城市河道邊坡病害成因分析及加固方案討論

馬驥騰 苑 藜 成國保

（合肥市市政設計研究總院有限公司 合肥 230041）

近年來，隨著國家綠色發(fā)展理念的不斷深化，城市河道綜合整治工程不斷推進。然而，一些城市河道整治工程常常由于前期施工期間壓實質(zhì)量參差不齊造成堤身土層分布不均，或由于后期河道周邊地段開發(fā)，引起地形地貌及堤防運用邊界條件改變等原因造成河道遭遇超出原設計使用期工況，最終導致河道坡面發(fā)生凹陷、滑坡、坍塌等病害。本文結(jié)合某河道病害表現(xiàn)以及病害成因分析，針對不同病害成因提出相應的堤身加固方案。

1 工程概況

某城市河道工程2010年開工，2012年竣工。河道原設計底寬為16.0m，設計底高程（吳淞高程系）為10.0～5.0m，設計堤頂高程為17.07～15.61m。堤頂設計寬度3.0m，內(nèi)外坡坡比均為1∶2。河道堤防工程等級為一級。

河道建成后，周邊用地性質(zhì)發(fā)生改變，堤后不斷松填新土。部分區(qū)段堤后老排水渠未經(jīng)導排被直接填埋；部分區(qū)段由于外部工程排水未能有效截流，堤后長期積水。此外，由于堤身填土具有弱膨脹性，經(jīng)過多年沖刷和浸泡，局部堤身迎水面出現(xiàn)小范圍凹陷及滑坡現(xiàn)象。2016年，在長時間高位洪水浸泡與長時間高溫暴曬交替影響下，堤身破壞加重，出現(xiàn)嚴重滑坡。

沿線堤身土層自上而下分布為：

①3層素填土（Qml）：為修筑壩體時填筑土，可塑，濕～很濕，以粘性土為主。

①4層素填土（Qml）：為修筑壩體時填筑土及原地表土，軟塑狀態(tài)為主，飽和。以粘性土為主，底部及近河道一側(cè)含大量腐殖質(zhì)，工程性質(zhì)近似于含淤泥質(zhì)填土。

②1層粉質(zhì)粘土（Q4al）：軟塑～可塑狀態(tài)，飽和，局部夾粉土薄層。

②2層淤泥及淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土：流塑（原老河道內(nèi)）～軟塑狀態(tài)，飽和，局部夾粉土薄層。

②3層粉質(zhì)粘土：可塑～硬塑，濕～很濕。

④層粉質(zhì)粘土與粉土互層（Q4al+pl）：該層未鉆穿，其中：粉質(zhì)粘土呈硬塑狀態(tài)，所夾粉土稍密～中密狀態(tài)，很濕。受土性及地下水長期影響，局部土層呈可塑狀態(tài)，很濕～飽和。

2 病害成因分析

根據(jù)地質(zhì)資料并結(jié)合病害特征，設計分析引起堤身破壞的主要原因如下：

2.1 堤身填筑質(zhì)量

河道前次綜合整治工程中，部分堤身修建在原老河道或溝塘上。施工期間，原溝塘與河道表層淤泥及淤泥質(zhì)土未全部清除或加以處理，在堤身中部形成（軟弱薄夾層）的塑性變形區(qū)，造成堤身滑動破壞。

2.2 地下水

由于堤身背水側(cè)存在大面積松散土，形成上層滯水貯水空間；再加上水體外排不暢，地下水位升高，形成靜水壓力，沿堤身薄弱部位滲流。長期滲流壓力作用，引起土體強度下降，造成堤身破壞。

2.3 堤后溝塘長期積水

由于穿越河道的鐵路基礎高邊坡排水截流設施破壞，再加上堤后高壓鐵塔基礎保護限制造成堤后高壓鐵塔周邊地勢大大低于周邊（見圖1），形成水塘，長期積水。特別是持續(xù)暴雨期，塘內(nèi)水位上漲，堤身側(cè)向水壓增加；積水沿堤身薄弱面滲流或沿坡面沖流，膨脹土裂隙不斷開展。

2.4 膨脹土

堤身上部①層人工填土具有弱膨性，且分布廣泛，平均厚度4.0～6.0m。膨脹土經(jīng)歷脹縮、裂隙發(fā)展和超固結(jié)，土體吸水能力減弱，強度降低，在堤身內(nèi)部形成薄弱面。此外，①3層素填土、②1層粉質(zhì)粘土和②2層淤泥及淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，抗沖刷能力差，在長期水流沖刷下，坡面易形成水流沖溝，最終導致堤身破壞。

圖2 堤身軟弱夾層粉噴樁加固圖

表1 膨脹土脹縮性等級評價標準區(qū)間表

2.5 堤頂超載

堤身破壞前期，部分區(qū)段堤身背水側(cè)短時間內(nèi)不斷松填新土，堤后原老排水渠未經(jīng)導排被直接填埋。再加上過往重型車輛往來頻繁，未做硬化處理的堤頂?shù)缆罚谪Q向荷載作用下嚴重變形，產(chǎn)生裂隙。此外，今年汛期持續(xù)強降雨和持續(xù)高溫間隔出現(xiàn)，膨脹土裂隙隨干濕變化不斷開展，嚴重威脅堤身穩(wěn)定性。

2.6 遭遇50年一遇洪水

2016年汛期，堤身土體被洪水長時間浸泡，洪水過后，堤身土體不斷經(jīng)歷持續(xù)高溫暴曬或強降雨沖刷，膨脹土裂隙不斷開展。

3 加固方案

設計人員在實地病害觀察、測量、分析的基礎上，輔以充分的堤身安全穩(wěn)定性驗算，針對不同原因引起的堤身破壞，提出針對性的堤身加固方案。

3.1 滑坡堤身修復

針對滑坡破壞段土體物理力學性能指標極差，設計采用粘土摻6%水泥的改良土進行分層回填壓實，壓實系數(shù)不小于0.95。為確保新、老堤身土體牢固咬合，坡面塌陷段采用1∶3分階開挖。

3.2 堤身軟弱夾層土體加固

由于堤身中下部②2層淤泥及淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土（粘聚力為11kPa，內(nèi)摩擦角為6°），典型斷面的堤身邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)計算值低于規(guī)范限值。

設計在常水位標高以上設置馬道，并對馬道下部的軟弱夾層采用D500@1200梅花型布置的粉噴樁進行加固處理；粉噴樁采用42.5普通硅酸鹽水泥，28d樁體無側(cè)限抗壓強度設計值應不小于1.8MPa。復合地基置換率為13.1%。

處理后的復合地基（見圖2），粘聚力和內(nèi)摩擦角由原狀土的11kPa和6°提高到48.5kPa和8.5°。復核地基的抗剪強度顯著提高。

3.3 膨脹土邊坡防護

由于堤身上部①3層素填土具有弱膨性且分布廣泛，設計對河道全長范圍內(nèi)邊坡采用現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土拱形骨架+草皮坡面護坡，對坡面土體進行分區(qū)，有效減少土體膨脹性。同時，提高坡面抗沖刷能力、預防邊坡溜坍。

3.4 堤身日常管養(yǎng)

河道堤頂?shù)缆酚糜谄淙粘９莛B(yǎng)維護，設計荷載限值比較低，因此，河道管養(yǎng)部門必須采取必要的管理措施禁止超重車輛駛?cè)搿Ｅc此同時，對于重要的堤防工程，必須嚴把堤防保護線，盡量避免或減小其他工程實施嚴重威脅堤身安全。

4 計算結(jié)果

4.1 沿線堤身土層分布

圖3 現(xiàn)狀斷面邊坡穩(wěn)定計算簡圖

沿線堤身土層分布及各土層物理力學性質(zhì)指標統(tǒng)計見表1。

4.2 計算方法

依據(jù)地勘資料提供的現(xiàn)狀堤身土體參數(shù)，設計采用有限元軟件AutoBank 7.51，對現(xiàn)狀堤身塌方破壞段和未破壞段典型地質(zhì)斷面進行堤身滲流穩(wěn)定計算和邊坡穩(wěn)定計算（見圖3、圖4）。

根據(jù)計算結(jié)果，現(xiàn)狀斷面邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為0.82，不滿足規(guī)范要求，需進行加固處理。采用粉噴樁復核地基處理后，設計斷面邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.44，滿足規(guī)范要求。

圖4 設計斷面邊坡穩(wěn)定計算簡圖

5 結(jié)論

針對不同滑坡破壞原因，采取安全、適用、經(jīng)濟的河道加固措施，不僅提高了堤身安全穩(wěn)定性，完善城市防洪體系，而且有效保護了城市河道生態(tài)系統(tǒng)，提升城市景觀效果。工程主體結(jié)構實施后，已安全度過2017年汛期。實踐證明，粉噴樁對于提高城市河道堤身存在的軟夾層土體抗剪強度效果顯著。此外，膨脹土地區(qū)城市河道坡面采用鋼筋混凝土拱形骨架+草皮，可以對坡面進行有效防護■