土石壩壩坡抗滑穩定性分析及加固設計研究

韓福濤

（中水淮河規劃設計研究有限公司 合肥 230601）

1 工程概況

淮河中游某水庫位于淮河南岸，總庫容0.89 億m3，大壩為均質土壩，最大壩高25.5m。水庫樞紐工程由大壩、泄洪閘、非常溢洪道、東放水涵洞、北放水涵洞等組成。該水庫始建于20 世紀50年代，先后歷經多次加固，最近一次于2004年加固，大壩增加了防滲措施，在壩基防滲采用高壓旋噴墻，壩身防滲采用粘土井柱。

根據地質資料，大壩壩身填土的種類較多，填筑的密實度相差較大，填筑土壓實不均勻，填筑質量差。壩基存在一層中粉質壤土夾輕粉質壤土（Qal4），灰夾褐，灰黑色，濕，軟～可塑狀態，含朽木、粉細砂、植物根莖。土層呈軟塑狀態，局部夾輕粉質壤土，標貫擊數2 擊以下，為工程區軟弱夾層。

2018年9月現場檢查時發現樁號0+924～0+961出現滑坡，位于下游壩坡約46.50m 高程處，裂縫最大寬度0.3m，最大深度約1.0m。據了解，該部位在施工中未開挖成臺階狀，也未分層填筑，并受條件所限，回填土料采用風化紅砂巖，壩肩未設置排水溝。此前8月份水庫處出現大暴雨，壩頂路面積水沿下游壩肩與壩頂道路之間的縫隙和長期蠕動形成的結合面裂隙滲入壩體，滑坡部位與39.00m 高程處排水溝破壞范圍一致，說明填筑土料中的風化紅砂巖遇水后強度降低，導致下游壩坡貼坡層淺層滑坡。

2018年11月，水庫管理單位對該水庫組織進行了安全鑒定。根據鑒定結論，大壩位于中粉質壤土夾輕粉質壤土段下游壩坡的抗滑穩定安全系數偏小，正常蓄水位工況下為1.09，地震工況下為0.97，均不滿足規范要求，大壩存在安全隱患。

2 壩坡抗滑穩定性分析

從水庫運行情況來看，下游壩肩與壩頂道路結合處出現較大縫隙，且下游縱向排水溝受填筑土體向下蠕動擠壓造成變形斷裂，經數次重建。分析原因可能為該部位貼坡填土由于自重或降雨的影響不斷向下滑動所致。說明2004年加固中的坡面貼坡土層與原壩面未形成有效結合，存在逐漸下滑的趨勢。

為了進一步研究大壩背水坡培土情況，在滑坡位置布置了探井，由探井資料分析，壩坡填土巖性較雜。該探井挖深2.2m，揭露巖性上部1.3m 為粉質粘土夾中粉質壤土，黃色，稍濕至濕，可塑狀態，結構松軟，用鐵鍬很容易挖取；下部為0.90m 灰色粘土，稍濕，可塑至硬塑狀態，結構密實，用鐵鍬需很用力才可挖取，兩巖性接觸面土的含水率明顯增高，土很濕，且灰色土順壩坡方向傾斜。

通過壩坡的探井分析，壩坡表層1.3～2.0m 土層巖性多樣，粘性土夾礫、卵石多，全風化土料（紅色粘土夾砂礫石、卵石和碎石），少部分為較純的粉質粘土和中粉質壤土，上述表層土結構不密實，易滲水。下部為致密狀灰色粘土，滲透性差，與表層土相比為相對隔水層。汛期或長期雨期，表層土接受大氣降水，水沿土層下滲至灰色粘土層表面時受到阻擋，使得兩巖性交界處土含水率增大，甚至達飽和狀態，內摩擦角減小，降低了土的抗滑強度。當抗滑力小于下滑力時就會產生滑動。由于壩段土料巖性不同，抗滑強度不同，不同土料分層處較易產生滑動。

3 加固方案比選

針對下游壩坡抗滑穩定安全系數偏小，加固設計時考慮了壩腳設壓重平臺、攪拌樁加固土體、抗滑樁三個方案。

3.1 方案比選

3.1.1 壩腳設壓重平臺

通過在壩腳設置壓重平臺，增加了壩坡的抗滑力矩，從而達到增強壩坡穩定性的目的。壓重平臺的土料宜選用粗粒土，以利于壩體排水。壓重平臺方案施工簡單，投資較省，對一般土石壩壩坡加固有較好的適用性。但壓重平臺方案需要增加工程占地，改變了壩坡現狀，影響壩體美觀。經計算，本工程壓重平臺高4.0m，頂寬18.0m，可就近利用壩坡翻壓的棄土，對本工程較為適宜。

3.1.2 攪拌樁加固土體

本工程由于壩基存在軟弱土層，易形成滑動面，可以考慮改善該部分土體的物理力學指標，提高軟弱土體的內摩擦角和粘聚力，達到提高壩坡穩定性的目的。本工程考慮采用水泥土攪拌樁方案，改善軟弱土體的性質。該方案基本不改變壩坡現狀，對周圍環境影響較小。但水泥土攪拌樁提高軟弱土層的力學指標難以準確量化，且施工工期較長。設計中參考復合地基計算方法，合理確定置換率。共布置了5 排攪拌樁，樁身直徑0.5m，間距1.0m，正三角形布置，置換率為23%。根據相關文獻，攪拌樁的粘聚力一般取抗壓強度的20%～30%，內摩擦角一般為20°～30°。

3.1.3 抗滑樁

壩坡加固采用剛性抗滑樁方案，即通過抗滑樁阻止壩坡土體滑動，增強壩坡的穩定性。加固設計考慮采用混凝土灌注樁，雙排布置，樁身直徑0.8m，縱向間距1.8m，樁長18.0m。為增強抗滑樁的整體剛度，在抗滑樁樁頂設冠梁，使抗滑樁縱、橫向拉結起來。抗滑樁方案對地基的適應性較強，抗滑效果較好；但施工工藝復雜，工期長，投資大。

3.2 方案選擇

根據上述三個加固方案，通過計算，均滿足規范要求，技術上均可行。根據加固措施實施的難易程度，結合工期、投資等多方面因素，加固方案最終采用了壩腳增設壓重平臺方案。從實施效果來看，增設壓重平臺較好地解決了壩坡抗滑穩定問題，目前工程總體運行良好。

4 結語

我國水庫數量龐大，其中中小型土石壩居多，且大部分建于二十世紀五六十年代。由于各種原因，不少水庫存在壩坡抗滑穩定安全系數偏小的問題。本文通過常見的土石壩壩坡穩定分析和加固措施比較，對類似工程提供有益參考