珠三角深厚软土地区某堤防失稳成因分析及治理方案

2022-09-27夏雪莲

陕西水利 2022年10期

夏雪莲

（中山市水利水电勘测设计咨询有限公司,广东中山 528403）

1 概况

某失稳堤防位于珠三角地区深厚软土地区,堤防级别为3 级,堤顶高程约为5.5 m,堤顶宽度8 m,迎水坡坡比为1∶3,坡面以下有宽约10 m的滩地,滩地面高程约在1.20 m,滩地以下为主河槽,河底高程约-5 m；背水坡坡比为1∶2.5,坡脚有约5 m宽、高程为2.5 m的荒草地,草地后为联排的鱼塘,鱼塘底高程约-1 m。失稳前,鱼塘正在进行吹填作业,填土高度为3.5 m,填土高程为2.5 m,填土范围为现状地脚线外沿30 m左右。失稳前堤防断面图见图1。

图1 失稳前堤防断面

失稳后,经现场实测,迎水坡堤脚滩地被滑坡体挤压隆起,堤顶路垮塌了约3 m,垮塌部位高程降低了约0.64 m,失稳后堤防断面见图2。

图2 失稳后堤防断面

堤防失稳事故发生日前连日强降雨,12 h最大雨量超过300 mm,当日24 h内,通过上下游水位站实测水位资料,推求得到失稳位置外江最高洪（潮）水位为3.66 m,最低洪（潮）水位为-0.50 m。

经询问现场管理人员,该段堤防失稳前靠近堤顶内侧有明显的纵向裂缝,裂缝断面呈“V”字形,上宽下窄,顶部缝宽约有5 mm,横向裂缝发育较少。

2 工程地质和水文地质条件

本段失稳堤防在10 年前进行了堤防达标加固,4年前进行了大堤灌浆工作,2 年前在距离失稳堤防大约500 m处进行过地质勘察工作,根据该地质勘察报告,该处的工程地质剖面共布设有3 个钻孔,中间孔位于堤顶,迎水侧孔位于滩地,背水侧孔位于堤脚。该3 个钻孔揭露的地层分布自上而下依次为：杂填土、素填土、淤泥质土、淤泥质粉砂、淤泥质土、粉质黏土、细中砂、圆砾、中风化花岗岩。

场地的人工填土层（杂填土、素填土）厚度,厚度变化较大,为0.4 m～5 m,主要由粉质黏土回填而成,含少量砂、砾成分,局部含碎石、块石等,土质不均匀,堆填时间达十年以上,填筑质量一般,局部均匀性较差,多属于中等透水。

场地的软土层主要为淤泥质土、淤泥质粉砂层,分布较广泛,其中淤泥质土层厚2.9 m～15.7 m,淤泥质粉砂层厚2 m～19 m,其下还有一层厚8.3 m～15.7 m厚的淤泥土层,软土平均厚度达到30 m,软土具有高含水量、大孔隙比、高压缩性、欠固结、弱透水性、高流变性等特点,易产生不均匀沉降。

根据报告,各岩土层工程特性指标建议值见表1。

表1 各岩土层工程特性指标建议值统计表

该区域的地下水类型主要以孔隙潜水为主,由于上部覆盖淤泥质土层较厚,与外界的水力联系较弱,下部砂层、圆砾层水量丰富,处于饱和状态,属于微承压性。地下水位变化受季节降雨的影响较大,水位年变化幅度约为1 m～4.5 m,受涨潮和退潮的影响较大,勘查期间测得该位置地下水水位高程为1.2 m～2.3 m。

3 失稳工况及抗滑稳定计算分析

3.1 计算工况

堤防失稳事故发生当日,外江最高潮位为3.66 m,最低潮位为-0.50 m,24 小时内水位变化较大,故失稳工况的模拟分析选用水位降落期。又由于失稳前堤后鱼塘正在进行吹填作业,对堤身和堤基现状土体均有扰动,故计算时抗剪强度指标采用直接快剪指标,计算工况组合见表2。

表2 失稳工况计算模型

3.2 计算结果

抗滑稳定计算采用理正软件,圆弧滑动法进行计算,计算结果见图3。

图3 失稳工况下最危险圆弧滑动面

从计算结果可知,最危险圆弧滑动面穿过淤泥质土、淤泥质粉砂层,抗滑稳定安全系数为 0.931,小于规范要求的1.20。将计算得到的最危险圆弧滑动面与失稳后断面进行对比,发现理论计算的滑动面与实际的滑动面基本拟合,说明理论计算和事实基本吻合[1-3]。

4 失稳成因分析

（1）本段失稳堤防堤基分布有较厚的淤泥质土、淤泥质粉砂层,属于中～高灵敏度,易产生压缩变形、侧向滑移或挤出。

（2）根据钻孔,堤前滩地上粘土层仅有1 m～2 m,以下即为深厚的淤泥质土层,滩地上植被较茂盛、滞水较多,含水率基本长期处于饱和状态。

（3）迎水坡和背水坡现状的坡面均为杂草,且非常茂盛,在长时间强降雨的情况下,雨水排出不畅,渗入到堤身土体内,造成堤身内含水率达到饱和状态土体的土层较厚。

（4）失稳前堤后鱼塘吹填的土体堆载较高、含水量大,又加上连续降雨、无排水措施,造成吹填的土体几乎完全饱和,堤后地下水位较高,当退潮的时候,出现堤后水位高于堤前水位。

（5）堤防失稳当日外江最高水（潮）位3.66 m,最低水（潮）位-0.50 m。最高水位逼近警戒水位,且24小时内水位降落较大,达到4.16 m。

（6）该段堤防堤顶路上来往车辆比较多,车速比较快,而且部分为重型货车,对堤身产生的震动作用导致堤基的软土层与砂土层产生一定程度的液化和变形。

（7）查询该段堤防进行达标加固时的设计图纸,此段进行了堤前加固,加固前堤基为滩地,加固时未进行堤基处理,直接在现状堤防基础上进行的加高培厚,培厚约2 m～3 m,宽度较窄,施工方法采用机械压实,由于培厚宽度较窄,根据经验判断新堤的压实度较差,造成新填堤身的渗透系数相对较大,而背水侧老堤堤身的渗透系数相对较小,在长时间洪水的浸泡下,洪水渗入新堤较快,而渗入老堤较慢,就导致堤身内的渗水无法及时顺利地排出,集中在新老堤身结合面处,随着在新老堤结合面处集中水量的增加,堤身内浸润线不断的往上移,从而导致了该段堤防的失稳。

5 失稳段治理方案

根据区域地质情况和失稳后现场已形成的地形条件,结合失稳堤防的等级、施工条件、施工工期、投资等因素,最终选择的治理方案如下：

（1）将失稳后滩地上隆起部分的土体挖出,并继续清理掉原来滩地上的杂草、杂树等,并采用粉质黏土进行回填,回填厚度大于等于2 m,回填高程为2.0 m,回填宽度为10 m,滩地以下迎水坡坡比为1∶3,坡面和滩地上撒草籽护面。

（2）将堤防迎水坡失稳部分的土体全部挖除,并进一步挖除早期堤防加固中遗留在结合面部位的杂物,将清理干净的坡面放缓至1∶4,堤身填筑时应先将老堤坡面做成台阶状便于新回填的堤身与老堤身紧密结合。为提高失稳段堤防的抗渗能力,减小外江高水位时渗入堤身的水量,降低堤身浸润线的高度,在堤防的迎水面增设粘土斜墙。粘土斜墙具体的做法为：斜墙顶部宽4 m,坡比1∶4,与滩地连接,斜墙底部低于滩地地面2 m,从而形成一道粘土齿墙,增加堤身抗渗能力。斜墙回填土压实度不小于0.93。迎水坡平面采用撒草籽护面。

（3）堤后鱼塘内吹填土的高程降低至2.0 m,吹填土范围为堤后30 m,压渗平台边坡1∶4,平台和坡面均撒草籽护面,沿现状堤脚和压渗平台的坡脚均设纵向排水沟,压渗平台上设横向排水沟,及时排掉背水坡和压渗平台上的滞水。