堤防工程软基处理及效果分析

2010-06-26孙丽娜

黑龙江水利科技 2010年2期

孙丽娜,方艳

(1.宝泉岭垦区水利勘测设计有限责任公司,黑龙江宝泉岭 154211;2.宝泉岭农场水务局,黑龙江宝泉岭 154211)

软黏土中最常见的、工程地质性质最差的要数淤泥或淤泥质土。通常工程上把天然孔隙比≥1.5的亚黏土、黏土称为淤泥,而把孔隙比＞1.0、＜1.5的黏土称为淤泥质黏土。在沿海、河流的中下游或湖泊附近地区,地表下埋藏有深厚的第四纪松软覆盖层。其接近地面部分经常遇到的地基为软黏土、淤泥、淤泥质土或粉砂夹淤等等。在软黏土地基上建造水工建筑物,很可能会使地基破坏或产生过大的沉降量和沉降差,不能满足建筑物的设计要求,工程上必须考虑对地基进行处理。

1 基本情况

梧桐河防洪治理工程于 1999年、2001年、2003年分 3期实施,建设梧桐河城区 6+000～10+177段左岸堤防、北河(梧桐河一级支流)城区 0+200～4+710段右岸堤防,总长9.08 k m。工程设计防洪标准为30 a一遇洪水,相应洪水流量:梧桐河为1 255m3/s,梧桐河设计河床宽度分别为140 m。堤防断面为梯形,堤身采用砂砾料堆筑,梧桐河堤防高3.8m,安全超高1.3 m,迎水坡坡比 1∶1.5,背水坡坡比 1∶2,每20 m留伸缩缝一道。堤防工程级别为三级,建筑物等级为四级。

2 软土地基上堤防失稳的破坏机理

引起软土地基上堤防滑动破坏的根本原因,在于软弱地基中某个面上的剪应力超过了它的抗剪强度,稳定平衡遭到破坏。主要有两方面因素:一是由于剪应力的增加,例如大堤施工中上部填土何重的增加;降雨使土体容重增加;水位降落产生渗流力;地震、打桩等引起的动荷载等。二是由于软土地基本身抗剪强度的减小。例如孔隙水应力的升高;气候变化产生的干裂、冻融;黏土夹层因浸水而软化以及黏性土的蠕变等。

对堤防工程进行稳定分析时,通常是将假想滑动面以上土体看作刚体,并以它为脱离体,分析在极限平衡条件下其上各种作用力,并以整个滑动面上的平均抗剪强度与平均剪应力之比来定义它的安全系数,即:

式中:F为堤防稳定安全系数;T f为滑动面处土体的平均抗剪强度;Fn为作用于滑动面上的平均剪应力。

F n＞1土体处于稳定状态;F n＜1土体处于滑动状态或有滑动的趋势;F n=1,土体处于临界状态。因此,要使处于滑动状态或有滑动趋势的土体达到稳定状态,必须 F n＞1(堤防工程等级不同,F n取值也不同,通常在 1.05～1.30),通常有两种方法:①提高土体的抗剪强度,使孔隙水应力充分消散,如对地基进行加固等;②减小作用在土体上的剪应力,如减小堤防的横断面积,尽量避免对堤防的扰动等。第一种方法在工程中被广泛采用。

3 软弱地基处理措施

堤防基础采用机械开挖,人工修整。基础开挖至设计高程(-3.0 m)时,绝大部分地段为较密实砂卵石夹杂漂石层面,工程地质性质较好,局部地段为泥化软弱层面,即梧桐河6+834～6+840段,这段所处河床地质、地形条件不尽相同,工程建设中采取了不同的处理措施。梧桐河 6+834～6+840段:该段处堤防转弯迎水面,α=198°、R=1 719 m,与梧桐河主水流夹角 23°。基槽开挖至设计高程为淤泥质软土,颗粒细微并杂有有机物腐殖质,颜色呈深灰色,有臭味。

按照基础对地基的要求,继续深挖至 -4.3 m,基槽内渗水量急剧增大,排水困难,采用预填骨料灌浆法进行处理,宽1.9 m,厚1.3 m,分层填筑,灌浆密实。

4 软弱地基处理及堤防工作状态评价

1)梧桐河堤防工程对软弱地基的有效处理,改善了基底地质条件,较好地解决了基础变形引起的堤身破坏问题,保证了堤防质量。

2)通过几年对处理段堤防水平位移、垂直位移定时定点监测,堤身无裂缝、滑坡、塌陷、隆起、渗透变形情况,堤防工作状态良好。

3)较好地抵御了洪水的袭击。堤防工程投入运行后,经受了 3次较大洪水的袭击,梧桐河洪峰流量达到 280～760 m3/s(相当于10a一遇洪水)。

5 成果分析应用

梧桐河堤防工程软弱地基是一种非常软弱的结构面,具有湿度高、密度小、强度低和变形大等特点(摩擦系数 f＜0.25,蠕变长期剪切强度f c=0.2,长期剪切强度与短期剪切强度 f o比值为 0.87)。理论上对 3种不同处理方案分别进行了验算,工程均满足抗滑、抗倾覆及地基承载力要求。从效果来看,理论与实际是一致的。

梧桐河城区段堤防建设实践及对软弱地基的处理措施,在今后河道治理工作中可以借鉴和应用。同时应注意处理好以下几方面的问题: