柳林河治理工程局部堤段滑坡水毀修復技術

李 松

(遼寧省東港市河道管理處，遼寧 東港 118300)

1 基本情況

柳林河是鴨綠江下游右岸的一級支流，發源于東港市長安鎮與鳳城市分界的油盤嶺山區，流經鐵甲水庫、前陽鎮，在丹東市主城區下游的海龍村匯入鴨綠江。柳林河全長39.4km，流域面積314km2。由于柳林河多年未經治理，目前未形成完整的防洪排澇體系，防洪標準低，河道淤積嚴重，安全承泄能力不足200m3/s；排水工程老化失修，部分穿堤建筑物破損嚴重，柳林河兩岸部分村屯和耕地，每到汛期經常遭受洪水上漲威脅，淹沒農田，周圍大棚、房屋進水，嚴重影響當地人民群眾生命財產安全。柳林河治理工程的主要任務是完善河道防洪體系，加高培厚堤防，清淤疏浚河道，改擴建配套建筑物，提高流域整體防洪能力。柳林河治理工程治理段河道總長9.09km，清淤長度9.09km，加高培厚堤防總長18.2km，新建穿堤涵閘2個，拆除重建涵閘16個。通過治理后防洪標準可以提高到10～20年一遇。

2 滑坡原因分析

2016年5月2日20時至5月3日10時，柳林河流域普降大暴雨，平均降雨量128mm，造成柳林河水暴漲，堤壩兩側耕地積水嚴重。當時正值施工期，人員及設備全部暫停施工。5月5日，施工單位發現，在河道樁號6+760、6+944、7+180、7+235、7+448處，土質堤壩迎水坡壩基深部發生剪切滑動破壞。由于工程尚未結束，局部壩段干砌石護砌、堤壩種植草皮護坡等措施尚未組織實施。經現場查看，論證分析，認為堤壩局部出現滑坡主要有以下原因：

(1)壩基土壤為粉質粘土、淤泥質粉質粘土和粉細砂組成，地勘報告表明，其物理力學性質較差，滲透變形類型為流土型。抗剪強度較低，堤岸岸坡及壩基土質抗滑穩定性較差。抗沖能力較差，在水流長期作用下，土壤中細顆粒容易被帶走，會對堤基造成破壞。堤基土壤有較高的壓縮性，會出現一定程度的沉陷和沉降變形。

(2)本次降雨強度較大，導致土壤入滲率加大，含水量較高。本次降雨歷時14h，春季的土壤干燥，吸收水份能力增強，土壤達到飽和狀態，造成土壤容重增加，抗滑能力降低。

(3)堤壩背水坡低洼處積水嚴重，在堤壩迎水坡滑坡處可以看出有少量清水滲出。表明壩基透水性差，背水坡土壤在積水長時間浸泡后，極易出現滲漏，造成堤壩土壤飽和，穩定性降低。

(4)河底清淤厚度0.6～1.2m，淤積多年的土壤被清除后，底部土壤被擾動，地基承載力降低。滑坡處堤壩加高厚度0.8～1.5m，對下部的土壤造成擠壓，表層土經洪水浸泡達到飽和，抗滑穩定性降低。

(5)本次降雨強度較大，洪水暴漲，流速加大，對河道轉彎段堤壩造成沖刷，迎水側新填筑的筑壩土掏蝕嚴重，加劇滑坡。

3 土堤滲流及滲透穩定復合

柳林河治理工程分以下4種工況復核計算堤壩滲流穩定：一是臨水側設計洪水位，背水側相應水位；二是臨水側設計洪水位，背水側為低水位或無水；三是洪水降落；四是背水側水位與堤頂齊平，臨水側為相應水位。柳林河治理工程堤基均屬于透水地基，滲流量計算按透水堤基均質土堤考慮，采用GB50286- 2013《堤防工程設計規范》公式計算：

3.1 滲流計算

按透水堤基均質土堤考慮。

修建在透水堤基上的均質土堤，滲流量計算方法是將堤身和堤基滲流量分開計算，總單位寬度滲流量為兩者之和，計算公式如下：

浸潤線計算公式如下：當k≤k0時，

式中，q—總單位寬度滲流量，m3/(s·m)；qD—不透水地基上求得的相同排水型式的均質土堤單位寬度滲流量；K—堤身土滲透系數；k0—堤基滲透系數；H1—上游水深，m；H2—下游水深，m；h0—下游逸出點高度；m1—上游坡坡率；m2—下游坡坡率。

3.2 背水坡滲流出口比降計算

本地區下臥層為透水地基，則透水地基均質土堤坡面滲流比降可采用GB50286- 2013《堤防工程設計規范》公式如下：

沿滲出段：

沿地基段：

堤身填土滲透變形為流土，參照參SL274- 2001《碾壓土石壩設計規范》，滲透破壞的允許滲透坡降計算公式：

J破壞=(GS-1)(1-n1)

相應的允許坡降可按下式計算：

式中，Gs—土粒比重，堤身2.67；n1—土的孔隙率，堤身0.49；J—滲透比降；KB—安全系數，取2.0。

經計算可得滲流比降成果見表1。

表1 滲流比降成果表

根據滲流比降成果表可以看出，堤基滲透比降J大于J允許，不滿足要求。

4 土堤抗滑穩定復核

土堤抗滑穩定復核計算采用GB50286- 2013《堤防工程設計規范》瑞典圓弧法計算公式，分為總應力法和有效應力法。計算時不考慮條塊間的作用力，各土條濕容重及飽和容重均按照土層變化，分別計算。計算工況分為以下幾種情況：一是設計洪水位下穩定滲流期的背水側堤坡；二是設計洪水位驟降期的迎水側堤坡；三是設計洪水位下穩定滲流期的迎水側堤坡。計算成果見表2。

表2 土堤抗滑穩定安全系數成果表

通過計算可知，在設計洪水位下穩定滲流期的迎水側堤坡，求得的安全系數小于允許值，不滿足抗滑穩定要求。

5 塌岸處理方案

由于堤壩出現滑坡情況正值施工期間，工程尚未結束，新筑堤防壩后低洼處排水溝道尚未開挖疏通，造成積水嚴重，壩體產生滲流。局部干砌石護砌尚未實施，造成滑坡面積增加。根據地質報告勘察成果，滲流和穩定復核計算結果，本次應急處理方案經比較后確定，對迎水側堤腳采取排水和壓重處理。一是壩后低洼處開挖排水溝，將積水導入兩側排水閘，降低壩體入滲水量。二是將塌岸土方用機械推運修整成圍堰，滑坡面修整成臺階狀。三是坡腳開挖深基槽，深度1.5m，底部寬度4.0m，開挖土方補充圍堰筑堤土，水泵及時抽水，開挖槽內不得積水。四是基槽開挖后，基槽外部采取挖掘機夯壓直徑0.15m落葉松木樁，深度4.0m，增加拋石整體穩定性。五是基槽拋填大塊毛石，單塊質量50kg以上，采用挖掘機鏟背夯實整平，回填筑壩土下部碎石填縫整平，上部鋪設400g/m2土工布。六是外運粘土筑堤，分層碾壓夯實，削坡成1∶2設計坡度。七是筑堤土外側填筑天然級配砂礫混合料，厚度0.2m，灑水夯實。八是砂礫料外側人工鋪設干砌石，厚度0.4m，石塊質量采用30～50kg以上規格，挖掘機壓實，凈高2.0m(柳林河為納潮河道，護砌至潮水位以下)。九是木樁外側填筑拋石，減輕木樁壓力，防止折斷。十是修筑圍堰土方考慮含水率較高，而且大部分為淤泥質粉質粘土，不能作為筑堤材料，須清理外運至壩后周圍低洼處，整平壓實。滑坡處理方案詳見圖1。

圖1

6 結論

本工程采取的應急處理方案，汛期經歷兩次洪水，堤壩均未出現堤壩裂縫、滲水和滑坡險情。壩上經過車輛、機械多次振動碾壓，滑坡段也未出現沉降、位移等變形。結合后期種植的草皮護坡，防沖能力提高，穩定性增加，減少了汛后重新拆除重建的費用，保證了堤壩防洪安全。在平原地區河道治理工程設計過程中，要考慮河道兩側坡腳處淤積的土質和水流沖刷情況。河底較寬的河段，可以采取復式斷面；河底較窄的河段，坡腳處要采取工程措施進行防護。堤壩填筑過程中，壩后低洼處要開挖排水溝，及時排除積水，避免雨水匯集滲入堤壩。

[1] 趙睿昌. 中小河流農村河道存在的主要問題和治理[J]. 中國經貿導刊, 2017(05).

[2] 孟懷亮.淺談河道的生態治理方法[J]. 建材與裝飾, 2016(43).

[3] 牛浩, 汪海萍, 梁英, 胡大波. 前黃鎮段永勝河河道綜合整治[J].科技創新導報, 2016(31).

[4] 齊雙紅. 水利工程河道設計中的美化探究[J]. 民營科技, 2016(11).

[5] 龔暉. 景觀河道控制及管理[J]. 農業科技與信息, 2017(01).

[6] 袁長旭. 德州市農村河道生態治理模式探索與實踐[J]. 黑龍江水利科技, 2016(10).

[7] 楊慶宏, 汝中華. 吳江區農村河道長效管理的探索與實踐[J].水利發展研究, 2016(11).

[8] 許惠良, 朱海明. 農村河道淤泥的處理與利用[J]. 陜西水利, 2016(06).