软土地基堤防失稳边坡加固方案分析研究

姜晓均，王 军 ，闫训海

（上海市水利工程设计研究院有限公司，上海市 200061）

0 引言

随着城市水利工程的不断发展，特别是近年来河长制的提出，城市河道堤防已成为集防洪、生态、景观、休闲多功能为一体的综合体，堤防的边坡稳定是保障河道治理效果的最基本因素[1]。软土地基堤防岸坡滑塌事故时有发生，若处置不当则可能造成较大的生命和财产损失。因此，软土地基堤防失稳后的边坡加固方案值得工程界深入探讨。

本文以黄浦江某段失稳江堤为例，探讨软土地基堤防边坡失稳后的加固方案设计。黄浦江为上海市骨干河道，堤防边坡高度一般在15 m左右，属于典型软土堤防。

1 滑坡过程及原因分析

该堤防原为毛石混凝土挡墙结构，现状防汛墙上部被船只碰撞破损明显，岸坡尚稳定，故采取贴壁加固方案。在纵向围堰钢管桩沉桩过程中，墙体首次出现前倾，墙后地面出现细小裂缝。参建各方查看现场后，讨论决定变更原设计方案，改为拆建防汛墙，采用前板后方双排桩基结构。此后，岸坡施工期间又经历两次明显的变形。第一次变形是在防汛墙前排板桩沉桩过程中，由于连日阴雨，堤顶道路产生裂缝，板桩结构桩顶部位向江中倾斜2～45 cm不等。参建各方踏勘现场后，一方面要求施工单位对道路裂缝进行处理，避免雨水渗入路基引起滑坡；另一方面减轻堆载并尽快沉入最后几根板桩，避免基坑暴露时间过长。第二次变形出现在板桩沉桩完成后的第二天凌晨，堤顶道路突然快速下沉，随后整个岸坡连同桩基、围堰等纷纷滑入江中。

事后根据断面测量比对，滑坡体厚度在10 m以内，为浅层滑坡。结合计算分析认为形成滑坡的原因主要有以下几点。

1.1 对土体触变性认识不足

据第二次滑坡后的勘探资料显示，该岸段为软弱场地土，浅层有约10 m厚的淤泥质粉质粘土及淤泥质粘土，这两层土具有高灵敏度，St在4左右。由于工程界对土体触变性的认识还不够，以现有的水平和能力较难把控高灵敏度土体的强度变化过程。

1.2 打桩振动对原状土的扰动

墙前密排桩基施工，再加上打桩机作业时岸上配合的挖掘机同时施工作业，两者引起的动荷载互相叠加，扰动了软土层，极大地降低了土体强度指标。

1.3 岸线调整

该段堤防岸线因历史原因造成退后，该改造工程按照拉直岸线处理，局部凹浜回填土方。由于施工进度紧张，土体未完全固结，影响土体强度的发挥。

1.4 墙前泥面变化

根据滑坡段附近（未滑处）最新的测量数据推测滑坡发生前滑坡段岸坡水下泥面已较设计时至少刷深了3～5 m。按刷深后的泥面计算得出的边坡整体稳定系数比原设计降低约30%，不满足设计规范要求，处于不安全状态。该段岸线较为平顺，河势比较稳定，但岸段前沿水域为大小船舶转驳段，船舶频繁违规在墙前靠泊作业，造成水流淘刷墙前河床，同时也不能排除人为疏浚的可能。

1.5 水位骤降叠加降雨

滑坡发生时正值黄浦江落潮时分。连日降雨，使得表面降水渗入坡体，增加了坡体的下滑力，雨水沿土体孔隙下渗补给地下水，叠加墙前水位骤降，导致地下水活动加剧，造成土体抗剪强度降低。

多种因素叠加最终造成了滑坡的发生。

2 加固方案比选

边坡失稳后抢险的原则是尽快建立受力平衡体系。常见的抢险方案包括堤防退建、坡顶减重、坡脚反压、增设阻滑桩、地表及地下适当降排水等。

该项抢险加固工程结合以上常用方法拟定了4种比选方案（见图1～图4）。

图1 方案一（退建高桩承台大防汛墙+模袋混凝土护面）设计图

图2 方案二（原位高桩承台大防汛墙+模袋混凝土护面）设计图

图3 方案三（原位高桩承台大防汛墙+大抛填护坡）设计图

图4 方案四（退建小防汛墙+部分抛填护坡）设计图

2.1 方案一（退建大挡墙+模袋混凝土护面）

此方案为高桩承台前排钢板桩后排灌注桩+墙前简单防冲护面，墙身采用 L型钢筋混凝土防汛墙。考虑到现有滑坡土体已经过扰动，新建防汛墙桩基础也不宜采用扰动影响大的预制混凝土板桩；前排桩优先考虑时效性和耐久性较强的钢板桩，后排桩基础采用常用的扰动影响小的钻孔灌注桩。新建防汛墙墙身厚400 mm，墙顶高程5.24 m。底板底高程为2.8 m（便于赶潮施工），底板厚500 mm，宽4.0 m。前排桩基础采用密排冷弯钢板桩，桩长根据边坡稳定计算和桩顶位移计算，确定为18 m，后排桩基础采用φ800 mm的灌注桩，桩间距2.0 m，两排桩排距3.0 m。墙前按照现状坡面，采用水下模袋混凝土护坡，厚0.3 m，护滩总长度50 m。

2.2 方案二（原位大挡墙+模袋混凝土护面）

针对管理单位和部分专家提出少占用堤防用地的要求，在老墙原位置新建防汛墙，堤线保持不变。

该方案为高桩承台+墙前简单防冲护坡，墙身采用L型钢筋混凝土挡墙。新建防汛墙墙身厚400 mm，墙顶高程5.24 m。底板底高程为2.8 m，底板厚500 mm，宽4.0 m。该高桩承台临空面高度较大，经计算需设3排钻孔灌注桩，桩长20 m。前两排均采用φ800 mm密排灌注桩，第3排φ800 mm桩间距1.8 m。墙前按照现状坡面，采用水下模袋混凝土护面，护滩总长度42 m。

2.3 方案三（原位大挡墙+大抛填护坡）

采用水下抛填保滩方案，恢复泥面后，在原位新建防汛墙，堤线不后退。

此方案抛填方量较大且袋装土和块石造价较高，经费用比较，采用造价较低的水下充填袋装砂作为主抛填料。该方案砂源采用外购，施工船舶进入较方便，具备相应施工条件。

根据《堤防工程设计规范》（GB 50286-2013）第7.5.1条，临水侧堤坡坡度可按级别、护坡形式等计算来确定，结合工程实践经验，经稳定计算，考虑以后便于根据新的设计标准加高加固，最终推荐坡比均为1∶3。采用设置一级平台的复式斜坡结构，平台高程-2.0 m，宽5 m，第一级坡面高程3.5 m～-2.0 m，第二级坡面高程-2.0 m～-6.50 m，采用水下模袋混凝土护面，厚度0.3 m。

大堤堤脚及护脚结构是确保堤身安全的重要组成部分。为保证护坡的整体稳定，需在堤脚设镇脚和护脚结构。堤脚采用合金石笼棱体，棱体顶高程-6.50 m，顶部宽度4 m，坡比1∶1.5。堤脚外设8.0 m宽抛石护脚厚2.0～1.0 m，块石单重需大于80 kg。

堤顶设高桩承台L型钢筋混凝土防汛墙，墙身厚0.4 m，墙顶高程5.24 m，底板底高程为2.8 m，底板厚0.5 m，宽4.0 m。防汛墙底板坐落在回填土上，回填土深度约4 m，考虑稳定、不均匀沉降等可能的不利影响，底板采用两排桩基础。前排桩采用密排冷弯钢板桩（OT26），桩长为12 m，后排桩采用φ600 mm的钻孔灌注桩，桩长12 m，桩间距2.0 m，两排桩排距3.0 m。钢板桩后回填袋装土，填土表面铺设一层机织布，再回填砂，挡墙底板以上采用回填土分层碾压夯实。墙后恢复重建5 m宽防汛通道。

2.4 方案四（退建小挡墙+部分抛填护坡）

方案一、三涉及两个不同的修复理念，差异较大，均存在各自较明显的优缺点，现综合两者的优点，形成方案四，即水下部分抛填+退建小挡墙。

该方案堤线后退，抛填方量仍较大但比方案三小，仍考虑采用水下充填袋装砂作为主抛填料。结合工程实践经验，经稳定计算，考虑以后便于根据新的设计标准加高加固，最终推荐坡比均为1∶3。采用设置一级平台的复式斜坡结构，平台高程-3.5 m，宽5 m，第一级坡面高程3.5 m～-3.5 m，第二级坡面高程-3.5 m～-6.50 m，采用水下模袋混凝土护面，厚度0.3 m。

堤脚采用合金石笼棱体，棱体顶高程-6.50 m，顶部宽度4 m，坡比1∶1.5。堤脚外设8.0 m宽抛石护脚厚2.0～1.0m，块石单重需大于80 kg。

堤顶设L型钢筋混凝土小挡墙，墙身厚0.4 m，墙顶高程5.24 m，底板底高程为2.5 m，底板厚0.5 m，宽2.6 m。防汛墙底板局部坐落在回填土上，考虑稳定、不均匀沉降等可能的不利影响，设两排钢筋混凝土方桩，方桩尺寸250 mm×250 mm，桩间距1 m，牌局2.0 m，桩长8 m。墙后恢复重建5 m宽防汛通道。

2.5 方案比选

具体方案比选见表1所列。

根据综合比较分析，为便于与两侧未滑坡段岸线的平顺衔接，考虑尽量不新占地也不损失地，方案三在安全性上稍好。推荐方案三：原位大挡墙+大抛填护坡。为便于方案实施，考虑实际施工需求，对于滑坡段前沿遗留的部分钢管桩予以拔除，部分已打入的方桩和板桩则予以保留。由于滑坡发生时即将进入汛期，鉴于汛前难以完成永久性防汛墙工程，现场缺口采用临防措施。为确保滑坡段抢险施工的安全，要求施工单位需待滑坡发生至少6个月后方可进行抢险施工。一般认为此时滑坡段已基本稳定，土体强度已逐渐恢复。

表1 方案比选表

3 结论与建议

滑坡加固方案应根据滑坡类型、规模、稳定性，结合滑坡区工程地质条件、施工设备和施工季节等条件，选用多种形式进行综合治理[2]。该工程选用了抗滑桩与墙前镇脚组合的措施，待滑坡段基本稳定、土体强度逐渐恢复后进行了加固处理。该段堤防已建成并经历了两个汛期的考验，综合来看，此次加固方案是安全可靠、经济合理的。

通过此次滑坡加固方案的分析研究，可得出以下结论：

（1）勘察方面：粘土的触变性是指粘土的结构受到扰动后，强度降低，但随着静置时间增加，土粒、离子、水分子之间又组成新的平衡体系，土的强度逐渐恢复的这种性质。在勘察到高灵敏度软土时，勘察单位应提醒设计单位及施工单位重视土体触变性的影响。

（2）设计方面：打桩是软土地基常用的地基处理措施，在桩基比选时应尽量选用振动较小的桩型，如钢桩、钻孔灌注桩等，有条件时优先选用高桩承台结构型式。

（3）施工方面：在河道堤防工程施工前，应复测墙前泥面线，若与设计出入较大，需及时通知设计单位。在软土地基上打桩时，应隔桩跳打，同时选用振动较小的设备，尽量减小加载量，做到慢速加载、延迟加载。