换填法处理软基的迎水面加固堤防稳定性分析

周英雄 刘小文

(1．江西省河道湖泊管理局，江西 南昌 330009; 2．南昌大学建筑工程学院，江西南昌 330031)

堤坡的稳定性是工程技术人员关注的热点问题，一旦失稳产生滑坡，不仅会造成经济财产的损失，甚至还会危及生命安全。堤防迎水面产生失稳滑坡的主要原因有堤坡浸水、水位骤降及存在软弱地基土层等，特别是地基存在软土层，其抗剪强度低、压缩性高、透水性小等，修建在这种复杂地基之上的堤防，往往很容易产生大的沉降，承载力低，从而导致地基不稳，影响堤防正常使用，甚至溃堤［1-4］。

为了确保堤防运行安全，对有软弱地基的情况，常需对软弱地基进行处理;常见处理方法有堤身自重挤淤法、抛石挤淤法、换填法、振动水冲法、水泥土搅拌法等［5］。本文选择了某堤段一典型断面，分析其采用换填法处理软基后，堤防在施工阶段和运行阶段的稳定性。

1 工程概况

某堤防除险加固工程，其堤线长3 300 m(0+000～3+300)，堤基土上部为粘性土，下部为砂砾类土，堤基的防渗条件较好。设计除险加固方案采用土堤断面加高加宽，以向外坡加宽为主。施工中发现外坡地基中存在由于水塘、取土坑等形成的软土层，层厚不等，该层土抗剪强度低，压缩性高、透水性小，修建在这种复杂地基之上的堤防，往往很容易产生大的沉降，承载力低，从而导致地基不稳，影响堤防正常使用，甚至溃堤。因此设计针对不同的情况对软土地基采用了换填、反压等措施。图1、图2为采用淤泥换填抛石、碎石法加固前后堤防2+300剖面图。限于篇幅，本文仅分析2+300剖面加固后的稳定性。

图1 加固前2+300剖面图

图2 加固后2+300剖面图

2 堤坡稳定性分析

根据相关文件，本工程按4级堤防设计;按照GB 50286-98堤防工程设计规范，对堤防迎水面堤坡计算正常运行情况及非正常运行情况。正常运行情况为设计洪水水位降落期的迎水面堤坡，规范要求安全系数不小于1．15;非正常运行情况为施工期迎水面堤坡，规范要求不得小于1．05。

本工程正常运行情况，按最高洪水位20．59 m，考虑水位骤降3 m分析;非正常运行情况考虑施工期或者堤身内无水时迎水面堤坡，分析未加固前堤身内无水及加固施工期迎水面堤坡稳定性。

在堤坡稳定性分析过程中，首先按照设计给定的参数进行计算分析，校核堤坡在天然条件下的稳定性。岩土参数取值见表1。

表1 岩土体力学参数

2．1 未加固前迎水面堤坡稳定性校核

在二维稳定分析计算中，按照表1岩土力学参数，采用简化的bishop法、Morgenstern-price法和严格Janbu法对2+300剖面的迎水面堤坡稳定性进行分析。抗滑稳定计算采用刚体极限平衡原理。

计算工况考虑正常运行情况和非正常运行情况，失稳模式及临界滑裂面通过计算程序自动优化搜索得到，计算结果取平均值。稳定分析成果如表2所示，计算得到的临界滑动面如图3，图4所示。

表2 未加固前迎水面堤坡安全系数

图3 施工期最危险滑动面

图4 水位降落期最危险滑动面

从表2可以看出，非正常运行情况(施工情况)，安全系数大于1．05，满足规范要求;正常运行情况(水位降落情况)，安全系数大于1．15，满足规范要求。其计算结果基本与实际情况吻合，计算所取地质参数是合理的，不需进行参数反演，加固后的稳定性分析中采用表1的参数。

2．2 加固后迎水面堤坡稳定性分析

同样采用简化的bishop法、Morgenstern-price法和严格Janbu法对该剖面的迎水面堤坡稳定性进行分析。稳定分析成果如表3所示，计算得到的临界滑动面如图5，图6所示。从图5，图6可以看出加固后在施工期和水位降落期迎水面堤坡安全系数均满足规范要求。

表3 加固后迎水面堤坡安全系数

图5 加固后施工期最危险滑动面

图6 加固后水位降落期最危险滑动面

3 结语

1)根据设计提供的参数，校核了加固前迎水面堤坡稳定性，结果表明其在正常运行情况和非正常运行情况下处于稳定状态，这与现场实际情况相符，说明所采用的材料强度参数合理。

2)剖面2+300采用设计方案加固后在正常运行情况和非正常运行情况下安全系数均满足规范要求。

［1] 沈珠江．软土工程特性和软土地基设计［J］．岩土工程学报，1998，20(1):100-111．

［2] 郑颖人，唐晓松．库水作用下的边(滑)坡稳定性分析［J］．岩土工程学报，2007，29(8):1115-1121．

［3] 刘新喜，夏元友，练 操，等．库水位骤降时的滑坡稳定性评价方法研究［J］．岩土力学，2005，26(9):1427-1436．

［4] 刘小文，耿小牧，彭忠福，等．黄河放淤固堤工程淤背体排水固结规律分析［J］．南昌大学学报(工科版)，2011，33(3):265-268．

［5] 王玉萍．堤防工程软土地基的一般特性及常用处理方法［J］．水利科技与经济，2007(7):10-11．