汲東干渠李大沖內壩滲漏及塌方處理

李大銀

摘 要：根據工程現狀及存在的問題，結合工程地質。主要內容包括險情描述、原因分析、加固措施、計算分析等。

關鍵詞：汲東干渠 砂樁 計算分析

1工程概況

李大沖內壩位于汲東干渠右岸樁號3+800-4+400，現有堤長600m，現有堤頂高程為63.59-64.28m，堤頂寬2.5-3.0m，最大堤高12.0m。迎水坡坡比1：2.0～1：2.3，背水坡坡比1：2.2～1：2.5；大堤上游為混凝土護坡，下游堤坡均為天然雜草護坡，堤腳水塘長213m。

2險情描述

2013年7月15日（干渠水位與設計水位持平）上午汲東管理所管理人員巡堤檢查發現，李大沖內壩背水坡部分壩段滲漏嚴重，逸出點高程位于一級平臺以上，壩頂外側出現縱向裂縫，上午9時，我院設計人員趕赴現場，對險情情況進行了認真檢查和現場測量：現狀塌陷長度119m（樁號為3+938-4+057），堤頂外側最大塌陷高度1.8m，部分壩段形成直立滑坎，一級平臺以上存在多條縱向裂縫，最大裂縫寬度25.0cm，平臺下坡面微微隆起、堤腳外移2～3m。

3險情的原因分析

1、堤身未做防滲處理，滲漏嚴重，外壩腳加培土方粘性較高，透水性差，堵塞了原坡面的滲水通道，使堤內浸潤線抬高，滲水飽和引起土體抗剪強度降低。

2、堤腳失去支撐而引起的塌陷。由于施工時未將堤腳的水塘（3+886-4+063，長177m）未及時回填，也未徹底清基，在坡面重力及滲透壓力作用下，坡腳淤泥固結沉降，造成坡腳失穩。

3、遭遇暴雨而引起的塌陷。汛期水位較高，堤身的安全系數降低，遭遇暴雨或長時間連續降雨，堤身飽水程度進一步加大，特別是對于已產了縱向裂縫的堤段，雨水沿裂縫很容易滲透到堤身的深部，裂縫附近的土體因浸水而軟化，強度降低，最終導致塌陷。

4、渠道運行水位較高，汲東干渠李大沖近期水位多次達到甚至超過設計水位。

4加固措施

1、李大沖內壩堤身防滲采用沿距內堤肩1.5m處采用多頭小直徑攪拌墻（3+752-4+202，水塘范圍采用雙排多頭小直徑攪拌墻），防滲墻底部深入相對不透水層及渠底下不小于1.5m。多頭小直徑鄰孔施工搭接寬度10cm，成墻厚度為44.8cm（單排22.4cm）初步擬定水灰比為1.0，水泥摻入量為10%～15%（質量比），施工前應根據現場試驗，進一步確定防滲墻施工工藝參數。垂直度：施工前應使樁機水平，使鉆桿保持垂直，垂直度誤差不大于1/300。

2、堤腳平臺高程55.20m寬10m（3+805-4+092，長287m），平臺以下坡比1：3.5，堤腳水塘采用人工拋石至高程52.60m。

3、對原平臺高程61.20m以下至堤腳平臺范圍內采用砂樁排水固基兼抗滑，砂樁所使用材料為中粗砂摻瓜子片（中粗砂2/3，瓜子片1/3），瓜子片粒徑1-2cm，含泥量不得大于5%。砂樁的直徑采用D=40cm，砂樁中心間距250cm，水平排距5.0m，砂樁長度按照伸入新老堤防結合面以下2.0m來控制（3+872-4+132，長260m）。

4、本次砂樁之間采用縱向排水砂溝連接，每10m設置一道橫向排水砂溝，排至下游排水棱體處，構成完善的排水體系，縱橫排水砂溝斷面均為底寬0.5m，高1.0m，邊坡1：0.5，下部填筑砂石料，上部粘土回填。坡面設縱橫排水溝。

5、堤頂滑塌及表面裂縫本次擬將表面浮土挖掉，坡面開挖成臺階狀，回填粘土，利用人工或輕型碾壓機械進行壓實，上部覆蓋花雨布防護。

5計算分析

1、計算工況

根據《堤防工程設計規范》（GB50286-2013），計算工況采用正常運用條件和非常運用條件。正常運用條件：設計水位下的背水坡；非常運用工況：非常運用條件Ⅰ，施工期的背水側堤坡；非常運用條件Ⅱ，設計水位+遭遇強降雨時的背水側堤坡。

采用瑞典圓弧法，2級土堤正常運用條件下的抗滑穩定安全系數為1.25，非常運用條件Ⅰ下的抗滑穩定安全系數為1.15，非常運用條件Ⅱ下的抗滑穩定安全系數為1.05。渠道設計水位62.83m。

2、物理力學指標

○1人工填土：濕容重γ=19.2KN/m3，飽和容重γsat=19.57KN/m3，有效應力指標C′=30kPa，φ′=10.0°；

○2重粉質壤土：濕容重γ=19.6KN/m3，飽和容重γsat=19.84KN/m3，有效應力指標C′=25kPa，φ′=8.0°；

○3粉質粘土：濕容重γ=19.9KN/m3，飽和容重γsat=20.14KN/m3，有效應力指標C′=36.5kPa，φ′=12.0°；

3、力學指標的選用

地質勘察單位根據規范要求對各滑坡段進行了靜力觸探和標準貫入試驗，做了室內土工試驗。滑體及滑床的容重采用土工試驗資料的標準值。計算時，首先假定穩定系數Fs為1.0，根據以往滑坡治理經驗及本滑坡土工實驗結果，擬定滑面內摩擦角Φ值，

多頭小直徑+固腳平臺，Φ值降低45%，

多頭小直徑+棱體排水，Φ值降低60%，

代入滑坡推力公式進行反復迭代，推求滑面粘聚力c值，滑面c、Φ值反算成果如下：

多頭小直徑+固腳平臺，C′=7.4kPa，φ′=5.5°；多頭小直徑+固腳平臺+砂樁置換，C′=7.7kPa，φ′=5.7°；多頭小直徑+棱體排水，C′=6.0kPa，φ′=4.0°；

4、滑坡推力計算

選取新老土體結合面作為滑裂面，新加培土體作為滑體計算下滑力。滑坡推力計算采用條分傳遞系數法。

經計算，復合地基承載力F=83.23 Kpa，承載力提高系數1.04，土體抗剪參數參照承載力系數提高4%。滑面c、Φ值分別取值為7.7Kpa，、5.7°，安全系數提高到1.4。

結論，多頭小直徑+固腳平臺，最大下滑力111.6KN/m，出口推力-2.47KN/m，背水坡穩定安全系數1.20；多頭小直徑+固腳平臺+砂樁置換，最大下滑力113.0KN/m，出口推力-0.25KN/m，背水坡穩定安全系數1.40；多頭小直徑+棱體排水，最大下滑力143.1KN/m，出口推力54.08KN/m，背水坡棱體排水穩定安全系數1.57；李大沖內壩背水坡在正常運用條件和非常運用條件下均滿足規范要求。

5、邊坡穩定復核

堤防抗滑穩定分析采用河海大學土木工程學院開發的“Slope-土石堤穩定分析系統”進行計算，計算方法采用瑞典圓滑法。穩定滲流期穩定計算施工期采用有總力法；其他計算采用有效應力法。

根據《堤防工程設計規范》的規定，渠道岸坡土料的物理力學指標施工期均直接采用地勘報告的建議值，設計水位、設計水位下遭遇強降雨時直接采用滑坡力學指標反算值，并將此指標值作為抗剪強度的有效應力指標值使用。計算成果如下：

設計水位時：有效應力法安全系數1.34，規范值1.25；

施工期：總應力法安全系數1.76，規范值1.15；

設計水位+遭遇強降雨：有效應力法安全系數1.09，規范值1.05；

結論，李大沖內壩背水坡在正常運用條件和非常運用條件下均滿足規范要求。

6結論

該工程背水坡通過砂樁的置換作用和排水作用，不僅加快地基的固結沉降速率，而且減小堤基的施工后沉降。經過幾個汛期實踐證明，處理效果明顯。

參考文獻：

1.《堤防工程設計規范》（GB50286-2013）

2.《建筑地基處理技術規范》（JGJ79-2012）