珠三角深厚軟土地區某堤防失穩成因分析及治理方案

夏雪蓮

（中山市水利水電勘測設計咨詢有限公司,廣東 中山 528403）

1 概況

某失穩堤防位于珠三角地區深厚軟土地區,堤防級別為3 級,堤頂高程約為5.5 m,堤頂寬度8 m,迎水坡坡比為1∶3,坡面以下有寬約10 m的灘地,灘地面高程約在1.20 m,灘地以下為主河槽,河底高程約-5 m；背水坡坡比為1∶2.5,坡腳有約5 m寬、高程為2.5 m的荒草地,草地后為聯排的魚塘,魚塘底高程約-1 m。失穩前,魚塘正在進行吹填作業,填土高度為3.5 m,填土高程為2.5 m,填土范圍為現狀地腳線外沿30 m左右。失穩前堤防斷面圖見圖1。

圖1 失穩前堤防斷面

失穩后,經現場實測,迎水坡堤腳灘地被滑坡體擠壓隆起,堤頂路垮塌了約3 m,垮塌部位高程降低了約0.64 m,失穩后堤防斷面見圖2。

圖2 失穩后堤防斷面

堤防失穩事故發生日前連日強降雨,12 h最大雨量超過300 mm,當日24 h內,通過上下游水位站實測水位資料,推求得到失穩位置外江最高洪（潮）水位為3.66 m,最低洪（潮）水位為-0.50 m。

經詢問現場管理人員,該段堤防失穩前靠近堤頂內側有明顯的縱向裂縫,裂縫斷面呈“V”字形,上寬下窄,頂部縫寬約有5 mm,橫向裂縫發育較少。

2 工程地質和水文地質條件

本段失穩堤防在10 年前進行了堤防達標加固,4年前進行了大堤灌漿工作,2 年前在距離失穩堤防大約500 m處進行過地質勘察工作,根據該地質勘察報告,該處的工程地質剖面共布設有3 個鉆孔,中間孔位于堤頂,迎水側孔位于灘地,背水側孔位于堤腳。該3 個鉆孔揭露的地層分布自上而下依次為：雜填土、素填土、淤泥質土、淤泥質粉砂、淤泥質土、粉質黏土、細中砂、圓礫、中風化花崗巖。

場地的人工填土層（雜填土、素填土）厚度,厚度變化較大,為0.4 m～5 m,主要由粉質黏土回填而成,含少量砂、礫成分,局部含碎石、塊石等,土質不均勻,堆填時間達十年以上,填筑質量一般,局部均勻性較差,多屬于中等透水。

場地的軟土層主要為淤泥質土、淤泥質粉砂層,分布較廣泛,其中淤泥質土層厚2.9 m～15.7 m,淤泥質粉砂層厚2 m～19 m,其下還有一層厚8.3 m～15.7 m厚的淤泥土層,軟土平均厚度達到30 m,軟土具有高含水量、大孔隙比、高壓縮性、欠固結、弱透水性、高流變性等特點,易產生不均勻沉降。

根據報告,各巖土層工程特性指標建議值見表1。

表1 各巖土層工程特性指標建議值統計表

該區域的地下水類型主要以孔隙潛水為主,由于上部覆蓋淤泥質土層較厚,與外界的水力聯系較弱,下部砂層、圓礫層水量豐富,處于飽和狀態,屬于微承壓性。地下水位變化受季節降雨的影響較大,水位年變化幅度約為1 m～4.5 m,受漲潮和退潮的影響較大,勘查期間測得該位置地下水水位高程為1.2 m～2.3 m。

3 失穩工況及抗滑穩定計算分析

3.1 計算工況

堤防失穩事故發生當日,外江最高潮位為3.66 m,最低潮位為-0.50 m,24 小時內水位變化較大,故失穩工況的模擬分析選用水位降落期。又由于失穩前堤后魚塘正在進行吹填作業,對堤身和堤基現狀土體均有擾動,故計算時抗剪強度指標采用直接快剪指標,計算工況組合見表2。

表2 失穩工況計算模型

3.2 計算結果

抗滑穩定計算采用理正軟件,圓弧滑動法進行計算,計算結果見圖3。

圖3 失穩工況下最危險圓弧滑動面

從計算結果可知,最危險圓弧滑動面穿過淤泥質土、淤泥質粉砂層,抗滑穩定安全系數為 0.931,小于規范要求的1.20。將計算得到的最危險圓弧滑動面與失穩后斷面進行對比,發現理論計算的滑動面與實際的滑動面基本擬合,說明理論計算和事實基本吻合[1-3]。

4 失穩成因分析

（1）本段失穩堤防堤基分布有較厚的淤泥質土、淤泥質粉砂層,屬于中～高靈敏度,易產生壓縮變形、側向滑移或擠出。

（2）根據鉆孔,堤前灘地上粘土層僅有1 m～2 m,以下即為深厚的淤泥質土層,灘地上植被較茂盛、滯水較多,含水率基本長期處于飽和狀態。

（3）迎水坡和背水坡現狀的坡面均為雜草,且非常茂盛,在長時間強降雨的情況下,雨水排出不暢,滲入到堤身土體內,造成堤身內含水率達到飽和狀態土體的土層較厚。

（4）失穩前堤后魚塘吹填的土體堆載較高、含水量大,又加上連續降雨、無排水措施,造成吹填的土體幾乎完全飽和,堤后地下水位較高,當退潮的時候,出現堤后水位高于堤前水位。

（5）堤防失穩當日外江最高水（潮）位3.66 m,最低水（潮）位-0.50 m。最高水位逼近警戒水位,且24小時內水位降落較大,達到4.16 m。

（6）該段堤防堤頂路上來往車輛比較多,車速比較快,而且部分為重型貨車,對堤身產生的震動作用導致堤基的軟土層與砂土層產生一定程度的液化和變形。

（7）查詢該段堤防進行達標加固時的設計圖紙,此段進行了堤前加固,加固前堤基為灘地,加固時未進行堤基處理,直接在現狀堤防基礎上進行的加高培厚,培厚約2 m～3 m,寬度較窄,施工方法采用機械壓實,由于培厚寬度較窄,根據經驗判斷新堤的壓實度較差,造成新填堤身的滲透系數相對較大,而背水側老堤堤身的滲透系數相對較小,在長時間洪水的浸泡下,洪水滲入新堤較快,而滲入老堤較慢,就導致堤身內的滲水無法及時順利地排出,集中在新老堤身結合面處,隨著在新老堤結合面處集中水量的增加,堤身內浸潤線不斷的往上移,從而導致了該段堤防的失穩。

5 失穩段治理方案

根據區域地質情況和失穩后現場已形成的地形條件,結合失穩堤防的等級、施工條件、施工工期、投資等因素,最終選擇的治理方案如下：

（1）將失穩后灘地上隆起部分的土體挖出,并繼續清理掉原來灘地上的雜草、雜樹等,并采用粉質黏土進行回填,回填厚度大于等于2 m,回填高程為2.0 m,回填寬度為10 m,灘地以下迎水坡坡比為1∶3,坡面和灘地上撒草籽護面。

（2）將堤防迎水坡失穩部分的土體全部挖除,并進一步挖除早期堤防加固中遺留在結合面部位的雜物,將清理干凈的坡面放緩至1∶4,堤身填筑時應先將老堤坡面做成臺階狀便于新回填的堤身與老堤身緊密結合。為提高失穩段堤防的抗滲能力,減小外江高水位時滲入堤身的水量,降低堤身浸潤線的高度,在堤防的迎水面增設粘土斜墻。粘土斜墻具體的做法為：斜墻頂部寬4 m,坡比1∶4,與灘地連接,斜墻底部低于灘地地面2 m,從而形成一道粘土齒墻,增加堤身抗滲能力。斜墻回填土壓實度不小于0.93。迎水坡平面采用撒草籽護面。

（3）堤后魚塘內吹填土的高程降低至2.0 m,吹填土范圍為堤后30 m,壓滲平臺邊坡1∶4,平臺和坡面均撒草籽護面,沿現狀堤腳和壓滲平臺的坡腳均設縱向排水溝,壓滲平臺上設橫向排水溝,及時排掉背水坡和壓滲平臺上的滯水。

6 結論

該段堤防失穩加固完成后,經過幾年汛期對該堤段的持續跟蹤觀測,均經受住了汛期洪水的考驗,證明治理方案合理,防洪效果良好。

堤防工程是防洪的屏障,堤防的失穩將給保護區的居民生活、工農業生產、人民的生命財產安全帶來嚴重威脅,引起的后果較嚴重。管理、設計、施工人員均應提高重視,在堤防建設和運行的全過程中提高防洪安全意識,從而保障人民群眾生命財產安全,促進經濟社會持續穩定健康發展。