堤防滑坡原因分析及處理

邱乾勇 徐 彬 李茂平

（1.南京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210006；2.中新南京生態(tài)科技島投資發(fā)展有限公司，江蘇 南京 210019）

在水利工程中河道行洪斷面不夠時(shí)，往往采用河道清淤的工程措施來(lái)擴(kuò)大行洪斷面，但當(dāng)?shù)袒挥谲浫跬翆由蠒r(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生理論計(jì)算中堤防抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，實(shí)際施工時(shí)堤防卻產(chǎn)生滑坡的案例。其主要原因是：堤基淺層的軟弱土層受施工擾動(dòng)后強(qiáng)度下降較多；水下清淤河道斷面尺寸很難控制；在穩(wěn)定中起阻滑作用的土體被挖除本身會(huì)造成堤身安全系數(shù)下降。

1 工程案例

1.1 工程概況

某河道位于江蘇省南京市六合區(qū)境內(nèi)，河道長(zhǎng)約5 km，現(xiàn)狀河底高程為4.1～2.1 m，河底寬度為4～70 m。兩岸堤身主要為重粉質(zhì)壤土，堤基土主要為粉質(zhì)壤土及砂壤土等，其中，淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土層為普遍分布，該層土頂高程約為4 m，層厚5～10 m。本工程主要內(nèi)容是河道整治和堤防加固，其中，河道整治工程由河道入口切灘整治、上游段拓寬改造、中下游疏浚三部分組成；堤防工程包括堤防退堤、堤防加高加固。工程結(jié)束后河底高程為2.7～2.1 m，河底寬度10～25 m，堤頂高程11.5 m，堤頂寬度8 m，迎水坡1∶3，內(nèi)水坡1∶2.5。工程設(shè)計(jì)斷面如圖1 所示。

工程于2013年9月開(kāi)始動(dòng)工，2014年2月底大部分堤段堤坡開(kāi)挖成型，迎水坡護(hù)坡施工結(jié)束，河道清淤完工。但2014年3月及4月初，雨天較多，在幾天持續(xù)暴雨后，已經(jīng)施工完的部分堤段底格埂以下出現(xiàn)局部滑動(dòng)現(xiàn)象，總長(zhǎng)度為630 m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)查勘，滑坡發(fā)生在高程6 m 以下的②粉質(zhì)粘土、③淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土層，滑坡類(lèi)型屬于淺層滑動(dòng)。

1.2 堤防滑坡原因分析

1.2.1 初步設(shè)計(jì)中堤防抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)

（1）根據(jù)初步設(shè)計(jì)階段的工程地質(zhì)勘察報(bào)告，②層粉質(zhì)粘土、③層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土正常狀態(tài)下土體的物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

（2）根據(jù)《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50286-98）［1］的要求，選取以下工況進(jìn)行計(jì)算：設(shè)計(jì)洪水位（水位10.00 m）下穩(wěn)定滲流期的背水側(cè)堤坡穩(wěn)定計(jì)算，設(shè)計(jì)洪水位驟降期的臨水側(cè)堤坡穩(wěn)定計(jì)算，施工期（水位6.50 m）的臨水側(cè)、背水側(cè)堤坡穩(wěn)定計(jì)算。

（3）本次選取一個(gè)典型斷面作為計(jì)算分析斷面，計(jì)算方法采用瑞典圓弧法，計(jì)算軟件采用北京理正軟件設(shè)計(jì)研究院編制的邊坡穩(wěn)定計(jì)算程序，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 計(jì)算結(jié)果表明，所選斷面的臨水側(cè)、背水側(cè)堤坡在設(shè)計(jì)工況下均能滿足抗滑穩(wěn)定要求。

1.2.2 施工擾動(dòng)影響

2014年4月25日，滑坡發(fā)生后，對(duì)上述滑坡范圍內(nèi)的土層進(jìn)行了勘察，并通過(guò)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)得出②層、③層土體飽和狀態(tài)下的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)見(jiàn)表3。

對(duì)兩種狀態(tài)下土體的強(qiáng)度進(jìn)行對(duì)比可知，現(xiàn)場(chǎng)復(fù)勘的②層、③層土體強(qiáng)度指標(biāo)較前期勘察成果中的②層、③層土體強(qiáng)度指標(biāo)下降較多。主要原因是：③層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土靈敏度較高（靈敏度為3～4），施工期不可避免會(huì)對(duì)一定深度的③層土體產(chǎn)生擾動(dòng)，從而使得③層土體的強(qiáng)度降低。

圖1 堤防標(biāo)準(zhǔn)斷面設(shè)計(jì)圖

表1 初設(shè)階段土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

表2 堤坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表

表3 擾動(dòng)狀態(tài)下土體飽和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)

1.2.3 施工期水位影響

在施工圖紙說(shuō)明中，設(shè)計(jì)人員注明利用絞吸式挖泥船進(jìn)行水下清淤，而在實(shí)際施工階段，施工單位采用的是干法施工，即在河道兩岸修筑圍堰，將河道中水排干，采用挖機(jī)進(jìn)行河道土方開(kāi)挖。本次對(duì)河道無(wú)水的施工工況進(jìn)行堤防邊坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算，并將結(jié)果跟河道水位為6.5 m 的施工工況進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

根據(jù)表4 計(jì)算成果對(duì)比可知，施工期河道水位對(duì)堤防迎水坡抗滑穩(wěn)定影響較大，水位越低，其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)越小，滑弧位置也隨施工期水位的變化而產(chǎn)生變化。

1.2.4 滑坡原因分析

本次堤防滑坡屬于局部淺層小滑弧滑坡，滑坡是多方面不利因素疊加在一起造成的。結(jié)合地勘資料、計(jì)算結(jié)果以及滑坡發(fā)生時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)具體滑坡原因分析如下：

（1）本次堤防基礎(chǔ)為③層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土，該層土體的物理力學(xué)指標(biāo)本身較低，堤防抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)富余度不大。

（2）③層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土靈敏度較高（靈敏度為3～4），施工的擾動(dòng)導(dǎo)致其抗剪強(qiáng)度降低，不利于堤防穩(wěn)定。

表4 施工期不同施工水位情況下堤防抗滑安全系數(shù)對(duì)比表

（3）施工期施工水位的降低，直接導(dǎo)致堤防抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)減小。

（4）持續(xù)的暴雨天氣，加上坡面防護(hù)工程沒(méi)有全部完成，大量雨水滲入坡體內(nèi)部，使得坡面土體呈飽和狀態(tài)，不僅導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度降低，而且加重了滑動(dòng)土體自身重量，不利于堤防穩(wěn)定。

1.2.5 堤防滑坡處理

常見(jiàn)的堤防迎水坡淺層滑坡處理方法有：堤防重新填筑、坡腳采用拋石壓腳、滑坡位置設(shè)鋼筋混凝土抗滑樁等?？紤]到降雨頻繁，需抓緊時(shí)間對(duì)滑坡進(jìn)行處理，并且受工程資金限制，因此采用木樁對(duì)滑坡進(jìn)行處理，處理后對(duì)底格埂位移、沉降進(jìn)行定期觀測(cè)，目前處理后的堤坡基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。木樁處理具體措施如下：

（1）坡面產(chǎn)生滑動(dòng)，底格埂已經(jīng)損壞的堤段。拆除損壞的格埂，將滑坡段松土清除干凈，采用黃土回填；底格埂尺寸由0.4×0.7 m（寬×高）改為0.8×0.4 m（寬×高），底格埂下設(shè)2排木樁，縱向樁距0.8 m，橫向間距0.5 m。

（2）坡面產(chǎn)生滑動(dòng)，底格埂完好的堤段。將滑坡段松土清除干凈，采用黃土回填；底格埂外側(cè)采用單排木樁處理，樁距2 m，木樁間距可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況適當(dāng)加密。

（3）坡面產(chǎn)生滑動(dòng)，底格埂未施工的堤段。將滑坡段松土清除干凈，采用黃土回填；底格埂尺寸由0.4 m×0.7 m（寬×高）改為0.8 m×0.4 m（寬×高），底格埂下設(shè)2 排木樁，橫向樁距0.5 m，縱向樁距0.8 m。

2 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

堤基為軟弱土層的堤防在河道清淤設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮到軟弱土層的特性和施工工藝，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮一定的安全富余度，比如：將清淤坡比適當(dāng)放緩至1∶4～1∶5；穩(wěn)定計(jì)算時(shí)土體強(qiáng)度指標(biāo)采用快剪指標(biāo)或?qū)⑼馏w強(qiáng)度適當(dāng)打折；有條件的可以采用退堤的工程措施來(lái)擴(kuò)大行洪斷面。另外，對(duì)于淺層滑動(dòng)的堤坡，采用木樁處理是一個(gè)工期短、投資小、效果好的工程措施。

［1］GB 50286-2013 堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國(guó)計(jì)劃出版社，2007.