某工程软土地基堤基失稳原因分析

2014-02-27张本静

治淮 2014年7期

关键词：堤身粉质淤泥

张本静（

安徽省水利水电勘测设计院勘测分院蚌埠 233000）

某工程软土地基堤基失稳原因分析

张本静（

安徽省水利水电勘测设计院勘测分院蚌埠 233000）

本文通过对某工程软土地基堤基失稳段工程与水文地质勘察、试验，收集分析施工过程资料，总结出该段软土地基堤基失稳的主要原因，对类似工程施工避免出现堤基失稳，保证施工进度、降低施工成本等具有现实的指导意义。

堤防填筑堤基失稳裂缝地质勘察

1 工程概况

某分洪道工程左侧堤在桩号Z34+000～Z35+000范围，设计堤顶高程约11.8m，堤顶宽4.5m。堤外坡9.0m和6.0m高程处分别设宽10.0m的一、二级平台，堤顶与一级平台、一级平台与二级平台之间坡比为1∶3，二级平台与分洪道底之间坡比为1∶5，分洪道底高程约0.5m。堤内坡在9.0m设一平台，堤顶与平台之间坡比为1∶3。

2 堤防填筑过程及失稳现状

2.1堤防填筑过程

失稳段位于分洪道左岸Z34+270～Z34+600桩号范围内，施工单位于2012年10月13日对水塘进行清基验收，2012年10月14日～2013年7月15日进行填塘，填塘后的堤基高程为5.71～5.81m。2013年7月18日起进行堤身分层填筑，单层填筑厚度约0.3m，一般每层填筑时间1～9d，2013年8月18日填筑至第11层，高程8.67～8.75m。2013年8月19日发现堤防外平台出现裂缝，堤身无异常，施工单位对外平台进行整平碾压处理，于2013年9月1日进行第12层填筑，至8.97～9.04m后暂停填筑。2013年9月15日起进行位移、沉降观测，至2013年11月16日，位移和沉降每星期变形在1～4mm之间，无明显变化。2013年11 月19日恢复堤身填筑，填筑至15层，堤顶高程达10.8m，内外平台均按设计要求填筑。但在桩号Z34+270～Z34+472段堤轴线内侧20～45m外，设有宽40～70m、高约2m的淤泥质土弃土堆载区。

2.2失稳堤段现状

2013年12月1日晚，桩号Z34+270～Z34+490段堤身外平台及堤身出现突然沉降并向分洪道内滑移。堤身失稳滑移后，共产生平行于堤身轴线方向L22、L19和L28等3条主要裂缝并伴随有30条长短不一的次要裂缝，裂缝的具体位置见工程地质平面图1。其中L22为主裂缝呈宽缓的弧形，最大错动处错动面后缘线与堤身轴线基本吻合，裂缝范围为Z34+280～Z34+440，裂缝两侧土体明显错动，形成长约160m，高差5～6m的土质错动边坡，裂缝底部基本位于1层层底和1层层顶之间，该裂缝的范围与填筑前原有水塘的分布范围基本一致。L19位于堤身轴线内侧呈宽缓的弧形，最大错动处与堤身轴线基本平行，相距约10m，分布范围为Z34+300～Z34+455，形成长约155m、宽4～7m、最大深3.0～3.5m陡倾角裂缝，裂缝底部主要位于1层底部。L28位于堤身外侧，与堤身轴线基本平行，相距约26m，分布范围为Z34+305～34+406m，形成长约101m、宽2.0～3.5m、深1.5～2.5m陡倾角裂缝，该裂缝基本与9.0m平台的外侧边界线基本一致。其余30条次要裂缝，裂缝长15～50m，宽5～15cm，仅个别宽约2m，深0.5～1.5m，次要裂缝的分布基本与3条主要裂隙平行。

失稳后的堤身高程普遍下降1.0～3.0m，最大处约6.0m；L20外侧地面出现轻微隆起0.5～1.0m，并出现少量鼓胀裂缝。

3 失稳堤段工程地质勘察

根据设计要求及现场失稳情况，为进一步查明失稳段堤基水文地质与工程地质条件，分析堤基失稳原因，现场勘察共布置横断面4个、纵断面2个，共布置钻机孔6个、静力触探孔10个，总进尺343m，标准贯入试验66次，取原状土样24个做室内试验。在失稳堤段轴线两侧100m范围内进行了1∶1000的工程地质测绘，勘察工作布置见失稳堤段工程地质平面图（图1）。

4 失稳堤段工程地质与水文地质条件

4.1工程地质条件

根据勘察资料，失稳堤段勘察范围内揭露的地层如下：

表1 各土层力学性质及渗透性指标建议值表

图1 失稳堤段工程地质平面图

③1层：淤泥质重粉质壤土～淤泥，局部夹有泥炭质土及腐殖质，灰色，流塑，高压缩性，失稳堤段处层厚12.10～17.10m，层底高程-15.32～-8.39m。上游尚未失稳地段PM4剖面处层厚12.50～17.40m，层底高程-12.20～-7.93m；下游尚未失稳地段PM1剖面处层厚6.10～9.90m，层底高程-4.26m。

⑬1层（K）：砂岩，全风化，棕红色，岩芯呈短柱状，砂颗粒胶结明显，手掰易碎。

各土层力学性质指标及渗透性指标建议值见表1。

4.2水文地质条件

根据地下水的赋存和埋藏条件，工程区地下水类型主要为上层滞水和基岩裂隙水，上层滞水主要分布在上部粘性土层内，勘察时地下水位多位于上部层堤身填土和③1层淤泥质重粉质壤土浅部，现场观测裂缝L31，其底部露出的地下水位与开挖的分洪道水位基本一致。基岩裂隙水主要分布在下部的砂岩中，对堤防的失稳一般无影响。

5 堤基失稳主要因素分析

5.1堤基土体软弱抗剪强度低

失稳堤段堤基软弱，堤身填筑前未进行地基加固，原水塘塘底新近沉积的流塑状淤泥未完全清除，堤身土直接填筑在塘底淤泥和③1层淤泥质重粉质壤土上，虽然有性质较好的堤身填土挤入表层土中，强度提高有限，厚度也有限，仅1.8～1.9m，多为软塑状。其下部③1土层性质仍未改善，静探比贯入阻力在0.44～0.48MPa之间，凝聚力为10.0kPa，内摩擦角仅为1.7°，其中该层淤泥质重粉质壤土层顶部有厚约 1.0～2.0m的土质更差，静探比贯入阻力多在0.26～0.41MPa之间。主裂缝L22的延展范围与原水塘分布范围接近一致。

5.2堤基土体的承载力低、压缩变形大

堤顶处及外侧平台处堤身填土厚度约6.0～7.0m，下部

的③1层淤泥质重粉质壤土（尤其③1层的顶部土层）承载力仅为50kPa，承载力难以满足承载力要求，失稳堤段软弱堤基层厚12.10～17.10m，厚度较大，导致压缩变形也较大。从未滑动的PM1剖面来看，下部的③1层淤泥质重粉质壤土天然厚度6.0～10.0m，较失稳堤段明显偏薄。

5.3堤内侧堆土增加了堤基附加应力

失稳堤段滑塌区范围与堆载区范围基本一致，说明堆土区附加应力对堤基淤泥质土有明显的侧向挤压作用，进一步导致堤基失稳。

5.4施工加荷速率较快

根据施工记录，2013年7月18日～8月18日堤身从第1层5.71～5.81m高程开始填筑至第11层8.67～8.75m高程，单层填筑厚度约0.3m，3.0m厚的堤身填筑约32d，堤身未出现裂缝等问题。而2013年11月17日～12月1日约14d，填筑厚度约1.1m，比以前施工速度快，由于下部的③1层淤泥质重粉质壤土为极微透水性，孔隙水压力来不及消散，土体强度得不到提高，导致堤身整体失稳。