或小部分堤基發(fā)生滑動(dòng)的淺層滑動(dòng)和深入堤基較深位置滑動(dòng)的深層滑動(dòng)；以其發(fā)生的危害程度作為劃分標(biāo)準(zhǔn)可分為主要以淺層滑動(dòng)為對(duì)象的危害輕微的局部滑動(dòng)和以深層滑動(dòng)和縱向滑動(dòng)長(zhǎng)度超出100m的危害性極大的整體滑動(dòng)，后者對(duì)邊坡穩(wěn)定性構(gòu)成嚴(yán)重威脅，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況及時(shí)處理；以邊坡失穩(wěn)破壞的位置為劃分標(biāo)準(zhǔn)可分為發(fā)生于崩岸、高水位退水期堤段的臨水面滑坡，發(fā)生于汛期高水位或滲透破壞嚴(yán)重堤段的背水面滑坡以及臨水坡較陡堤段的崩岸三種[2]。

2　堤防工程邊坡加固措施的選擇

在選擇具體的堤防工程邊坡加固措施前，應(yīng)結(jié)合邊坡失穩(wěn)破壞的地表及相關(guān)特征進(jìn)行成因、類型的判斷，然后利用定量分析的方法確定滑動(dòng)體的大小范圍、計(jì)算強(qiáng)度指標(biāo)，即將滑動(dòng)面大于1的安全系數(shù)設(shè)定為1，得出堤防坡面的極限強(qiáng)度，并利用極限強(qiáng)度與安全系數(shù)得到除險(xiǎn)加固的計(jì)算強(qiáng)度，結(jié)合堤防工程邊坡失穩(wěn)破壞加固所需工期、技術(shù)、材料、實(shí)際經(jīng)濟(jì)儲(chǔ)備等因素進(jìn)行加固措施的選擇。

2.1判斷邊坡失穩(wěn)破壞成因類型為淺層滑坡

如果為背水坡淺層滑動(dòng)，當(dāng)滲水導(dǎo)致滑坡發(fā)生時(shí)：①應(yīng)將堤身劈裂作為截滲墻使?jié)B流險(xiǎn)情得到控制；②對(duì)實(shí)際滑動(dòng)體的綜合特征進(jìn)行全面準(zhǔn)確的判斷，如果滑弧的上口未伸入堤頂，則對(duì)滑坡上部進(jìn)行削坡處理，將坡度控制在1：3左右；③從滑動(dòng)體的上邊緣開(kāi)始，以20cm為界，以鋸齒狀逐級(jí)挖除滑動(dòng)體，為保證新舊堤防工程界面的有效結(jié)合，開(kāi)挖過(guò)程中深度一定要在未滑動(dòng)邊坡的50cm以下，開(kāi)挖面積應(yīng)擴(kuò)大到滑動(dòng)體的周圍2m；④進(jìn)行填筑還坡，此時(shí)要注意堤身的壓實(shí)度和角度與設(shè)計(jì)必須完全一致。當(dāng)?shù)棠_下挖塘導(dǎo)致時(shí)，應(yīng)首先應(yīng)在覆蓋滑坡出口5m以上范圍內(nèi)進(jìn)行透水性良好的土料回填，增加堤身和堤腳的壓重，然后按照滲水原因的后四項(xiàng)加固措施施工；如果產(chǎn)生的原因是堤身填筑質(zhì)量存在缺陷，則直接按照滲水原因的后四項(xiàng)進(jìn)行加固處理[3]。

如果為臨水坡淺層滑動(dòng)，當(dāng)崩岸導(dǎo)致滑坡時(shí)，首先應(yīng)利用拋石護(hù)腳等加固措施消除崩岸險(xiǎn)情，然后利用上述滲水原因的后四項(xiàng)加固措施施工；當(dāng)雨水滲入導(dǎo)致滑坡發(fā)生時(shí)，其堤身內(nèi)部滑動(dòng)力增加而且超出抗剪強(qiáng)度，所以應(yīng)按照堤身構(gòu)筑質(zhì)量差的加固措施處理。

2.2判斷邊坡失穩(wěn)破壞成因類型為深層滑坡

由于深層滑坡加固將滑坡體全部移除其工程量過(guò)大，而且風(fēng)險(xiǎn)性高，所以部分挖除，加固處理是目前處理的最好方法，而首要措施必須對(duì)滑動(dòng)體的主滑體進(jìn)行確定，其方法如圖1所示，將滑坡體的上口與下口相連并做其水平投影線的中垂線，其與邊坡線產(chǎn)生交點(diǎn)f，點(diǎn)f的上側(cè)即滑動(dòng)體，下側(cè)即阻滑體，而主滑體部分即深層滑坡開(kāi)挖回填加固處理的主要對(duì)象，其挖除和回填的措施選擇與淺層滑坡一致，但必須在阻滑體處理施工結(jié)束后進(jìn)行，阻滑體滑動(dòng)面可通過(guò)按照失穩(wěn)破壞發(fā)生后設(shè)計(jì)的穩(wěn)定斷面重新填筑和加固地基兩種方法處理，前者主要是利用壓重使阻滑力加大，進(jìn)而提升其穩(wěn)定性，具有施工易操作等優(yōu)點(diǎn)，但由于其對(duì)土方需求量大，所以在實(shí)施區(qū)域上有一定的限制；而后者分為利用拌和機(jī)械，將地基軟弱土水泥加固的攪拌法和利用專業(yè)機(jī)械在一定壓力作用下將水泥漿強(qiáng)行灌入坡面失穩(wěn)破壞處，形成復(fù)合地基的灌漿補(bǔ)強(qiáng)法，兩種方法對(duì)水泥量的依賴程度都非常強(qiáng)，除此之外，同樣利用機(jī)械將碎石強(qiáng)行擠入坡面軟弱結(jié)構(gòu)，使其形成內(nèi)部存在碎石樁的復(fù)合地基的振沖法也被廣泛應(yīng)用，但其對(duì)石材的需求量巨大。

圖1　深層滑坡主滑體判斷示意圖

2.3滑坡處理后的坡面防護(hù)措施

較大的風(fēng)浪、暴雨等會(huì)對(duì)坡面造成一定的破壞，所以應(yīng)對(duì)坡面進(jìn)行合理的防護(hù)，目前被廣泛應(yīng)用的措施主要有以下五方面：①利用具有堅(jiān)固耐沖刷優(yōu)良性能的漿砌石對(duì)汛期風(fēng)浪沖擊嚴(yán)重的大江大河進(jìn)行護(hù)坡，或利用干砌石對(duì)三級(jí)以上堤防工程或6m高以上的堤防護(hù)坡，兩者消浪作用非常明顯；②利用同樣具有較強(qiáng)抗沖刷能力的混凝土對(duì)風(fēng)浪較大的堤防工程護(hù)坡的方法，但其必要時(shí)需要結(jié)合消浪墩使用；③利用強(qiáng)度、整體性及抗水流、抗風(fēng)浪性能都較理想的模袋混凝土對(duì)水流流速快、風(fēng)浪侵襲嚴(yán)重的堤段護(hù)坡；④利用對(duì)水流緩沖性能強(qiáng)的草皮對(duì)背水坡或較高較寬灘地臨水坡堤段護(hù)坡；⑤強(qiáng)度和耐久性相對(duì)較差的水泥護(hù)坡也可以在風(fēng)浪較小的堤段護(hù)坡使用。

2.4對(duì)崩岸的處理措施

拋石護(hù)腳和丁壩導(dǎo)流是目前崩岸處理的主要方法，拋石護(hù)腳主要是平順式岸坡下部固基方法，其范圍應(yīng)在河床沖刷深度最深處以下，通常會(huì)直至深泓線，沖坑拋石的外輪廓線坡度盡可能平緩，以保證岸坡的穩(wěn)定性，如圖2所示，其拋石粒徑應(yīng)結(jié)合具體的堤防工程計(jì)算，厚度要在0.6～1m之間，而且在拋石粒徑的2倍以上，坡度最好在1：1.5～1：4的范圍內(nèi)，為保護(hù)拋石及下部泥土的穩(wěn)定性，要用砂礫料等設(shè)置濾層。而丁壩主要用于穩(wěn)定河勢(shì)，通常應(yīng)用于河床寬闊、水流較緩的河段，其通常要在河道的凹岸以組的形式均勻布置，壩頭在計(jì)劃岸線的邊緣，而壩根與原有的堤岸固定相接，如圖3所示，其長(zhǎng)度通常在50～100m之間，其軸線與水流方向的夾角要在30～45°之間，如果丁壩材質(zhì)為拋石，其上下游坡度應(yīng)在1：5以下，如果材質(zhì)為土質(zhì)，其坡度等應(yīng)該在1：1以下。

圖2　拋石護(hù)腳護(hù)坡圖

圖3　丁壩的布置示意圖

3　結(jié)論

通過(guò)上述分析可以發(fā)現(xiàn)，我國(guó)現(xiàn)階段已經(jīng)認(rèn)識(shí)到堤防工程邊坡加固，提升其整體穩(wěn)定性的重要性，而且在實(shí)踐中不斷的結(jié)合實(shí)際開(kāi)展，現(xiàn)階段已經(jīng)取得了一定的成果，但由于我國(guó)堤防具有堤基條件差、堤身建筑質(zhì)量不理想、堤后坑塘多等先天條件不足，所以在堤防工程加固措施方面仍需要不斷的進(jìn)行深入探索。

[1]肖武.基于強(qiáng)度折減法和容重增加法的邊坡穩(wěn)定分析及工程研究[D].南京：河海大學(xué)，2005.

[2]李東晨.基于有限元強(qiáng)度折減法的抗滑樁—邊坡體系穩(wěn)定性研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2013.

[3]楊小強(qiáng).巖土類邊坡穩(wěn)定性分析及加固設(shè)計(jì)[D].武漢：湖北工業(yè)大學(xué)，2013.

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2015-9-2