粉質(zhì)砂壤土河坡失穩(wěn)原因分析和處理

閆冬梅 王莉娟 郭 輝

一、概述

河道坡面的穩(wěn)定與否，直接關系到河床的整體穩(wěn)定性。河道坡面土質(zhì)呈粉質(zhì)砂壤土，一旦受到外側(cè)滲透壓力影響，極易在河床坡面產(chǎn)生坍塌破壞，造成整個河床失穩(wěn)，處理不好會極大影響到河道安全和輸水能力。聊城境內(nèi)某大型輸水項目，在對原河床襯砌施工過程中，老坡面砂化嚴重，汛期與冬季施工時，出現(xiàn)不同情況的坡面滑動破壞。河床外側(cè)受到雨水及地表積水的影響，形成較高的承壓水頭，產(chǎn)生較強的滲透壓力，出逸口河底（▽28m）以上2m 范圍內(nèi)破壞相當嚴重，混凝土襯砌和預制板拉裂并嚴重坍塌，產(chǎn)生斷面整體襯砌位移和變形?，F(xiàn)就坡面滑動為例，對河床失穩(wěn)進行剖析，以促進完建期和運行期河床的穩(wěn)定。

二、滑坡的形成

汛期雨水充沛，河床外坑洼易形成積水。河床外側(cè)地面一般在▽34m 左右(洼地▽32m)，地表水匯流至洼地內(nèi)，相對形成了較高的承壓水頭，達到6m。又因土體砂性嚴重，滲透力較強，出逸口在河底(▽28m)以上2m 左右，設計未布置冒水孔，排水不暢。在滲透壓力作用下，出逸口處土體隆起，逐漸向上下兩側(cè)擴大，破壞了施工中的混凝土襯砌。而在冬季，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)性積水因施工中河床被封閉不能排出，滲透力逐步增強；又由于臨近出逸口，原出逸點受凍堵塞，內(nèi)部壓力增大；預制塊施工未布置排水設施，出逸點排水不暢。幾方面原因造成較大滲透壓力的形成，坡腳向上的土體隆起破壞，使混凝土預制塊向河床整體坍塌，位移長度達到3m左右，使整個河床斷面產(chǎn)生滑動，位移受損長度達400m 左右。

三、機理分析

1.理論分析

當土體處于極限平衡狀態(tài)，河床邊坡允許最大高度(h)按式（1）計算：

式中：θ—邊坡坡度角（°）；

γ—土的重度（kN/m3）；

C—土粘聚力（kN/m2）；

Ψ—土的內(nèi)擦角（°）

由式（1）可知有四種情況出現(xiàn)：

（1）當θ ＝Ψ 時，h=∞，即邊坡的極高度不受限制，土坡處于平衡狀態(tài)，此時土的粘聚力未被利用；整個工程河床坡比均在1∶2.5～1∶3 之間，比較合理。

（2）當θ ＞Ψ 時，為陡坡，此時C 值越大，允許的邊坡h 可越高；一般這種情況出現(xiàn)在純粘土的河床上，因粘聚力較大，相對坡比要小于1∶2.5，對河床的穩(wěn)定也無大礙，粉砂壤土不會出現(xiàn)坡比小于1 ∶2.5 情況，否則會帶來安全性問題。

（3）當θ ＞Ψ 時，若c=0，則h=0，此時河床任何高度都是不穩(wěn)定的；這種情況與實例有類同點，雖然C 值不等于0，但數(shù)值比較小，再受滲透水的浸泡更會小于原理論值，理論上計算出來h 值比較大，實際h 值是小于計算值的。此情況一般還應對土坡安全系數(shù)K 進行核算，方可滿足安全性要求。

（4）當θ ＜Ψ 時，為緩坡，此時θ 越小，允許坡高越大；所有河床斷面資料未發(fā)現(xiàn)大于1 ∶4的坡比。

2.土坡抗滑安全系數(shù)K 值計算

根據(jù)產(chǎn)生河床失穩(wěn)情況的實例，并對照相應的坡面土粒性質(zhì)，發(fā)生滑動面出現(xiàn)在河床最底層，為粉質(zhì)砂壤土，C ＝2.6kPa，Ψ ＝13.6o。此時土層土C 和Ψ 值較小，鑒于C 值更偏小，考慮到受滲壓力的作用和浸泡，C 值趨向于0，河床h 值是滿足要求的，但還應對土坡安全系數(shù)進行校核：

K ＝tanΨ/tanθ ＝tan13.6o/tan21.8o＜1.1，不安全。

此時抗剪力不能滿足剪應力，從而出現(xiàn)了兩處河床失穩(wěn)。因此當河坡土質(zhì)C 值較小時，更有必要對土坡穩(wěn)定系數(shù)K 進行校核算，這對于河床安全性是必要的，以便對防范滑動起到一定的保證作用 (出現(xiàn)問題河床坡比為1 ∶2.5，則θ ＝21.8o) 。

3.外力的作用

兩處河床失穩(wěn)都是在外側(cè)承壓水頭過高情況下發(fā)生的。由于對河坡作護砌及襯砌施工，河床處于干枯狀態(tài)，而外側(cè)形成地表匯水 ，排水通道被堵死，此時水頭高度達到6m 以上，經(jīng)過一段時間的浸泡，坡面土體力學性能降低，出逸囗的壓力達到最大時，推動了坡面土體的隆起。出逸點一般在河底向上2m左右范圍內(nèi)，坡面沿浸潤面向下坡面土粒較濕潤，增加了坡面的滑動的可能性。

在滲流長時間作用下，受雨水和地表匯流影響，坡面在出逸口周邊土粒沼澤化嚴重，呈淤泥狀，其物理和力學性能降低，抗剪強度和粘聚力減小，從而引起局部滲透力破壞，導致滑坡。

浸潤線越高，對堤坡破壞越嚴重。本例中由于出逸口處被襯砌與護砌所覆蓋，堵塞了出逸口排水，加大了內(nèi)側(cè)滲透壓力，形成土坡隆起破壞，產(chǎn)生較大的坡面滑動。

四、失穩(wěn)河床的修復

首先保證土坡安全性K ＞1.1～1.5。理論上適當加大斷面坡比是利于河床穩(wěn)定的，但從節(jié)約土地資源上講是不太科學。因此要對滑動后的坡面作必要的修坡處理。依據(jù)本例中土粒性質(zhì)，對坡面進行整平，局部段抽排積水固結(jié)處理后，土粒性能得到了改良，經(jīng)檢測，內(nèi)摩擦角值Ψ=29.14o，有所提高，則計算安全系數(shù)：

K ＝tanΨ/tanθ ＝0.55/0.4 ＝1.375 ＞1.1，此時河床坡面穩(wěn)定。

對原隆起坡面進行處理，將擾動后的淤土表面挖清，建議用黃砂壓實回填，坡面上用石子和土工布布置防濾層，并在河底2m 范圍內(nèi)布置冒水孔，后進行襯砌施工。

河底以上2.5m 范圍內(nèi)應布置排水設施。設計時應考慮到河床外側(cè)承壓水的出逸囗排水暢通，以達到降壓作用。

坍塌后要針對問題癥狀進行必要的修復。首先要以導為主，設置內(nèi)側(cè)排水設施，沿水毀范圍內(nèi)布設單排輕型井點排水，不僅可釋放內(nèi)部承壓水壓力，還可抽排坡腳以下滲水，使原來坍塌坡面盡早脫水固結(jié)。

五、綜述

綜上，河床滑動失穩(wěn)是多種因素共同作用的結(jié)果，是一種復雜的失穩(wěn)破壞現(xiàn)象。坡面滑動、造成河床失穩(wěn)的實質(zhì)是下滑動力的增加與抗滑力的不足，這都取決于坡體或坡基內(nèi)孔隙水壓力以及坡面土料的性質(zhì)，包括孔隙水壓力有關的抗剪強度。為防范于未然，從設計時就要加強抗滑穩(wěn)定，施工單位要注重各環(huán)節(jié)把控。

（1）注重外部條件影響，針對不同季節(jié)施工，防范側(cè)向承壓水頭高度增加，要有一定防滲設施的設計。

（2）依據(jù)周邊工情與水情狀況，在坡面襯砌上可能產(chǎn)生滲逸點位置布設冒水孔，確保坡面滲水有足夠排出的空間。

（3）坡面上進行襯砌施工時，根據(jù)外側(cè)積水情況，可考慮設置簡易真空輕型排水，使?jié)B透壓力降低，同時可降低坡面土料含水率，提高土粒中C 值和Ψ值，提高坡面固結(jié)速度，從而更有利于施工期間坡面的穩(wěn)定和施工安全