湖區(qū)堤防滑坡治理及穩(wěn)定分析研究

詹旺林

（江西省九江市水利電力規(guī)劃設(shè)計院，江西 九江，332000）

0 引言

滑坡是湖區(qū)堤防常見的險情之一。湖區(qū)堤防一般座落于較軟弱的湖灘之上，在軟土地層上修建堤防，往往容易發(fā)生沿最大剪應(yīng)力帶的剪切破壞，此類滑坡險情發(fā)展快、滑裂面深，治理難度大。

為及時制定行之有效的治理方案，首先必須找出滑裂面的位置?；掳l(fā)生時，滑裂面土體產(chǎn)生剪切破壞，土體發(fā)生重塑，其物理力學(xué)指標(biāo)顯著降低。在實際工作中可充分利用這一特點，采用靜力觸探設(shè)備在現(xiàn)場尋找滑裂面。

滑坡治理的主要技術(shù)途徑為：減小下滑力或消除下滑因素，增大阻滑力或增加阻滑因素，任何滑坡治理工程都是圍繞上述兩條途徑來開展的。松木樁富含松脂，防腐能力強，古時便有“水上千年杉，水下萬年松”之說。因具有取材方便、價格便宜、施工進度快等優(yōu)點[1]，松木樁被廣泛應(yīng)用于軟土堤基的滑坡治理中，通過截斷滑裂面、增大阻滑力，達(dá)到提高堤坡穩(wěn)定性的目的。

本文基于工程實例，采用靜力觸探技術(shù)和理論分析方法推算滑裂面的位置，提出了填塘控源、塊石固腳、木樁阻滑的綜合治理方案。同時，采用理論分析方法分別對沿現(xiàn)有滑裂面的滑動、沿樁頂?shù)臏\層滑動及沿樁底的深層滑動的穩(wěn)定性進行分析計算，以驗證治理方案的可靠性。

1 概述

1.1 險情概況

2016年12月14日凌晨3點，江西省九江市彭澤縣芳湖堤迎水坡發(fā)生滑坡險情。自堤頂發(fā)現(xiàn)縱向裂縫，到產(chǎn)生滑坡破壞，時間較短，險情發(fā)展很快。堤頂整體下挫滑塌，迎水坡堤腳向河道進占5～10m?；缕矫娉驶⌒危麦w上口寬約42m，下口寬約66m，分布面積約4200m2，滑坡體積約6.5萬m3。芳湖堤所在位置示意圖見圖1。

1.2 地質(zhì)概況

工程區(qū)地層從上至下分為以下幾層：①人工填土層（rQ）：為堤身填土，主要為壤土，厚度2～8m；②第四系全新統(tǒng)湖積層（lQ4）：主要為壤土、黏土，灰色、灰黑色，軟可塑狀，含腐殖質(zhì)，局部混夾粉砂薄層，呈透鏡體狀分布，厚度2～15m；③第四系全新統(tǒng)沖積層（alQ4）：主要為黏土，層厚較大，未揭穿，最大揭露厚度15m。各土層物理力學(xué)指標(biāo)建議值見表1。

表1 各土層物理力學(xué)指標(biāo)建議值[2]

圖1 芳湖堤所在位置示意圖

1.3 滑坡原因分析

查閱設(shè)計、施工等相關(guān)資料及現(xiàn)場實地勘察。經(jīng)分析，認(rèn)為產(chǎn)生滑坡的原因主要有以下幾個方面：

（1）堤基較軟弱。此堤段原為河道湖汊。堤基坐落于湖積層，主要由具中等偏高壓縮性的軟可塑狀壤土、黏土組成，層厚大、埋深淺，易產(chǎn)生堤基壓縮變形致堤防失穩(wěn)滑坡[3]。

（2）堤內(nèi)水塘向湖區(qū)反向滲透。距背水坡堤腳15m處有一水塘，塘內(nèi)水位13.50m（黃海高程，下同）。養(yǎng)殖企業(yè)為了方便捕撈，持續(xù)開閘向長江放水，導(dǎo)致芳湖水位短時間下降較快，水位驟降使堤防兩側(cè)水位差近3.5m（滑坡發(fā)生時芳湖水位10.05m），岸坡內(nèi)產(chǎn)生較大滲透壓力，堤身土體抗剪強度降低[4]，引起迎水坡失穩(wěn)滑塌。

（3）受居民活動的影響。此段堤防堤頂及背水坡均為居民住房。為了擴大門前活動場所，居民在堤防迎水坡填土并修建擋土墻以拓寬門前地坪。附加荷載使堤身填土呈現(xiàn)應(yīng)變軟化[5]，發(fā)生不均勻沉降，導(dǎo)致土體拉裂形成裂縫。降雨入滲導(dǎo)致土體的抗剪強度降低，增大了滑坡發(fā)生的概率。

2 滑裂面位置的推斷

為了確定治理方案，采用理論計算和靜力觸探兩種方法確定滑裂面位置。

2.1 理論計算成果

根據(jù)各土層的滲透系數(shù)、上下游水位、滑坡發(fā)生前的堤身斷面，采用理正滲流計算軟件得出流網(wǎng)。再根據(jù)流網(wǎng)、各土層的物理力學(xué)參數(shù)，結(jié)合滑坡體上、下緣的位置，計算得出符合本次滑裂面特征的最不利滑弧。通過計算可得最不利的滑弧半徑32.2m，滑弧位置見圖2。

圖2 理論計算及靜力觸探推測的滑裂面

2.2 靜力觸探成果

由于滑坡發(fā)生時，滑裂面土體產(chǎn)生剪切破壞，因此土體發(fā)生重塑。重塑土抗剪強度比原狀土顯著降低，因此土層的錐尖阻力值qc最小的位置可認(rèn)為是滑裂面的位置，這些點擬合得到的弧線，即為滑裂面[6]。

2.3 成果的選擇和利用

兩種方法得出的滑裂面如圖2所示。從圖中可以看出，兩種方法得出的滑裂面基本接近。理論計算的滑裂面下滑體更深、阻滑體更小，因此從偏于工程安全考慮，堤坡穩(wěn)定計算采用理論計算滑裂面成果，滑坡治理深度參考兩種計算成果的下包線[6]。

3 應(yīng)急治理方案與邊坡穩(wěn)定復(fù)核

3.1 應(yīng)急治理方案

3.1.1 填塘消除反向滲透水源

背水坡堤腳水塘采用風(fēng)化料填平至地面高程，水塘面積約5.92hm2，塘底平均高程12.1m，地面高程14.0m，填土方量約0.8萬m3。

3.1.2 塊石置換堤腳松散土體

采用塊石置換堤腳松散的滑坡土體，增加阻滑體的重量，提高滑裂面的抗剪強度。為了提高置換效果，置換塊石必須穿過滑裂面，綜合考慮理論計算及靜力觸探得出的滑裂面成果，確定置換底高程為6.0m，底寬5.0m。

3.1.3 松木樁截斷滑裂面

采用松木樁截斷滑裂面，利用松木樁的抗剪強度增加阻滑力。為避免土體從樁間擠出，樁體間距不宜過大[7]；同時，為了保證松木樁自身的穩(wěn)定，避免樁體在滑坡推力的作用下整體滑動，樁底必須深入滑裂面以下一定深度；另外，為了增加松木樁的整體性，充分發(fā)揮其力學(xué)性能，樁頭頂部采用0.5m厚鋼筋混凝土板聯(lián)結(jié)成整體。

選取順直木樁，采用靜力壓樁方式，松木樁梅花形布置，大頭朝上，梢部樁徑不小于10cm。松木樁設(shè)3排，排距1.0m，樁距0.5m，樁長9.0m，深入滑裂面以下不小于3.0m。

3.1.4 堤身斷面恢復(fù)

采用黏土恢復(fù)堤身，填筑碾壓密實度不小于0.91。堤頂寬4.0m，迎水坡在13.5m高程處設(shè)3.0m寬二坡臺，13.5m高程以上邊坡1∶2.0，13.5m高程以下邊坡1∶2.5，坡面采用10cm厚C20混凝土預(yù)制塊護坡。

3.2 抗滑穩(wěn)定復(fù)核

3.2.1 假定滑裂面通過阻滑樁

由于滑裂面土體產(chǎn)生了剪切破壞，抗剪強度比原狀土降低，因此必須校核沿現(xiàn)狀滑裂面的抗滑穩(wěn)定。土樣在剪切過程中保持天然含水率不變，由此所得的抗剪強度Cu被定義為不排水剪強度。不排水剪強度能客觀真實地反映滑裂面土體的性狀[8]，因此滑裂面的物理力學(xué)指標(biāo)采用靜力觸探得出的不排水剪綜合抗剪強度。

不排水剪綜合抗剪強度Cu目前常采用靜力觸探成果與十字板剪切試驗成果對比，建立qc和Cu的相關(guān)關(guān)系進行推求[9]。根據(jù)《工程地質(zhì)手冊》（第五版）經(jīng)驗公式：Cu=71qc

式中：Cu為重塑土不排水剪強度，kPa；qc為重塑土錐尖阻力，MPa。

各地層原狀土的抗剪強度、內(nèi)摩擦角及重塑土的不排水綜合抗剪強度值見表2。

表2 各土層滑動前后抗剪強度變化情況

查《結(jié)構(gòu)用木材強度等級》LY/T2383-2014，松木樁的抗剪強度Fv取2.0MPa[10]，取沿堤軸線1.0m長為計算單元，單位長度范圍內(nèi)的松木樁可提供最大阻滑力為785kN。堤坡穩(wěn)定安全系數(shù)按下列公式計算：

式中：k為堤坡穩(wěn)定安全系數(shù)；F阻為阻滑力，kN；F滑為滑動力，kN；F土阻為土體提供的阻滑力，kN；F樁阻為松木樁提供的阻滑力，kN。

在高水位的情況下，芳湖水位發(fā)生驟降的可能性不大。因此，根據(jù)芳湖歷年運行情況，選取對迎水坡穩(wěn)定最不利的工況進行復(fù)核計算：枯水期芳湖水位14.00m，10天內(nèi)驟降至10.00m。經(jīng)計算，在最不利滑裂面情況下，土體的下滑力和阻滑力分別為2 425kN和2 347kN。未采用阻滑松木樁時，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為0.97；當(dāng)采用阻滑松木樁時，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.29。邊坡穩(wěn)定計算成果見圖3。

圖3 沿滑裂面的邊坡穩(wěn)定計算成果

根據(jù)《堤防工程設(shè)計規(guī)范》GB50286-2013，在正常應(yīng)用情況下，5級堤防的抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)大于1.1（瑞典圓弧法）。從計算結(jié)果可知，采取填塘消除反向滲透水源、塊石置換堤腳松散土體、松木樁截斷滑裂面等綜合治理措施后，沿原滑裂面滑動的堤坡穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求[11]。

3.2.2 假定滑裂面不通過阻滑樁

由于在一定深度位置壓入松木樁，增加了土體的阻滑力，因此發(fā)生穿過松木樁的滑坡可能性變小。相反，滑裂面不經(jīng)過松木樁的滑坡可能性增加。因此還必須校核位于松木樁以上的淺層滑動和位于松木樁以下深層滑動的堤坡穩(wěn)定。

由于靜力壓入木樁增加了阻滑力、采用塊石置換堤腳松散土體增加了壓重、提高了局部土體的物理力學(xué)性能。因此分別假定滑裂面從樁頂和樁底通過，計算此時堤坡的穩(wěn)定安全系數(shù)。采用指定圓心和滑裂面的方式，分別計算此兩種工況的堤坡穩(wěn)定。

在相同工況下，經(jīng)計算，沿樁頂和樁底滑動的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)分別為1.22和1.27，均滿足規(guī)范要求。兩種工況的堤坡穩(wěn)定計算成果見圖4。

圖4 滑裂面經(jīng)過樁頂或樁底的邊坡穩(wěn)定計算成果

3.2.3 結(jié)論

對可能出現(xiàn)的各種工況進行穩(wěn)定計算可得，采用綜合治理措施后，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。需要注意的是，沿樁頂及樁底滑動的安全系數(shù)均小于沿原滑裂面滑動的安全系數(shù)，因此在加固治理中，應(yīng)充分重視此兩種工況。

3.3 處理效果

滑坡治理完成后，經(jīng)過幾個水文年豐枯變化的考驗，堤身穩(wěn)定，未出現(xiàn)裂縫、沉陷、滑坡、滲透破壞等險情，說明選用的滑裂面是準(zhǔn)確的、選用的力學(xué)指標(biāo)是合理的、制定的治理方案是安全可靠的。

4 結(jié)語

（1）在滑坡治理中，找出滑裂面是難點，也是關(guān)鍵點。準(zhǔn)確確定滑裂面的位置，可為下一步的方案制定提供依據(jù)。采用理論計算和利用靜力觸探技術(shù)兩種方法尋找滑裂面的位置，可相互驗證，確保所選取滑裂面位置的準(zhǔn)確。

（2）松木樁及塊石可就地取材，不需要大型施工設(shè)備，因此在堤防滑坡治理工程中被廣泛采用。對滑坡采用填塘控源、塊石固腳、松木樁阻滑等綜合措施進行治理后，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)大大增加。因此該綜合治理方案具有一定的技術(shù)適用性和經(jīng)濟可行性，可為類似的滑坡治理工程提供一定的參考和借鑒。

（3）堤防在枯水期運行過程中，應(yīng)關(guān)注迎水面水位的消落情況，防止因水位驟降，造成迎水面堤防的滑坡。尤其是背水坡存在水塘的情況，應(yīng)特別重視。