武汉市童家湖堤险情分析及整治

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(1.武汉市排水泵站管理处， 武汉 430010； 2.武汉市水务防讯信息中心，武汉 430010)

武汉市童家湖堤险情分析及整治

易少锐1，张云天2

(1.武汉市排水泵站管理处， 武汉 430010； 2.武汉市水务防讯信息中心，武汉 430010)

湖北省武汉市童家湖堤由于受堤基和土质等因素影响，建成以来险情不断，给防汛安全带来极大隐患。水利部门虽多次整治，但险情未能得到有效控制。特别是久旱少雨的年份，堤身总会发生裂缝、下挫和滑坡险情。本文结合最近一次2014年1月出现的险情，分析了险情成因，给出了险情处理技术方案，给同类险情隐患处理提供经验借鉴。

童家湖堤； 堤防； 险情分析； 险情处置

1 堤防险情概况

童家湖堤位于湖北省府澴河下游左岸，上接孝感市。武汉市境内长4.70km(桩号0+000～4+700)，属于长江重要支流干堤，堤防等级Ⅲ级。该堤防保护范围内有武汉市汉口北商业区，京广、合武铁路，天河机场等重要交通设施及黄陂行政区内部分军事、工农业设施和人口聚集地。

童家湖堤地处平原湖区，始建于20世纪50年代，受当时条件限制，筑堤施工时，多为湖内筑堤，就近取土，因而料源质量不一，堤身填土成分较杂。从1999年至今，该堤段多处、多次发生滑(脱)坡险情。水利部门历年多次进行整修加固。2008年，武汉市利用世行贷款资金对童家湖堤进行了全面加固。整修加固主要包括堤身培厚、滑(脱)坡部位翻筑、局部修建内平台、堤身裂缝段黏土换填、堤脚增设六排粉喷桩等措施。

历次堤身隐患处理见下页图1。

图1 历次堤身隐患处理

该堤段虽经多次处理，但仍出现反复加固、反复出险的情况。2014年1月，桩号2+070～2+120等3段共170m长堤防再次出现堤顶下沉、堤身背水坡局部滑坡、混凝土路面破损险情。

2 险情成因分析

2.1 稳定性计算

根据对2014年1月出险堤段进行实地勘查，发现部分堤身填土含有膨胀性淤泥质土夹层，为确定险情成因，需对典型断面进行整体稳定分析。

a.计算断面。选择对2+070、2+190及3+365三个典型断面进行整体稳定计算。

b.计算指标。堤防抗滑稳定安全系数按《堤防工程设计规范》规定取值，见表1。各土层的物理力学指标采用地勘报告数值，结构选用最不利地质断面。

表1 土堤抗滑稳定安全系数

c.计算荷载。除自身重量、静水压力、土压力等基本荷载外，正常工况活荷载按10kN/m2考虑。

d.计算工况。选取完建工况有荷载及无荷载两种工况进行边坡整体稳定计算。

e.计算方法。采用简化毕肖普法计算，具体计算公式如下：

式中Wi——为土条重，i=1～4；

b——土条宽；

c——黏聚力；

φ——内摩擦角；

Q——水平向地震惯性力。

各参数取值及计算值见表2、表3。

表2 堤坡抗滑稳定分析计算参数

表3 堤坡抗滑稳定计算最小安全系数成果

f.计算成果分析。通过计算，按照地勘给定的土物理力学参数，现状堤身抗滑稳定安全系数均能满足规范要求。

根据现状堤身出现裂缝沉降的险情情况，对堤身土物理力学参数进行了反演算，其对应的①层黏土黏聚力c=10kPa，摩擦角φ=5°，①-1层软土黏聚力c=8kPa，摩擦角φ=3°。反演算结果中堤身土的物理力学参数c、φ与原状土相比均有较大降低，这与膨胀土吸水膨胀、失水收缩和反复胀缩变形、浸水承载力衰减、干缩裂隙发育的特性吻合。据此推测在①-1层软土中存在大量膨胀土。

2.2 险情分析

童家湖堤在始建时及建后整治过程中，堤身填筑就地取材，组成物多由第四系冲湖积作用形成的黏土、粉质黏土、粉质壤土组成，局部夹淤泥及淤泥质土，后经局部换填，换填土为Q3黏性土。险情主要原因包括以下几个方面：

2.2.1 堤身填筑土具弱～中等膨胀性

此次整险地勘共取样35组，经自由膨胀率试验，其中弱膨胀土26组，分布普遍，占74.30%；中等膨胀土2组，主要分布在出险段，占5.70%；无强膨胀土。结果表明堤身填土有膨胀性。

膨胀土的灾害主要是由失水收缩、吸水膨胀引起的。遇久旱不雨时，出险堤段堤身填土干缩，产生裂缝，遇到降雨时，雨水又沿着裂缝进入堤身，降低了填土的抗剪强度，极易沿薄弱面或新、老填土结合面产生滑动，导致堤身脱坡。

2.2.2 堤身填土局部有软土

从钻孔和坑探看，土体黄灰褐色，夹黑色，成分以黏土为主，中上部夹较多碎石， 3.50m以下土体不密实，存在透镜体状的软土，呈软塑状，表面看似弹簧土。土体含水量较高，在22.20%～45.60%之间，平均31.80%，高出最优含水量1.34倍。钻探时有缩孔现象，土体含水量高、孔隙比大、压缩性大、承载力较低。

由于软土强度低、压缩性大、沉降量较大，导致相关堤段易产生不均匀沉降。

2.2.3 局部堤身填土压实度偏低

根据击实试验(4组)，土的最大干密度为1.66～1.73g/cm3，平均1.69g/cm3。最优含水量21%～25.30%，平均23.80%。室内击实试验表明：堤身填土干容重为1.21～1.67g/cm3，压实度为0.73～0.97，碾压欠均匀，局部碾压不密实，堤身填土压实度偏低。

堤身填筑土间的接触面因压密程度不一及填筑成分不同，极易形成相对连续的透水空间，有利于填土中水分的蒸发及雨水的入渗，当水分蒸发土体收缩后就会出现裂隙，雨水入渗后土体膨胀，裂隙就会增大。

2.2.4 堤身填土黏粒含量高

堤身填土黏粒含量高达49.40%～69.30%，平均59.40%。黏粒含量越高，比表面积大，吸水能力及保水性就越强，胀缩变形就越大。

2.2.5 历次加固结合面清基不彻底

童家湖堤虽经多次整治，但部分加固结合面清基不彻底。从几次加固开挖现场看到，堤身填土中夹杂着腐殖土及植物根系，使堤身极易沿新、老填土间形成新的、连续滑动面。

2.2.6 其他外因

在填土未充分固结、沉降变形未稳定时，就进行混凝土路面浇筑，极易导致混凝土路面基础变形而使路面产生断裂。

3 险情处置措施

3.1 险情处理方案

针对童家湖堤产生险情的原因，参考2004年对该地段3+800～3+900进行全堤身换填后至今未出现险情的工况，此次险情处理设计为挖除堤身滑动土体、整体换填的处理方案。

工程主要施工内容为土方开挖、土方填筑和护砌工程恢复。土方开挖为堤身滑动土体清除开挖，拟采用机械配合人工方式施工。为保证新老结合面的土体结合紧密，机械开挖后的工作面必须采用人工方式进行清理，并对扰动的部分土体进行压实。土方填筑主要包括堤身培厚、内外平台填筑等，堤身土料应按设计的边线自下而上分层填筑，不得顺坡填筑。土料的铺料与压实工序应连续进行，对已经碾压合格的填土层，如间隔时间较长，再在上面填筑新土层时，应作表面刨毛或清除处理。护砌施工包括混凝土预制块护坡、浆、干砌块石护坡及草皮护坡等。

工程施工典型断面如图2所示。

图2 工程施工典型断面

3.2 换填材料比选

方案中的换填材料是设计关键，设计拟对采用的涂料从外运土料和原状改性土中比选确定。

3.2.1 施工方面比较

外运土料：施工操作简单，按要求采用机械施工即可。但该方案必须对土场土料进行膨胀性检测，合格后方可使用。

原状土改性：施工操作复杂，先要将原堤身填土挖出翻晒，含水量达到合适范围后，再采用水泥或其他掺和料进行拌和，然后分层铺装碾压。

3.2.2 质量控制方面比较

外运土料：施工质量易控制，按规范分步施工即可。

原状土改性：影响质量的因素较多，增加了原状土的含水量、土块粉碎程度、添加材料比例、添加均匀程度等因素，施工质量控制难度大。

3.2.3 造价方面比较

按照武汉地区材料单价分析结果。

外运土料运距为5km时，每方土单价为33.21元；原状土改性方案(根据相关工程经验，初步拟定采用水泥，掺入量为6%)的每方土单价为115元。当土料运距为33km时，外运土料单价与原状土改性单价基本相当。

综合比选，拟采用外运土料换填方案。

3.3 护坡及堤顶路面恢复

堤外边坡采用120mm厚C20预制块护坡，下设100mm厚级配碎石垫层，堤脚设800mm×1000mm C20混凝土脚槽；堤内边坡采用草皮护坡；堤顶先临时铺设200mm厚、4.5m宽泥结碎石过渡路面，待堤身回填土沉降稳定后，在泥结石路面上新建200mm厚C30混凝土路面。

3.4 处理后稳定分析

计算断面及计算条件同上，换填后堤身填土相关土物理力学指标取为：最大干密度1.82g/cm3，最优含水量18.90%，土的渗透系数建议值9.0×10-6cm/s，黏聚力c=20kPa，摩擦角φ=8°。

加固后堤身抗滑稳定安全系数均满足规范要求，详见表4。

表4 加固后堤坡抗滑稳定计算最小安全系数成果

Wuhan Tongjia Lake Dam Risk Analysis and Remediation

YI Shao-rui1, ZHANG Yun-tian2

(1. Wuhan Water Drainage Pumping Station Management Office, Wuhan 430010, China;2. Wuhan Water Flood Control Information Center, Wuhan 430010, China)

Since Hubei Wuhan Tongjia Lake Dam is affected by dam foundation, soil quality and other factors, there are many risks since construction, which leads to high hidden risk on flood control safety. Water conservancy department remedied for many times, but the risks cannot be effectively controlled. The dam may come up with crack, downward dropping and landside risks in the year with draught and little rainwater. In the paper, the latest risk in January 2014 is combined for analyzing risk cause, providing risk treatment technical plan, and providing experience reference for handling similar risk hidden danger.

Tongjia Lake Dam; dike; risk analysis; risk treatment

TV871

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1005-4774(2014)12-0062-04