水陽江團(tuán)結(jié)圩滑坡段滑坡成因分析及治理

劉國玉

(安徽省水電水電勘測設(shè)計(jì)研究總院有限公司，安徽 合肥 230088)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提高，很多河道的防洪標(biāo)準(zhǔn)也在不斷的提高，而河道堤防在河道防洪標(biāo)準(zhǔn)提高過程中，也經(jīng)歷著數(shù)次加高培厚的過程。堤防加高培厚過程中如新老堤防接觸面處理不當(dāng)，就會為堤防的后期運(yùn)行埋下安全隱患，當(dāng)河道遭遇持續(xù)高水位時(shí)，堤防新老結(jié)合面處容易滲透破壞，從而對堤防整體穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響，甚至導(dǎo)致滑坡。水陽江下游團(tuán)結(jié)圩堤防滑坡就屬于該種情況。

1 工程基本情況

水陽江下游的團(tuán)結(jié)圩姑溪河段位于馬鞍山市當(dāng)涂境內(nèi)，位于姑溪河北岸，長7.185km。該段堤防始筑于1972年，由于地處湖區(qū)沼澤地帶，堤防始終無法成形，1981～1983年間，再次加培該段堤防時(shí)，依然難于成形，為了穩(wěn)定堤基，當(dāng)?shù)馗扇豪盟椎箍塾诘袒?，在此基礎(chǔ)上逐步加高、加寬堤身；歷次加高培厚堤防都沒有嚴(yán)格的技術(shù)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)(如含水量、壓實(shí)度、干容重、兩側(cè)坡比較陡、堤身單薄、軟弱堤基始終未能加固等)，致使堤身填筑質(zhì)量差。

2016年6月下旬～7月，水陽江下游的團(tuán)結(jié)圩姑溪河段全線超設(shè)計(jì)洪水位，姑溪河的水位創(chuàng)下了歷史最高紀(jì)錄(有水文紀(jì)錄以來)，達(dá)到了12.85m(吳淞高程系，下同)，超過了20年一遇設(shè)計(jì)洪水位12.74m。該段堤防多處出現(xiàn)險(xiǎn)情，其中較為嚴(yán)重的險(xiǎn)情為一段約400m長(樁號1+600～2+000)的堤防背水坡出現(xiàn)嚴(yán)重滑坡。

團(tuán)結(jié)圩堤防滑坡段堤頂高程13.3m～14.2m，堤頂寬約5.0m，堤段迎水側(cè)坡比約1∶2.5，堤防背水側(cè)9.0m高程處設(shè)一寬5.0m～7.0m平臺，平臺以下約2m即為原始地面，受此次滑坡影響，堤防迎水側(cè)邊坡基本保持原狀，而背水側(cè)邊坡多數(shù)發(fā)生了滑動(dòng)，導(dǎo)致背水側(cè)邊坡極不規(guī)則?；挛恢脭嗝媲闆r如圖1所示：

圖1 滑坡段典型斷面圖

2 工程地質(zhì)

工程區(qū)地層區(qū)劃屬揚(yáng)子地層區(qū)下?lián)P子地層分區(qū)。區(qū)內(nèi)出露的地層主要為第四系沖洪積層，自上而下地層分布為人工填土、淤泥質(zhì)粘土等6層土質(zhì)。各土層允許承載力[R]、壓縮模量Es、滲透系數(shù)k、凝聚力C和內(nèi)摩擦角φ推薦值見表1。

表1 水陽江下游團(tuán)結(jié)圩姑溪河滑坡段各土層物理力學(xué)指標(biāo)建議值

工程區(qū)地下水類型主要為上層滯水，上層滯水主要分布在上部粘性土層內(nèi)，地下水主要接受大氣降水、姑溪河水及圩區(qū)溝塘等地表水的補(bǔ)給，與地表水有密切的水力聯(lián)系，水位隨季節(jié)變化較大，旱季埋藏較深，雨季水位較高，地下水位多位于上部堤身填土和②層質(zhì)重粉質(zhì)壤土淺部，總體上地下水位略低于姑溪河水位。

3 滑坡成因分析

引起堤防滑坡的根本原因在于堤防土體內(nèi)部某個(gè)潛在滑動(dòng)面上的剪應(yīng)力超過了它的抗剪強(qiáng)度，使得原有穩(wěn)定平衡遭到破壞。

(1)堤身填土壓實(shí)度不達(dá)標(biāo)，抗剪強(qiáng)度低。地質(zhì)資料顯示，堤身填土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)凝聚力為10.0kPa、內(nèi)摩擦角為6.0°，按上述指標(biāo)得出允許抗剪強(qiáng)度值為27.6kPa，而經(jīng)過計(jì)算該斷面上實(shí)際剪應(yīng)力為27.1kPa，土體斷面的剪切應(yīng)力與抗剪強(qiáng)度值較為接近，外部環(huán)境發(fā)生不利變化時(shí)，堤防很容易產(chǎn)生滑動(dòng)破壞；根據(jù)堤身注水試驗(yàn)得出堤身滲透系數(shù)為5.0×10-4cm/s，屬于中等透水性，說明堤身填筑質(zhì)量差，壓實(shí)不均勻。堤身填筑質(zhì)量差、抗剪強(qiáng)度低是造成滑坡的主要原因之一。

(2)堤基土層軟弱，抗剪強(qiáng)度低。此滑坡堤段堤基原為老河道灘地，堤身填筑前未進(jìn)行清淤及堤基加固處理措施。根據(jù)地質(zhì)資料顯示，堤基下臥淺層土主要為①層和②層，其中①層為淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土，靜探比貫入阻力多在0.59～0.82MPa之間，凝聚力為13.5kPa，內(nèi)摩擦角為5.5°，②層為重粉質(zhì)壤土，靜探比貫入阻力多在0.84～1.67MPa之間，凝聚力為20.0kPa，內(nèi)摩擦角為8.0°，說明堤基淺部土層抗剪強(qiáng)度低，堤基表層土軟弱是滑坡形成另一主要原因。

(3)汛期外河高水位的影響。由于2016年汛期外河水位較高，且高水位持續(xù)時(shí)間長，致使堤身浸潤線升高、堤身的滲透壓力增大，期間加之長期雨水的滲入，特別是在堤后裂縫附近，土體因浸水而軟化，堤身飽水程度進(jìn)一步加大，導(dǎo)致堤身土體自重增加而強(qiáng)度降低，汛期持續(xù)長時(shí)間的高水位和堤身地表水的滲入是滑坡形成的主要誘發(fā)因素。

(4)歷次堤防加固中新老堤防結(jié)合面質(zhì)量不佳。該段堤防堤身內(nèi)部存在較多砌石支撐墩墻，墩墻位于堤身背水側(cè)堤頂正正下方，沿堤線布置，間隔約5m左右一座。而這些砌石墩墻及墩墻迎水面的早期堤身滲透系數(shù)相對均較大，而后期填筑的背水側(cè)堤身滲透系數(shù)相對較小，在長時(shí)間高水位的浸泡下，堤身迎水面洪水滲入快，而背水側(cè)堤身滲透較慢，無法及時(shí)排出，滲水集中在新老堤身結(jié)合面處，隨著在結(jié)合面處集中的水量增加，堤身內(nèi)浸潤線被不斷推高，最終導(dǎo)致該段提防的滑坡。

4 滑坡段治理措施

針對團(tuán)結(jié)圩姑溪河堤防樁號T1+600～T2+000段出現(xiàn)嚴(yán)重滑坡情況，結(jié)合地質(zhì)存在淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土的地基條件，主要治理措施如下：

(1)清理堤防全部挖除，并進(jìn)一步挖除、清理早期堤防加固中遺留在結(jié)合面部位的砌石墩墻和其它雜物，將清理干凈的坡面放緩至1:2，便于新回填堤身與老堤身的緊密結(jié)合。挖出土方用于堤后填塘。

(2)分層回填。采用外運(yùn)粘土或重粉質(zhì)壤土進(jìn)行堤身回填堤頂寬度6m，背水面邊坡坡比為1:4，10.5m高程處設(shè)置壓滲平臺，平臺寬10m，邊緣以1:5邊坡與地面銜接。堤身填筑時(shí)應(yīng)先將老堤坡面放緩或做成臺階狀，回填土含水率應(yīng)控制在最優(yōu)含水率，并分層碾壓密實(shí)，壓實(shí)度不小于0.91。

(3)增設(shè)粘土斜墻。為提高滑坡段加固堤防的抗?jié)B能力，減小外河高水位時(shí)滲入堤身的水量，降低堤身內(nèi)部浸潤線高度，在堤防迎水面增設(shè)粘土斜墻。粘土斜墻具體做法為：先將堤防迎水面按1∶2坡比削坡后，填筑粘土斜墻，斜墻頂部寬度3.0m，底部寬度8.5m，坡比1∶3與灘地連接，斜墻底部高程4.0m，低于灘地地面1.0m，從而形成一道粘土齒墻，增加堤身抗?jié)B能力。斜墻回填土壓實(shí)度不小于0.93，挖除部分土體用于堤后堤身填筑。

5 治理后堤身抗滑穩(wěn)定分析

根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50286-2013)，堤坡穩(wěn)定計(jì)算采用瑞典圓弧法，渠堤堤坡穩(wěn)定計(jì)算分為完建期、穩(wěn)定滲流期和水位降落期三種工況。各工況計(jì)算結(jié)果詳見表2。

表2 穩(wěn)定計(jì)算安全系數(shù)成果表

從表2計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)可見：團(tuán)結(jié)圩姑溪河段堤防滑坡段治理后各工況條件下，堤防抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均大于規(guī)范規(guī)定最小值，滿足要求。

6 結(jié)束語

團(tuán)結(jié)圩滑坡段治理工程于2017年5月完工，2020年7月，該段堤防再次經(jīng)歷了姑溪河12.81m的超標(biāo)準(zhǔn)洪水，經(jīng)過完工后幾年汛期對該堤段的持續(xù)跟蹤觀測，堤防運(yùn)行良好，取得較好的治理效果。該段堤防滑坡治理的關(guān)鍵點(diǎn)在于不僅僅針對滑動(dòng)土體進(jìn)行處理，同時(shí)考慮了迎水面老堤的滲流穩(wěn)定，并對老堤前期加固結(jié)合面未清除的砌石擋墻等雜物進(jìn)行了徹底清理，提高了堤身的滲流穩(wěn)定系數(shù)。后期運(yùn)行中，應(yīng)做好堤防的監(jiān)測設(shè)施，加強(qiáng)管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除安全隱患，確保堤防的長期穩(wěn)定與安全。