高靈敏土對河道整治邊坡穩(wěn)定的影響分析

陳 偉，王鐵力，夏 輝，王 剛

(1.江蘇省水利勘測設計研究院有限公司，江蘇 揚州 225127；2.徐州市水利建筑設計研究院，江蘇 徐州 221000)

1 概述

土的靈敏度是指原狀土與其重塑后立即進行試驗的無側限抗壓強度之比值，工程上常用靈敏度St來衡量粘性土結構性對強度的影響。根據(jù)靈敏度可以將粘性土分為低靈敏度(1

某河道位于沿海城市，為增強區(qū)域高水外排能力，有效降低洼地水位，擬在現(xiàn)狀河道基礎上進行拓浚整治。初步設計階段根據(jù)河道沿線地形、地貌分布，結合區(qū)域發(fā)展規(guī)劃情況，河道設計河底高程-3.0m，底寬40m，河道兩側堤頂高程4.50m，堤頂寬不小于4.0m；河道北側岸坡在高程2.60m處設置寬5m的平臺，平臺下為擋土高度2.10m的鋼筋混凝土擋墻，墻前為1∶3的河坡至河底，并在高程-0.5m至擋墻前址范圍內采用混凝土護坡進行防護，平臺以上堤防兩側邊坡均為1∶2；河道南側為1∶3的河道邊坡。具體河道斷面詳如圖1所示。

2 河坡滑動分析

在該段河道施工完畢并拆圍堰放水后，例行巡查時，發(fā)現(xiàn)該段河道北側河坡上局部擋墻出現(xiàn)不同程度的沉降和位移，且河道邊坡高程2.60m平臺位置處沿堤線方向產生裂縫，水下坡面局部出現(xiàn)隆起現(xiàn)象。該段河道北側堤防產生變形后，對該段堤坡進行補充勘探?？碧桨l(fā)現(xiàn)該段河道北側堤防下原2層粉質黏土上、下部土體的抗剪強度相差較大，且層土的靈敏程度高。按照地質補充勘探資料成果，結合工程現(xiàn)場情況，分析該段河道北側堤防邊坡產生變形的主要原因如下。

圖1 河道標準斷面

區(qū)域地質情況復雜，工程地質條件差，土體靈敏度高。該段河道位于裁彎取直的平地開挖段，據(jù)調查，原河道開挖時，該段河坡難以成形，然后向南拐彎形成原彎道；結合附近考古的結果，該地段有可能是當年煮鹽的鹽池或?？看坏母蹫车?，造成局部地質條件變化較大。工程施工過程中發(fā)現(xiàn)，原設計堤防北側稻田灌溉渠應布置于征地紅線以外，實際灌溉渠布置在紅線內，使渠道向堤防迎水側滲透坡降變大[3- 4]，對堤防穩(wěn)定安全有一定的影響。

原地勘資料表明，堤基中2層粉質黏土位于高程0～-5.0m左右，且該層土的上部土體的土質偏差；鑒于2層粉質黏土對邊坡抗滑影響較大，本次現(xiàn)場地質補充勘探重點是對地基中2層粉質黏土上部進行了取樣分析，樣本選取該土層上部高程0～-2.2m的位置。試驗結果表明，地基2層粉質黏土抗剪指標均有不同程度的下降。且該層土為高靈敏度土體，在施工過程中受擾動后，土體抗剪強度指標易降低。按照補充勘探成果，對初步設計階段設計河道堤防斷面進行整體和局部抗滑穩(wěn)定性分析，發(fā)現(xiàn)該段堤防整體抗滑穩(wěn)定不能滿足規(guī)范要求。因此，區(qū)域地質情況復雜，土體靈敏度高，工程地質條件變化較大，是引起該段堤防及擋墻變形的主要因素。

3 加固處理方案

加固處理方案擬拆除變位擋墻后放坡：堤防設計堤頂高程為4.50m、頂寬4m，迎水面高程1.0m處設置寬度為1.0m的青坎，青坎以下河道邊坡為1∶3、青坎以上堤坡為1∶2。河道堤坡迎水面在水位變化區(qū)域采用混凝土護坡進行防護，護坡為15cm厚C25混凝土、下鋪碎石墊層8cm和黃砂墊層7cm；護坡頂高程3.0m，在高程1.0m處設1m寬平臺，護坡底高程-0.50m。平臺以上堤坡坡比1∶2，平臺以下河坡坡比1∶3。

根據(jù)GB50286- 2013《堤防工程設計規(guī)范》的規(guī)定，本段堤防的抗滑穩(wěn)定性分析采用瑞典圓弧法[5- 7]。在提防邊坡抗滑穩(wěn)定分析中，應用《AutoBank7.51》進行計算。補充地勘成果表明，地基2層土輕度指標較原地勘指標有所降低，2層土根據(jù)指標分為2上、2下兩層，具體指標對比見表1。

表1 土層地質指標成果表

經計算，堤防在不同工況下的抗滑穩(wěn)定計算具體成果見表2。

表2 抗滑穩(wěn)定計算成果表

計算結果表明，在施工期、設計水位期及水位驟降工況下，邊坡抗滑穩(wěn)定均不滿足規(guī)范要求，需對該段河道邊坡進行加固處理。根據(jù)類似河道工程設計經驗，受征地、土源等影響，一般采用木樁阻滑樁或水泥土攪拌樁提高河道邊坡穩(wěn)定性[8- 10]。

在保障制度中，除了申訴制度，行政裁決制度也是教師維權的一個重要途徑之一。但是在現(xiàn)實中，行政裁決制度在保護教師權益的方面卻并沒有發(fā)揮它應有的作用。當教師向行政機關申請仲裁時，行政機關在裁決時大都會選擇偏向學校方面，而不是按照《教師法》給予教師權利相應的保障。因此，教師的權利得不到有效的維護。

3.1 木樁方案

木樁作為阻滑樁，在控制樁頂水平位移不超過10mm，按照現(xiàn)狀工程地質條件，單根木樁可承受水平力11.3kN；同時考慮到木樁橫紋抗剪強度一般大于6.3MPa，以此推算尾徑12cm的木樁抗剪斷剪力為71.25kN；因此，木樁在本工程中單樁阻滑力按位移控制，單樁阻滑力為11.3kN。根據(jù)河道邊坡抗滑穩(wěn)定分析情況，木樁沿堤防縱向間距1m布置，為確保河道邊坡在各工況下抗滑安全均能滿足規(guī)范要求，需布置6排阻滑樁。木樁在平面上呈梅花形布置，設計樁長8m和5.5m，樁頂伸入護坡5cm，如圖2所示。

根據(jù)木樁布置情況，每延米堤坡可提供阻滑力為67.8kN，各工況下邊坡抗滑穩(wěn)定計算結果見表3。

圖2 木樁加固處理斷面圖

圖3 水泥攪拌樁加固處理斷面圖

工況計算水位堤身水位/m河道水位/m抗滑安全系數(shù)K允許抗滑系數(shù)[K]施工期3.50-1.001.171.05設計高水位3.502.601.431.15常水位3.501.001.171.15水位驟降2.60→1.001.151.15

由表3可知，木樁處理后邊坡抗滑穩(wěn)定在各工況下，均滿足GB50286- 2013要求。

3.2 水泥攪拌樁方案

水泥攪拌樁作為邊坡阻滑樁，在河坡設3排水泥攪拌樁，迎水面青坎以上設置一排，青坎以下布置兩排、排距為2m，水泥攪拌樁沿堤防方向間距為1.0m，上下3排相互錯開呈梅花型布置，設計水泥攪拌樁直徑為60cm，樁底高程-5.0m，其水泥摻量為被加固土體質量的18%，水泥選用強度等級為42.5級及以上的普通硅酸鹽水泥，地勘表明該處土體含水量較高，擬采用干法施工，攪拌樁樁身水泥土的抗壓強度不得小于1500kPa，如圖3所示。

水泥土攪拌樁形成復合土體的抗剪強度指標按照土工原理及相關規(guī)范計算，其中水泥土攪拌樁樁體粘聚力取150kPa、內摩擦角取25°。水泥土攪拌樁影響范圍以外的土體抗剪指標采用原土層強度指標。水泥土攪拌樁處理后，河道邊坡抗滑穩(wěn)定計算結果見表4。

表4 抗滑穩(wěn)定計算成果表(攪拌樁加固處理)

由表4可知，水泥土攪拌樁處理后邊坡抗滑穩(wěn)定在各工況下，均滿足GB50286- 2013要求。

3.3 方案比選

河道邊坡抗滑處理采用木樁或水泥土攪拌樁作為阻滑樁均可行，從工程布置、施工技術及工程投資方面進行比選，具體對比情況見表5。

由表5可知，從工程布置方面，木樁或水泥土攪拌樁方案均可行，木樁更有利于現(xiàn)場樁位的調整，更適應于現(xiàn)場情況；從施工技術及難度方面，木樁或水泥土攪拌樁施工技術均比較成熟，水泥攪拌樁設備進出場難度較大；經綜合分析，木樁方案具有施工便捷、工期短等特點，因此設計選用木樁方案。

表5 方案比選表

拌樁設備進出場難度較大；經綜合分析，木樁方案具有施工便捷、工期短等特點，因此設計選用木樁方案。

4 土質指標靈敏度對邊坡穩(wěn)定的影響分析計算

由前節(jié)計算結果可知：當高靈敏土受擾動后土的強度產生明顯降低，影響河道邊坡穩(wěn)定性?；诖耍竟?jié)擬研究凝聚力C及內摩擦角φ不同降低程度對河坡穩(wěn)定性影響程度，按原初設2層土C和φ分別降低至80%、60%、40%、20%時計算邊坡穩(wěn)定性，計算結果見表6～8。

表6 穩(wěn)定計算成果表(C，φ)

表7 抗滑穩(wěn)定計算成果表(C變化，φ)

表8 抗滑穩(wěn)定計算成果表(C，φ變化)

以上計算結果表明：

(1)當土體內摩擦角φ保持不變，隨著凝聚力C下降，邊坡抗滑安全系數(shù)減小。

(2)當土體凝聚力C保持不變，內摩擦角φ下降，邊坡抗滑安全系數(shù)減小。

(3)當土體凝聚力C和內摩擦角φ下降相同幅度時，內摩擦角φ下降對邊坡抗滑穩(wěn)定性影響比凝聚力C下降對邊坡抗滑穩(wěn)定性影響小。

5 結論

通過分析高靈敏土的內摩擦角φ及凝聚力C兩個數(shù)值變化，研究了邊坡穩(wěn)定性問題，得出如下結論：

(1)在河道整治過程中應注意高靈敏土強度的降低對河道邊坡穩(wěn)定性的影響。在勘探過程中遇到淤泥質土，土層較厚或位于建筑物持力層時，應判別其靈敏性。對較高靈敏土應提出擾動后指標，以便于采取合適加固措施。

(2)土體凝聚力C及內摩擦角φ降低都會減小邊坡抗滑穩(wěn)定性。當高靈敏土在施工過程中受到擾動時，土體強度指標凝聚力C及內摩擦角φ都會不同程度降低，從而降低邊坡的抗滑穩(wěn)定性。

(3)凝聚力C及內摩擦角φ邊坡抗滑穩(wěn)定性影響程度不同。當土體凝聚力C和內摩擦角φ下降相同幅度時，內摩擦角φ下降對邊坡抗滑穩(wěn)定性影響比凝聚力C下降對邊坡抗滑穩(wěn)定性影響小，說明凝聚力C靈敏性強。

該研究的不足之處在于：計算過程中只考慮了C、φ單一減小對邊坡穩(wěn)定的影響，實際擾動后可能兩項指標同時減小，后續(xù)可對此做相應計算分析。

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