深厚淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土河道邊坡抗滑措施研究

鄭宏偉， 李 昱， 宋黎明

(江蘇省太湖水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司， 江蘇 蘇州 215128)

1 工程概況

新孟河延伸拓浚工程北起長(zhǎng)江，沿老新孟河拓浚至京杭運(yùn)河，立交過(guò)京杭運(yùn)河后新開河道向南延伸至北干河，拓浚北干河連接洮湖、滆湖，拓浚太滆運(yùn)河和漕橋河入太湖。本文涉及深厚淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土河道段采用全斷面放坡結(jié)構(gòu)，▽-3.00～▽4.50 m為1∶3土坡，▽4.50 m設(shè)2 m寬親水平臺(tái)，▽4.50～▽8.00 m為1∶2土坡。河道標(biāo)準(zhǔn)斷面詳見圖1。該段河道堤頂往下分別分布重粉質(zhì)壤土、①2輕粉質(zhì)壤土、②1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土以及④4粉質(zhì)黏土等土層，其中②1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土力學(xué)性能較差，河道邊坡整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)難以滿足規(guī)范要求。河道斷面及土層分布見圖1，土層地質(zhì)參數(shù)見表1。

表1 土層地質(zhì)參數(shù)

2 河道邊坡整體抗滑穩(wěn)定分析方法

河道邊坡整體抗滑穩(wěn)定的分析方法包括極限平衡法、應(yīng)力應(yīng)變分析以及圖解法，工程上常用極限平衡法[1]。河道邊坡比較常見的破壞類型是圓弧剪切滑動(dòng)，常用于圓弧剪切滑動(dòng)分析的極限平衡法包括瑞典圓弧滑動(dòng)法、簡(jiǎn)化畢肖普法和改良圓弧法等[2]。瑞典圓弧滑動(dòng)法不考慮土條之間的作用力，并且假設(shè)滑裂面為圓弧面。抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為所有土條在滑裂面上產(chǎn)生的抗滑力矩之和與外荷載及滑動(dòng)土體在滑裂面上所產(chǎn)生的滑動(dòng)力矩和之比。計(jì)算公式如下：

(1)

本文將采用河海大學(xué)邊坡穩(wěn)定計(jì)算分析軟件Autobank進(jìn)行河道邊坡整體穩(wěn)定計(jì)算，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行綜合分析。

3 河道邊坡抗滑方案

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50286—2013[2]，并且結(jié)合本工程的實(shí)際情況，計(jì)算工況見表2。

表2 河道邊坡穩(wěn)定計(jì)算工況

根據(jù)河道邊坡型式與土層參數(shù)等，不同工況河道邊坡穩(wěn)定計(jì)算滑動(dòng)面如圖2所示，對(duì)應(yīng)河道邊坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見表3。

圖2 河道邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果(無(wú)處理，單位：m)

表3 河道邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果(無(wú)處理)

根據(jù)表3計(jì)算結(jié)果，無(wú)處理的河道邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果不滿足規(guī)范要求，施工期最危險(xiǎn)滑動(dòng)面較深，根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，該河道邊坡必須采取抗滑穩(wěn)定措施。河道邊坡抗滑工程中，較為常見的有抗滑樁墻、改變滑坡范圍內(nèi)土的工程性質(zhì)等技術(shù)[3-4]。本文將采用水泥土攪拌樁、預(yù)制鋼筋混凝土方樁與地下連續(xù)墻等抗滑樁墻體系進(jìn)行河道邊坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算分析，并比選最佳河道邊坡抗滑方案。

3.1 水泥土攪拌樁

水泥土攪拌樁通過(guò)加強(qiáng)原土體強(qiáng)度指標(biāo)形成復(fù)合土體進(jìn)行河道邊坡抗滑[5]。根據(jù)前述計(jì)算結(jié)果合理布置水泥土攪拌樁，將其深入至持力層。本文中水泥土攪拌樁沿河坡高程2.00～-3.00 m采用梅花型布置，水泥土攪拌樁共16排、直徑60 cm、間距100 cm。水泥摻量不小于15%，樁身水泥土28 d齡期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.2 MPa。水泥采用普通硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5級(jí)，技術(shù)指標(biāo)執(zhí)行《通用硅酸鹽水泥》GB175—2007。水泥土攪拌樁形成的復(fù)合土體的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)根據(jù)相關(guān)規(guī)范及土工原理進(jìn)行計(jì)算，水泥土攪拌樁樁體黏聚力取150 kPa、內(nèi)摩擦角取25°。不同工況河道邊坡穩(wěn)定計(jì)算滑動(dòng)面如圖3所示，對(duì)應(yīng)河道邊坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見表4。

圖3 河道邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果(水泥土攪拌樁，單位：m)

根據(jù)表4計(jì)算結(jié)果，采用水泥土攪拌樁處理后，由于處理范圍內(nèi)土體強(qiáng)度增大，施工期滑動(dòng)面位置下移穿越較好土層、運(yùn)行期及地震期滑動(dòng)面后移使滑動(dòng)面變淺， 3種工況河道邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

表4 河道邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果(水泥土攪拌樁)

3.2 預(yù)制鋼筋混凝土方樁

預(yù)制鋼筋混凝土方樁是一種效果較好的傳統(tǒng)滑坡加固型式[6]。根據(jù)前述計(jì)算結(jié)果合理布置預(yù)制鋼筋混凝土方樁，將其深入至持力層。本文中預(yù)制鋼筋混凝土方樁沿河坡高程2.00～0.33 m采用梅花型布置，預(yù)制鋼筋混凝土方樁共6排，尺寸40 cm×40 cm，間距100 cm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，鋼筋采用HRB400級(jí)。不同工況河道邊坡穩(wěn)定計(jì)算滑動(dòng)面如圖4所示，對(duì)應(yīng)河道邊坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見表5。

圖4 河道邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果(預(yù)制鋼筋混凝土方樁，單位：m)

表5 河道邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果(預(yù)制鋼筋混凝土方樁)

根據(jù)表5計(jì)算結(jié)果，采用預(yù)制鋼筋混凝土方樁處理后，由于抗滑樁的阻滑作用，施工期滑動(dòng)面位置下移且經(jīng)過(guò)樁身、運(yùn)行期及地震期滑動(dòng)面后移使滑動(dòng)面變淺， 3種工況河道邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

3.3 地下連續(xù)墻

地下連續(xù)墻整體穩(wěn)定性比較好，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，施工技術(shù)成熟[7]。根據(jù)前述計(jì)算結(jié)果合理布置地下連續(xù)墻，將其深入至持力層。本文中地下連續(xù)墻布置于河坡高程2.00 m處，厚度45 cm、長(zhǎng)25 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30。不同工況河道邊坡穩(wěn)定計(jì)算滑動(dòng)面如圖5所示，對(duì)應(yīng)河道邊坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果見表6。

圖5 河道邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果(地下連續(xù)墻，單位：m)

根據(jù)表6計(jì)算結(jié)果，采用地下連續(xù)墻處理后，由于地下連續(xù)墻的阻滑作用，施工期滑動(dòng)面位置下移穿越較好土層、運(yùn)行期及地震期滑動(dòng)面后移使滑動(dòng)面變淺， 3種工況河道邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

表6 河道邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果(地下連續(xù)墻)

3.4 河道邊坡抗滑方案比選

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果分析，采用水泥土攪拌樁、預(yù)制鋼筋混凝土方樁與地下連續(xù)墻等抗滑樁墻體系理論上均可使河道邊坡抗滑滿足規(guī)范要求，故本文主要從工程投資方面對(duì)上述河道邊坡加固措施進(jìn)行比選。

方案一：水泥土攪拌樁估算造價(jià)32 294.15元/m。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，水泥土攪拌樁處理深度一般不超過(guò)15 m，若超過(guò)15 m，端部成樁質(zhì)量難以控制。本文中水泥土攪拌樁樁長(zhǎng)需達(dá)到20～25 m，端部成樁質(zhì)量可能難以控制。

方案二：預(yù)制鋼筋混凝土方樁估算造價(jià)42 188.02元/m。預(yù)制鋼筋混凝土方樁單樁長(zhǎng)度一般不大于15 m，但可通過(guò)接樁方式達(dá)到設(shè)計(jì)要求。本文中預(yù)制鋼筋混凝土方樁樁長(zhǎng)需達(dá)到23.33～25 m，可通過(guò)接樁方式滿足設(shè)計(jì)要求。

方案三：地下連續(xù)墻估算造價(jià)12 305.13元/m。本文中地下連續(xù)墻高需達(dá)到25 m，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，本文中地下連續(xù)墻易于實(shí)施。

綜上所述，方案一難以控制成樁質(zhì)量，方案二與方案三從技術(shù)上均可實(shí)施，但方案三造價(jià)低。故本文采用方案三即地下連續(xù)墻作為河道邊坡抗滑措施。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)新孟河延伸拓浚工程南延段河道工程中局部深厚淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土河段進(jìn)行河道邊坡抗滑措施研究分析，綜合比選了水泥土攪拌樁、預(yù)制鋼筋混凝土方樁與地下連續(xù)墻等河道邊坡抗滑方案。通過(guò)綜合分析，最終確定采用整體穩(wěn)定性比較好、結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單、施工技術(shù)成熟且造價(jià)最低的地下連續(xù)墻作為深厚淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土河段河道邊坡抗滑措施。