城市河道边坡病害成因分析及加固方案讨论

马骥腾 苑 藜 成国保

（合肥市市政设计研究总院有限公司 合肥 230041）

近年来，随着国家绿色发展理念的不断深化，城市河道综合整治工程不断推进。然而，一些城市河道整治工程常常由于前期施工期间压实质量参差不齐造成堤身土层分布不均，或由于后期河道周边地段开发，引起地形地貌及堤防运用边界条件改变等原因造成河道遭遇超出原设计使用期工况，最终导致河道坡面发生凹陷、滑坡、坍塌等病害。本文结合某河道病害表现以及病害成因分析，针对不同病害成因提出相应的堤身加固方案。

1 工程概况

某城市河道工程2010年开工，2012年竣工。河道原设计底宽为16.0m，设计底高程（吴淞高程系）为10.0～5.0m，设计堤顶高程为17.07～15.61m。堤顶设计宽度3.0m，内外坡坡比均为1∶2。河道堤防工程等级为一级。

河道建成后，周边用地性质发生改变，堤后不断松填新土。部分区段堤后老排水渠未经导排被直接填埋；部分区段由于外部工程排水未能有效截流，堤后长期积水。此外，由于堤身填土具有弱膨胀性，经过多年冲刷和浸泡，局部堤身迎水面出现小范围凹陷及滑坡现象。2016年，在长时间高位洪水浸泡与长时间高温暴晒交替影响下，堤身破坏加重，出现严重滑坡。

沿线堤身土层自上而下分布为：

①3层素填土（Qml）：为修筑坝体时填筑土，可塑，湿～很湿，以粘性土为主。

①4层素填土（Qml）：为修筑坝体时填筑土及原地表土，软塑状态为主，饱和。以粘性土为主，底部及近河道一侧含大量腐殖质，工程性质近似于含淤泥质填土。

②1层粉质粘土（Q4al）：软塑～可塑状态，饱和，局部夹粉土薄层。

②2层淤泥及淤泥质粉质粘土：流塑（原老河道内）～软塑状态，饱和，局部夹粉土薄层。

②3层粉质粘土：可塑～硬塑，湿～很湿。

④层粉质粘土与粉土互层（Q4al+pl）：该层未钻穿，其中：粉质粘土呈硬塑状态，所夹粉土稍密～中密状态，很湿。受土性及地下水长期影响，局部土层呈可塑状态，很湿～饱和。

2 病害成因分析

根据地质资料并结合病害特征，设计分析引起堤身破坏的主要原因如下：

2.1 堤身填筑质量

河道前次综合整治工程中，部分堤身修建在原老河道或沟塘上。施工期间，原沟塘与河道表层淤泥及淤泥质土未全部清除或加以处理，在堤身中部形成（软弱薄夹层）的塑性变形区，造成堤身滑动破坏。

2.2 地下水

由于堤身背水侧存在大面积松散土，形成上层滞水贮水空间；再加上水体外排不畅，地下水位升高，形成静水压力，沿堤身薄弱部位渗流。长期渗流压力作用，引起土体强度下降，造成堤身破坏。

2.3 堤后沟塘长期积水

由于穿越河道的铁路基础高边坡排水截流设施破坏，再加上堤后高压铁塔基础保护限制造成堤后高压铁塔周边地势大大低于周边（见图1），形成水塘，长期积水。特别是持续暴雨期，塘内水位上涨，堤身侧向水压增加；积水沿堤身薄弱面渗流或沿坡面冲流，膨胀土裂隙不断开展。

2.4 膨胀土

堤身上部①层人工填土具有弱膨性，且分布广泛，平均厚度4.0～6.0m。膨胀土经历胀缩、裂隙发展和超固结，土体吸水能力减弱，强度降低，在堤身内部形成薄弱面。此外，①3层素填土、②1层粉质粘土和②2层淤泥及淤泥质粉质粘土，抗冲刷能力差，在长期水流冲刷下，坡面易形成水流冲沟，最终导致堤身破坏。

图2 堤身软弱夹层粉喷桩加固图

表1 膨胀土胀缩性等级评价标准区间表

2.5 堤顶超载

堤身破坏前期，部分区段堤身背水侧短时间内不断松填新土，堤后原老排水渠未经导排被直接填埋。再加上过往重型车辆往来频繁，未做硬化处理的堤顶道路，在竖向荷载作用下严重变形，产生裂隙。此外，今年汛期持续强降雨和持续高温间隔出现，膨胀土裂隙随干湿变化不断开展，严重威胁堤身稳定性。

2.6 遭遇50年一遇洪水

2016年汛期，堤身土体被洪水长时间浸泡，洪水过后，堤身土体不断经历持续高温暴晒或强降雨冲刷，膨胀土裂隙不断开展。

3 加固方案

设计人员在实地病害观察、测量、分析的基础上，辅以充分的堤身安全稳定性验算，针对不同原因引起的堤身破坏，提出针对性的堤身加固方案。

3.1 滑坡堤身修复

针对滑坡破坏段土体物理力学性能指标极差，设计采用粘土掺6%水泥的改良土进行分层回填压实，压实系数不小于0.95。为确保新、老堤身土体牢固咬合，坡面塌陷段采用1∶3分阶开挖。

3.2 堤身软弱夹层土体加固

由于堤身中下部②2层淤泥及淤泥质粉质粘土（粘聚力为11kPa，内摩擦角为6°），典型断面的堤身边坡稳定安全系数计算值低于规范限值。

设计在常水位标高以上设置马道，并对马道下部的软弱夹层采用D500@1200梅花型布置的粉喷桩进行加固处理；粉喷桩采用42.5普通硅酸盐水泥，28d桩体无侧限抗压强度设计值应不小于1.8MPa。复合地基置换率为13.1%。

处理后的复合地基（见图2），粘聚力和内摩擦角由原状土的11kPa和6°提高到48.5kPa和8.5°。复核地基的抗剪强度显著提高。

3.3 膨胀土边坡防护

由于堤身上部①3层素填土具有弱膨性且分布广泛，设计对河道全长范围内边坡采用现浇C25钢筋混凝土拱形骨架+草皮坡面护坡，对坡面土体进行分区，有效减少土体膨胀性。同时，提高坡面抗冲刷能力、预防边坡溜坍。

3.4 堤身日常管养

河道堤顶道路用于其日常管养维护，设计荷载限值比较低，因此，河道管养部门必须采取必要的管理措施禁止超重车辆驶入。与此同时，对于重要的堤防工程，必须严把堤防保护线，尽量避免或减小其他工程实施严重威胁堤身安全。

4 计算结果

4.1 沿线堤身土层分布

图3 现状断面边坡稳定计算简图

沿线堤身土层分布及各土层物理力学性质指标统计见表1。

4.2 计算方法

依据地勘资料提供的现状堤身土体参数，设计采用有限元软件AutoBank 7.51，对现状堤身塌方破坏段和未破坏段典型地质断面进行堤身渗流稳定计算和边坡稳定计算（见图3、图4）。

根据计算结果，现状断面边坡稳定安全系数为0.82，不满足规范要求，需进行加固处理。采用粉喷桩复核地基处理后，设计断面边坡稳定安全系数为1.44，满足规范要求。

图4 设计断面边坡稳定计算简图

5 结论

针对不同滑坡破坏原因，采取安全、适用、经济的河道加固措施，不仅提高了堤身安全稳定性，完善城市防洪体系，而且有效保护了城市河道生态系统，提升城市景观效果。工程主体结构实施后，已安全度过2017年汛期。实践证明，粉喷桩对于提高城市河道堤身存在的软夹层土体抗剪强度效果显著。此外，膨胀土地区城市河道坡面采用钢筋混凝土拱形骨架+草皮，可以对坡面进行有效防护■