水泥土搅拌桩在堤坡稳定中的应用

2021-07-09张宁宁

水科学与工程技术 2021年3期

张宁宁

（河北省水利规划设计研究院有限公司，石家庄 050021）

水泥搅拌桩作为复合地基的一种形式，具有造价低、环境污染少、施工工期短、加固费用低、无排土隆起、设计灵活等特点［1］，适用于处理正常固结的淤泥、淤泥质土、素填土、软塑与可塑状的黏性土、稍密与中密的粉土、松散与中密的粉细砂、松散与稍密的中粗砂、饱和黄土等土层［2］。本文以黄骅市新石碑河治理工程为实例，对临水侧堤坡在无水工况与设计沥水骤降期工况下，分别进行堤坡稳定处理计算，并对水泥土搅拌桩的桩身位置进行了探讨分析，对实际工程具有一定参考意义。

1 工程概况与地质条件

1.1 工程概况

新石碑河是运东地区直接入海的排水干流之一，起始于黄骅市大浪白村，傍南排河南侧向东至赵家堡入渤海。新石碑河河道全长46.4km，在黄骅市境内长约24.857km，共2段，分为河道中上游段长22.523km，桩号范围为0+000～22+523；河道下游段长2.334km，桩号范围为44+084.35～46+418.09。现状河道淤积严重，排涝能力低。本次工程对新石碑河黄骅市境内全线进行治理，主要工程内容为河道清淤疏浚。河道基本情况如表1。

表1 新石碑河黄骅市段基本情况

续表1

河道汛期多年平均高潮位为1.50m，多年平均汛期潮位为0.30m，多年平均低潮位为-1.37m。河道两岸以农林用地为主，城区段周边用地多居住、商业用地，入海口处河道两岸现有部分渔船码头、养殖及盐业生产的引水口。该河道为沧州东部区域重要的季节性排水河道。该河道桩号44+200～45+200范围内存在较厚淤泥质黏土，且分部较广，承载力极低。综合征地及施工对周围的影响，确定采用水泥土搅拌桩对堤坡进行稳定处理，从而保证堤坡的抗滑稳定性。

1.2 工程地质条件

根据地质勘察结果表明，在桩号44+200～45+200范围内堤身与地基存在Ⅳ单元淤泥质黏土，力学强度较低，其余地层自上而下主要物理力学指标如表2。

表2 土层物理力学指标

2 堤坡处理方案

本文选取桩号44+200的地质剖面作为计算断面；河底设计高程为-2.49m，多年平均低潮位为-1.37m，设计河底宽为35m，设计边坡为1∶3，设计基本参数如图1。

图1 边坡设计基本参数单位：m

本工程堤防级别为5级，根据规范［3］堤防抗滑稳定计算采用简化毕肖普法，采用河海大学水工结构有限元分析系统AutoBank 7.7计算；计算采用两种工况：

工况①：无水工况。

在无水工况下抗滑稳定系数K=1.12。

工况②：设计沥水骤降期。

设计沥水骤降期为设计水位从1.681m经120h骤降至多年平均低潮位-1.37m。

在设计沥水骤降期下抗滑稳定系数K=0.94。

工况①、②的抗滑稳定系数K均不满足规范规定（K≥1.2）要求，故对堤坡进行处理。本文将采用水泥土搅拌桩对不稳定堤坡进行处理。

处理方案采用4种：①水泥土搅拌桩设在堤坡脚位置；②水泥土搅拌桩设在堤坡肩位置；③水泥土搅拌桩同时设在堤坡脚与堤坡肩位置； ④水泥土搅拌桩设在堤坡中间位置。设计拟采用水泥土搅拌桩桩径为0.6m，桩间距为0.8m，处理范围为桩号44+200～45+200。

3 计算结果分析

取水泥土搅拌桩参数经验值：c=180kPa，φ=25°；此次计算采用桩土分离法［4］，即运用有限元法在划分好网格的计算单元中对桩体及各层土体分别进行参数赋予，然后再进行计算。4种方案的计算结果如表3。

表3 不同方案下抗滑稳定系数

水泥土搅拌桩在不同位置时的各工况下的滑弧面如图2，其抗滑稳定系数如表3。

图2 计算成果图

由表3可看出，在相同的桩间距、桩径、桩长及排数下，只有桩位置在堤坡中间时抗滑稳定系数满足要求，其滑裂面穿过水泥土搅拌桩，另外桩对河道内土体起到了一定的抗隆起作用。当搅拌桩设在堤坡脚时，其滑裂面滑出端在搅拌桩处截止，在此处设置搅拌桩，可以有效地抑制渠道间土体隆起，但对边坡稳定作用很小；当搅拌桩设在堤坡脚、肩时，其滑裂面起滑部位从搅拌桩开始，滑裂面滑出端为自由滑出，这种位置搅拌桩的作用不大；当搅拌桩同时设在堤坡脚与堤坡肩时，其滑裂面在坡肩与坡脚之间出现，这种位置搅拌桩不仅起不到抗滑作用，还浪费材料，得不偿失。

综上，当水泥土搅拌桩在堤坡中间情况为最优位置；在工况①时抗滑稳定系数为1.85，在工况②时抗滑稳定系数为1.66，其抗滑稳定系数均大于1.20，满足设计要求。搅拌桩采用了双排桩，桩长为14m，桩径为0.6m，桩间距为0.8m。