禹王排涝站毛家湖大沟清淤复堤工程堤防塌方处理方案

赵丰林

一、工程概况

安徽省淮南市禹王排涝站毛家湖大沟清淤复堤工程上起毛集试验区毛集镇节制闸，下至禹王排涝站，全长5.556km，流域面积7.3km2。毛家湖大沟为平原河道，沿程地面高程在17.00～20.00m 之间，地面比降在1/10000 左右。

淮南市禹王排涝站毛家湖大沟堤防位于禹王排涝站上游的毛家湖大沟两岸，为4 级堤防，堤防防洪标准为20年一遇，设计防洪水位为19.06～18.50m， 河道及堤防内外边坡全部为1∶2.5，堤顶宽度为4m，河底高程为14.56～14.00m， 河底宽是20m。毛家湖大沟清淤复堤施工期间，由于地质发生局部变化，共有4 处发生滑坡，现选择右岸桩号1+658～1+788 段作为典型设计，进行软弱地基处理计算。右岸新筑堤防（桩号为1+658～1+778）发生滑坡，滑坡段总长130m，堤防背水侧紧邻一条排涝沟，新筑堤防迎水侧和背水侧均出现滑坡，两侧堤基有明显淤泥挤出，致使堤防在填筑期间难以成型。

滑坡段位于相邻勘察断面之间，设计阶段难以发现，经现场调查走访，滑坡处原是坑塘，塘底较深。勘察单位对地质情况进行了补充勘探，勘探资料显示，滑坡段堤基为第②层淤泥质粉质粘土、第④层淤泥质粉质粘土和第⑤层粉砂。各土层力学指标见表1、表2、表3。

表1 渗流稳定及抗滑稳定计算参数表

表2 两侧联排水泥土搅拌桩复合参数计算表

表3 中间分布水泥土搅拌桩复合参数计算表

按照施工期天然地基土抗剪强度指标，采取瑞典条分法和毕肖普法分别对滑坡段进行抗滑稳定计算，堤防外侧和内侧抗滑稳定安全系数分别为0.76和0.84（瑞典条分法）、0.81 和0.88（毕肖普法），均小于规范规定值1.05。

二、处理方案比选

根据计算，施工期最危险圆弧滑动面最低处位于河底高程以下3.5m（具体高程为10.89m）。堤防滑坡后，土体失去抗剪强度，若条件允许可考虑直接挖除重新填筑，但该段堤防处在老河道上，软弱堤基分布范围较广，埋深较大，淤泥质粉质粘土埋深最大处达14m，堤基挖除土方量大，施工难度较大。经综合考虑，现拟定2 种方案进行比较，一种为水泥土搅拌桩进行堤防抗滑加固处理，另一种为水泥土搅拌桩结合块石挤淤的方法进行堤防抗滑加固处理。

从经济方面进行比较：水泥搅拌桩处理方法，需干式Φ0.5m 水泥土搅拌桩长度19350m，总造价69.7 万元；水泥搅拌桩结合块石挤淤处理方法，需干式Φ0.5m 水泥土搅拌桩长度4185m，块石6370m3，总造价97.9 万元。

通过经济比较，可知水泥搅拌桩结合块石挤淤法，造价偏高，由于块石的工程量较难估算，暂按置换率25%考虑，该工程实际造价在此基础上偏高或偏低都有可能。但由于块石挤淤要求的工期较长，还要考虑后期堤防的抗渗透问题，本次设计采用水泥搅拌桩进行堤防抗滑加固处理。

三、水泥土搅拌桩设计

（一）理论计算依据

根据以往经验，采用水泥土搅拌桩处理土体后，土体的抗剪强度指标数值肯定会有一定的提升，但如何定量计算分析处理后的土体抗剪强度指标比较困难。本次理论及计算公式参考论文《水泥土搅拌桩在某堤防滑坡处理中的应用》中的内容，对土体采用摩尔-库仑模型模拟，即对搅拌桩采用“均质化”处理。所谓“均质化”，就是根据强度等效原理，把搅拌桩和桩间土等效为“均质复合体”把桩均匀地“弥散”到整个加固区域，以求得加固土体的等效强度指标，在有限元计算中网格的划分不再单独考虑桩体的存在。处理后，地基抗剪强度指标Csp和φsp分别按下式计算：

Csp=Cs（1-m）+mCp

tanφsp=（1-m）tanφs+mtanφp

式中：Cs、φs为天然土体强度指标；Cp、φp为桩身强度指标；m 为土体置换率。

（二）工程布置

本次工程采用梅花型布置，桩间距取1.4m（桩中心距），桩直径取0.5m，实施范围为迎水侧堤脚至堤腰2.92m，纵向共3 排，沿堤线长130m；背水侧堤脚至堤腰4.14m，纵向共4 排，沿堤线长130m。考虑到加强堤防抗滑的稳定性，在两侧联排桩之间，按5.5m×5.5m 布置格栅状水泥土搅拌桩，将堤基淤泥分隔为小块，防止淤泥的整体扰动。搅拌桩穿过软弱土层，并进入抗剪强度较高的粉砂层，桩身入粉砂层2.5～3.5m。水泥土搅拌桩平面布置图详见图1。

图1 水泥土搅拌桩平面布置图

四、结论

经渗流稳定与抗滑稳定复核计算，结论如下：

（一）渗流稳定

正常运行期，地基处理后，最大出逸比降0.11，小于允许出逸比降0.5，满足安全要求；水位骤降期，地基处理后，最大出逸比降0.25，小于允许出逸比降0.5，满足安全要求。

（二）抗滑稳定

施工期，地基处理后，堤防迎水侧抗滑稳定安全系数1.12，堤防背水侧抗滑稳定安全系数1.3，全部大于规范规定的安全系数1.05，满足安全要求；正常运行期，地基处理后，堤防迎水侧抗滑稳定安全系数2.12，堤防背水侧抗滑稳定安全系数1.23，全部大于规范规定的安全系数1.05，满足安全要求；水位骤降期，地基处理后，堤防迎水侧抗滑稳定安全系数1.74，堤防背水侧抗滑稳定安全系数1.09，全部大于规范规定的安全系数1.05，满足安全要求。

目前，该工程按上述方案施工并已安全运行4年，运行情况良好■