土石坝坝坡抗滑稳定性分析及加固设计研究

2021-04-02韩福涛

治淮 2021年9期

韩福涛

（中水淮河规划设计研究有限公司合肥 230601）

1 工程概况

淮河中游某水库位于淮河南岸，总库容0.89 亿m3，大坝为均质土坝，最大坝高25.5m。水库枢纽工程由大坝、泄洪闸、非常溢洪道、东放水涵洞、北放水涵洞等组成。该水库始建于20 世纪50年代，先后历经多次加固，最近一次于2004年加固，大坝增加了防渗措施，在坝基防渗采用高压旋喷墙，坝身防渗采用粘土井柱。

根据地质资料，大坝坝身填土的种类较多，填筑的密实度相差较大，填筑土压实不均匀，填筑质量差。坝基存在一层中粉质壤土夹轻粉质壤土（Qal4），灰夹褐，灰黑色，湿，软～可塑状态，含朽木、粉细砂、植物根茎。土层呈软塑状态，局部夹轻粉质壤土，标贯击数2 击以下，为工程区软弱夹层。

2018年9月现场检查时发现桩号0+924～0+961出现滑坡，位于下游坝坡约46.50m 高程处，裂缝最大宽度0.3m，最大深度约1.0m。据了解，该部位在施工中未开挖成台阶状，也未分层填筑，并受条件所限，回填土料采用风化红砂岩，坝肩未设置排水沟。此前8月份水库处出现大暴雨，坝顶路面积水沿下游坝肩与坝顶道路之间的缝隙和长期蠕动形成的结合面裂隙渗入坝体，滑坡部位与39.00m 高程处排水沟破坏范围一致，说明填筑土料中的风化红砂岩遇水后强度降低，导致下游坝坡贴坡层浅层滑坡。

2018年11月，水库管理单位对该水库组织进行了安全鉴定。根据鉴定结论，大坝位于中粉质壤土夹轻粉质壤土段下游坝坡的抗滑稳定安全系数偏小，正常蓄水位工况下为1.09，地震工况下为0.97，均不满足规范要求，大坝存在安全隐患。

2 坝坡抗滑稳定性分析

从水库运行情况来看，下游坝肩与坝顶道路结合处出现较大缝隙，且下游纵向排水沟受填筑土体向下蠕动挤压造成变形断裂，经数次重建。分析原因可能为该部位贴坡填土由于自重或降雨的影响不断向下滑动所致。说明2004年加固中的坡面贴坡土层与原坝面未形成有效结合，存在逐渐下滑的趋势。

为了进一步研究大坝背水坡培土情况，在滑坡位置布置了探井，由探井资料分析，坝坡填土岩性较杂。该探井挖深2.2m，揭露岩性上部1.3m 为粉质粘土夹中粉质壤土，黄色，稍湿至湿，可塑状态，结构松软，用铁锹很容易挖取；下部为0.90m 灰色粘土，稍湿，可塑至硬塑状态，结构密实，用铁锹需很用力才可挖取，两岩性接触面土的含水率明显增高，土很湿，且灰色土顺坝坡方向倾斜。

通过坝坡的探井分析，坝坡表层1.3～2.0m 土层岩性多样，粘性土夹砾、卵石多，全风化土料（红色粘土夹砂砾石、卵石和碎石），少部分为较纯的粉质粘土和中粉质壤土，上述表层土结构不密实，易渗水。下部为致密状灰色粘土，渗透性差，与表层土相比为相对隔水层。汛期或长期雨期，表层土接受大气降水，水沿土层下渗至灰色粘土层表面时受到阻挡，使得两岩性交界处土含水率增大，甚至达饱和状态，内摩擦角减小，降低了土的抗滑强度。当抗滑力小于下滑力时就会产生滑动。由于坝段土料岩性不同，抗滑强度不同，不同土料分层处较易产生滑动。

3 加固方案比选

针对下游坝坡抗滑稳定安全系数偏小，加固设计时考虑了坝脚设压重平台、搅拌桩加固土体、抗滑桩三个方案。

3.1 方案比选

3.1.1 坝脚设压重平台

通过在坝脚设置压重平台，增加了坝坡的抗滑力矩，从而达到增强坝坡稳定性的目的。压重平台的土料宜选用粗粒土，以利于坝体排水。压重平台方案施工简单，投资较省，对一般土石坝坝坡加固有较好的适用性。但压重平台方案需要增加工程占地，改变了坝坡现状，影响坝体美观。经计算，本工程压重平台高4.0m，顶宽18.0m，可就近利用坝坡翻压的弃土，对本工程较为适宜。

3.1.2 搅拌桩加固土体

本工程由于坝基存在软弱土层，易形成滑动面，可以考虑改善该部分土体的物理力学指标，提高软弱土体的内摩擦角和粘聚力，达到提高坝坡稳定性的目的。本工程考虑采用水泥土搅拌桩方案，改善软弱土体的性质。该方案基本不改变坝坡现状，对周围环境影响较小。但水泥土搅拌桩提高软弱土层的力学指标难以准确量化，且施工工期较长。设计中参考复合地基计算方法，合理确定置换率。共布置了5 排搅拌桩，桩身直径0.5m，间距1.0m，正三角形布置，置换率为23%。根据相关文献，搅拌桩的粘聚力一般取抗压强度的20%～30%，内摩擦角一般为20°～30°。

3.1.3 抗滑桩

坝坡加固采用刚性抗滑桩方案，即通过抗滑桩阻止坝坡土体滑动，增强坝坡的稳定性。加固设计考虑采用混凝土灌注桩，双排布置，桩身直径0.8m，纵向间距1.8m，桩长18.0m。为增强抗滑桩的整体刚度，在抗滑桩桩顶设冠梁，使抗滑桩纵、横向拉结起来。抗滑桩方案对地基的适应性较强，抗滑效果较好；但施工工艺复杂，工期长，投资大。