湖区堤防滑坡治理及稳定分析研究

2022-05-29詹旺林

江西水利科技 2022年3期

关键词：木桩抗剪堤防

詹旺林

（江西省九江市水利电力规划设计院，江西九江，332000）

0 引言

滑坡是湖区堤防常见的险情之一。湖区堤防一般座落于较软弱的湖滩之上，在软土地层上修建堤防，往往容易发生沿最大剪应力带的剪切破坏，此类滑坡险情发展快、滑裂面深，治理难度大。

为及时制定行之有效的治理方案，首先必须找出滑裂面的位置。滑坡发生时，滑裂面土体产生剪切破坏，土体发生重塑，其物理力学指标显著降低。在实际工作中可充分利用这一特点，采用静力触探设备在现场寻找滑裂面。

滑坡治理的主要技术途径为：减小下滑力或消除下滑因素，增大阻滑力或增加阻滑因素，任何滑坡治理工程都是围绕上述两条途径来开展的。松木桩富含松脂，防腐能力强，古时便有“水上千年杉，水下万年松”之说。因具有取材方便、价格便宜、施工进度快等优点[1]，松木桩被广泛应用于软土堤基的滑坡治理中，通过截断滑裂面、增大阻滑力，达到提高堤坡稳定性的目的。

本文基于工程实例，采用静力触探技术和理论分析方法推算滑裂面的位置，提出了填塘控源、块石固脚、木桩阻滑的综合治理方案。同时，采用理论分析方法分别对沿现有滑裂面的滑动、沿桩顶的浅层滑动及沿桩底的深层滑动的稳定性进行分析计算，以验证治理方案的可靠性。

1 概述

1.1 险情概况

2016年12月14日凌晨3点，江西省九江市彭泽县芳湖堤迎水坡发生滑坡险情。自堤顶发现纵向裂缝，到产生滑坡破坏，时间较短，险情发展很快。堤顶整体下挫滑塌，迎水坡堤脚向河道进占5～10m。滑坡平面呈弧形，滑坡体上口宽约42m，下口宽约66m，分布面积约4200m2，滑坡体积约6.5万m3。芳湖堤所在位置示意图见图1。

1.2 地质概况

工程区地层从上至下分为以下几层：①人工填土层（rQ）：为堤身填土，主要为壤土，厚度2～8m；②第四系全新统湖积层（lQ4）：主要为壤土、黏土，灰色、灰黑色，软可塑状，含腐殖质，局部混夹粉砂薄层，呈透镜体状分布，厚度2～15m；③第四系全新统冲积层（alQ4）：主要为黏土，层厚较大，未揭穿，最大揭露厚度15m。各土层物理力学指标建议值见表1。

表1 各土层物理力学指标建议值[2]

图1 芳湖堤所在位置示意图

1.3 滑坡原因分析

查阅设计、施工等相关资料及现场实地勘察。经分析，认为产生滑坡的原因主要有以下几个方面：

（1）堤基较软弱。此堤段原为河道湖汊。堤基坐落于湖积层，主要由具中等偏高压缩性的软可塑状壤土、黏土组成，层厚大、埋深浅，易产生堤基压缩变形致堤防失稳滑坡[3]。

（2）堤内水塘向湖区反向渗透。距背水坡堤脚15m处有一水塘，塘内水位13.50m（黄海高程，下同）。养殖企业为了方便捕捞，持续开闸向长江放水，导致芳湖水位短时间下降较快，水位骤降使堤防两侧水位差近3.5m（滑坡发生时芳湖水位10.05m），岸坡内产生较大渗透压力，堤身土体抗剪强度降低[4]，引起迎水坡失稳滑塌。

（3）受居民活动的影响。此段堤防堤顶及背水坡均为居民住房。为了扩大门前活动场所，居民在堤防迎水坡填土并修建挡土墙以拓宽门前地坪。附加荷载使堤身填土呈现应变软化[5]，发生不均匀沉降，导致土体拉裂形成裂缝。降雨入渗导致土体的抗剪强度降低，增大了滑坡发生的概率。

2 滑裂面位置的推断

为了确定治理方案，采用理论计算和静力触探两种方法确定滑裂面位置。

2.1 理论计算成果

根据各土层的渗透系数、上下游水位、滑坡发生前的堤身断面，采用理正渗流计算软件得出流网。再根据流网、各土层的物理力学参数，结合滑坡体上、下缘的位置，计算得出符合本次滑裂面特征的最不利滑弧。通过计算可得最不利的滑弧半径32.2m，滑弧位置见图2。

图2 理论计算及静力触探推测的滑裂面

2.2 静力触探成果

由于滑坡发生时，滑裂面土体产生剪切破坏，因此土体发生重塑。重塑土抗剪强度比原状土显著降低，因此土层的锥尖阻力值qc最小的位置可认为是滑裂面的位置，这些点拟合得到的弧线，即为滑裂面[6]。

2.3 成果的选择和利用

两种方法得出的滑裂面如图2所示。从图中可以看出，两种方法得出的滑裂面基本接近。理论计算的滑裂面下滑体更深、阻滑体更小，因此从偏于工程安全考虑，堤坡稳定计算采用理论计算滑裂面成果，滑坡治理深度参考两种计算成果的下包线[6]。

3 应急治理方案与边坡稳定复核

3.1 应急治理方案

3.1.1 填塘消除反向渗透水源

背水坡堤脚水塘采用风化料填平至地面高程，水塘面积约5.92hm2，塘底平均高程12.1m，地面高程14.0m，填土方量约0.8万m3。

3.1.2 块石置换堤脚松散土体

采用块石置换堤脚松散的滑坡土体，增加阻滑体的重量，提高滑裂面的抗剪强度。为了提高置换效果，置换块石必须穿过滑裂面，综合考虑理论计算及静力触探得出的滑裂面成果，确定置换底高程为6.0m，底宽5.0m。

3.1.3 松木桩截断滑裂面

采用松木桩截断滑裂面，利用松木桩的抗剪强度增加阻滑力。为避免土体从桩间挤出，桩体间距不宜过大[7]；同时，为了保证松木桩自身的稳定，避免桩体在滑坡推力的作用下整体滑动，桩底必须深入滑裂面以下一定深度；另外，为了增加松木桩的整体性，充分发挥其力学性能，桩头顶部采用0.5m厚钢筋混凝土板联结成整体。

选取顺直木桩，采用静力压桩方式，松木桩梅花形布置，大头朝上，梢部桩径不小于10cm。松木桩设3排，排距1.0m，桩距0.5m，桩长9.0m，深入滑裂面以下不小于3.0m。

3.1.4 堤身断面恢复

采用黏土恢复堤身，填筑碾压密实度不小于0.91。堤顶宽4.0m，迎水坡在13.5m高程处设3.0m宽二坡台，13.5m高程以上边坡1∶2.0，13.5m高程以下边坡1∶2.5，坡面采用10cm厚C20混凝土预制块护坡。

3.2 抗滑稳定复核

3.2.1 假定滑裂面通过阻滑桩

由于滑裂面土体产生了剪切破坏，抗剪强度比原状土降低，因此必须校核沿现状滑裂面的抗滑稳定。土样在剪切过程中保持天然含水率不变，由此所得的抗剪强度Cu被定义为不排水剪强度。不排水剪强度能客观真实地反映滑裂面土体的性状[8]，因此滑裂面的物理力学指标采用静力触探得出的不排水剪综合抗剪强度。

不排水剪综合抗剪强度Cu目前常采用静力触探成果与十字板剪切试验成果对比，建立qc和Cu的相关关系进行推求[9]。根据《工程地质手册》（第五版）经验公式：Cu=71qc

式中：Cu为重塑土不排水剪强度，kPa；qc为重塑土锥尖阻力，MPa。

各地层原状土的抗剪强度、内摩擦角及重塑土的不排水综合抗剪强度值见表2。

表2 各土层滑动前后抗剪强度变化情况

查《结构用木材强度等级》LY/T2383-2014，松木桩的抗剪强度Fv取2.0MPa[10]，取沿堤轴线1.0m长为计算单元，单位长度范围内的松木桩可提供最大阻滑力为785kN。堤坡稳定安全系数按下列公式计算：

式中：k为堤坡稳定安全系数；F阻为阻滑力，kN；F滑为滑动力，kN；F土阻为土体提供的阻滑力，kN；F桩阻为松木桩提供的阻滑力，kN。

在高水位的情况下，芳湖水位发生骤降的可能性不大。因此，根据芳湖历年运行情况，选取对迎水坡稳定最不利的工况进行复核计算：枯水期芳湖水位14.00m，10天内骤降至10.00m。经计算，在最不利滑裂面情况下，土体的下滑力和阻滑力分别为2 425kN和2 347kN。未采用阻滑松木桩时，边坡稳定安全系数为0.97；当采用阻滑松木桩时，边坡稳定安全系数为1.29。边坡稳定计算成果见图3。