某工程軟土地基堤基失穩(wěn)原因分析

張本靜（

安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院勘測(cè)分院 蚌埠 233000）

某工程軟土地基堤基失穩(wěn)原因分析

張本靜（

安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院勘測(cè)分院 蚌埠 233000）

本文通過(guò)對(duì)某工程軟土地基堤基失穩(wěn)段工程與水文地質(zhì)勘察、試驗(yàn)，收集分析施工過(guò)程資料，總結(jié)出該段軟土地基堤基失穩(wěn)的主要原因，對(duì)類(lèi)似工程施工避免出現(xiàn)堤基失穩(wěn)，保證施工進(jìn)度、降低施工成本等具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

堤防填筑 堤基失穩(wěn) 裂縫 地質(zhì)勘察

1 工程概況

某分洪道工程左側(cè)堤在樁號(hào)Z34+000～Z35+000范圍，設(shè)計(jì)堤頂高程約11.8m，堤頂寬4.5m。堤外坡9.0m和6.0m高程處分別設(shè)寬10.0m的一、二級(jí)平臺(tái)，堤頂與一級(jí)平臺(tái)、一級(jí)平臺(tái)與二級(jí)平臺(tái)之間坡比為1∶3，二級(jí)平臺(tái)與分洪道底之間坡比為1∶5，分洪道底高程約0.5m。堤內(nèi)坡在9.0m設(shè)一平臺(tái)，堤頂與平臺(tái)之間坡比為1∶3。

2 堤防填筑過(guò)程及失穩(wěn)現(xiàn)狀

2.1堤防填筑過(guò)程

失穩(wěn)段位于分洪道左岸Z34+270～Z34+600樁號(hào)范圍內(nèi)，施工單位于2012年10月13日對(duì)水塘進(jìn)行清基驗(yàn)收，2012年10月14日～2013年7月15日進(jìn)行填塘，填塘后的堤基高程為5.71～5.81m。2013年7月18日起進(jìn)行堤身分層填筑，單層填筑厚度約0.3m，一般每層填筑時(shí)間1～9d，2013年8月18日填筑至第11層，高程8.67～8.75m。2013年8月19日發(fā)現(xiàn)堤防外平臺(tái)出現(xiàn)裂縫，堤身無(wú)異常，施工單位對(duì)外平臺(tái)進(jìn)行整平碾壓處理，于2013年9月1日進(jìn)行第12層填筑，至8.97～9.04m后暫停填筑。2013年9月15日起進(jìn)行位移、沉降觀(guān)測(cè)，至2013年11月16日，位移和沉降每星期變形在1～4mm之間，無(wú)明顯變化。2013年11 月19日恢復(fù)堤身填筑，填筑至15層，堤頂高程達(dá)10.8m，內(nèi)外平臺(tái)均按設(shè)計(jì)要求填筑。但在樁號(hào)Z34+270～Z34+472段堤軸線(xiàn)內(nèi)側(cè)20～45m外，設(shè)有寬40～70m、高約2m的淤泥質(zhì)土棄土堆載區(qū)。

2.2失穩(wěn)堤段現(xiàn)狀

2013年12月1日晚，樁號(hào)Z34+270～Z34+490段堤身外平臺(tái)及堤身出現(xiàn)突然沉降并向分洪道內(nèi)滑移。堤身失穩(wěn)滑移后，共產(chǎn)生平行于堤身軸線(xiàn)方向L22、L19和L28等3條主要裂縫并伴隨有30條長(zhǎng)短不一的次要裂縫，裂縫的具體位置見(jiàn)工程地質(zhì)平面圖1。其中L22為主裂縫呈寬緩的弧形，最大錯(cuò)動(dòng)處錯(cuò)動(dòng)面后緣線(xiàn)與堤身軸線(xiàn)基本吻合，裂縫范圍為Z34+280～Z34+440，裂縫兩側(cè)土體明顯錯(cuò)動(dòng)，形成長(zhǎng)約160m，高差5～6m的土質(zhì)錯(cuò)動(dòng)邊坡，裂縫底部基本位于1層層底和1層層頂之間，該裂縫的范圍與填筑前原有水塘的分布范圍基本一致。L19位于堤身軸線(xiàn)內(nèi)側(cè)呈寬緩的弧形，最大錯(cuò)動(dòng)處與堤身軸線(xiàn)基本平行，相距約10m，分布范圍為Z34+300～Z34+455，形成長(zhǎng)約155m、寬4～7m、最大深3.0～3.5m陡傾角裂縫，裂縫底部主要位于1層底部。L28位于堤身外側(cè)，與堤身軸線(xiàn)基本平行，相距約26m，分布范圍為Z34+305～34+406m，形成長(zhǎng)約101m、寬2.0～3.5m、深1.5～2.5m陡傾角裂縫，該裂縫基本與9.0m平臺(tái)的外側(cè)邊界線(xiàn)基本一致。其余30條次要裂縫，裂縫長(zhǎng)15～50m，寬5～15cm，僅個(gè)別寬約2m，深0.5～1.5m，次要裂縫的分布基本與3條主要裂隙平行。

失穩(wěn)后的堤身高程普遍下降1.0～3.0m，最大處約6.0m；L20外側(cè)地面出現(xiàn)輕微隆起0.5～1.0m，并出現(xiàn)少量鼓脹裂縫。

3 失穩(wěn)堤段工程地質(zhì)勘察

根據(jù)設(shè)計(jì)要求及現(xiàn)場(chǎng)失穩(wěn)情況，為進(jìn)一步查明失穩(wěn)段堤基水文地質(zhì)與工程地質(zhì)條件，分析堤基失穩(wěn)原因，現(xiàn)場(chǎng)勘察共布置橫斷面4個(gè)、縱斷面2個(gè)，共布置鉆機(jī)孔6個(gè)、靜力觸探孔10個(gè)，總進(jìn)尺343m，標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)66次，取原狀土樣24個(gè)做室內(nèi)試驗(yàn)。在失穩(wěn)堤段軸線(xiàn)兩側(cè)100m范圍內(nèi)進(jìn)行了1∶1000的工程地質(zhì)測(cè)繪，勘察工作布置見(jiàn)失穩(wěn)堤段工程地質(zhì)平面圖（圖1）。

4 失穩(wěn)堤段工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件

4.1工程地質(zhì)條件

根據(jù)勘察資料，失穩(wěn)堤段勘察范圍內(nèi)揭露的地層如下：

表1 各土層力學(xué)性質(zhì)及滲透性指標(biāo)建議值表

圖1 失穩(wěn)堤段工程地質(zhì)平面圖

③1層：淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土～淤泥，局部夾有泥炭質(zhì)土及腐殖質(zhì)，灰色，流塑，高壓縮性，失穩(wěn)堤段處層厚12.10～17.10m，層底高程-15.32～-8.39m。上游尚未失穩(wěn)地段PM4剖面處層厚12.50～17.40m，層底高程-12.20～-7.93m；下游尚未失穩(wěn)地段PM1剖面處層厚6.10～9.90m，層底高程-4.26m。

?1層（K）：砂巖，全風(fēng)化，棕紅色，巖芯呈短柱狀，砂顆粒膠結(jié)明顯，手掰易碎。

各土層力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)及滲透性指標(biāo)建議值見(jiàn)表1。

4.2水文地質(zhì)條件

根據(jù)地下水的賦存和埋藏條件，工程區(qū)地下水類(lèi)型主要為上層滯水和基巖裂隙水，上層滯水主要分布在上部粘性土層內(nèi)，勘察時(shí)地下水位多位于上部層堤身填土和③1層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土淺部，現(xiàn)場(chǎng)觀(guān)測(cè)裂縫L31，其底部露出的地下水位與開(kāi)挖的分洪道水位基本一致?；鶐r裂隙水主要分布在下部的砂巖中，對(duì)堤防的失穩(wěn)一般無(wú)影響。

5 堤基失穩(wěn)主要因素分析

5.1堤基土體軟弱抗剪強(qiáng)度低

失穩(wěn)堤段堤基軟弱，堤身填筑前未進(jìn)行地基加固，原水塘塘底新近沉積的流塑狀淤泥未完全清除，堤身土直接填筑在塘底淤泥和③1層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土上，雖然有性質(zhì)較好的堤身填土擠入表層土中，強(qiáng)度提高有限，厚度也有限，僅1.8～1.9m，多為軟塑狀。其下部③1土層性質(zhì)仍未改善，靜探比貫入阻力在0.44～0.48MPa之間，凝聚力為10.0kPa，內(nèi)摩擦角僅為1.7°，其中該層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土層頂部有厚約 1.0～2.0m的土質(zhì)更差，靜探比貫入阻力多在0.26～0.41MPa之間。主裂縫L22的延展范圍與原水塘分布范圍接近一致。

5.2堤基土體的承載力低、壓縮變形大

堤頂處及外側(cè)平臺(tái)處堤身填土厚度約6.0～7.0m，下部

的③1層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土（尤其③1層的頂部土層）承載力僅為50kPa，承載力難以滿(mǎn)足承載力要求，失穩(wěn)堤段軟弱堤基層厚12.10～17.10m，厚度較大，導(dǎo)致壓縮變形也較大。從未滑動(dòng)的PM1剖面來(lái)看，下部的③1層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土天然厚度6.0～10.0m，較失穩(wěn)堤段明顯偏薄。

5.3堤內(nèi)側(cè)堆土增加了堤基附加應(yīng)力

失穩(wěn)堤段滑塌區(qū)范圍與堆載區(qū)范圍基本一致，說(shuō)明堆土區(qū)附加應(yīng)力對(duì)堤基淤泥質(zhì)土有明顯的側(cè)向擠壓作用，進(jìn)一步導(dǎo)致堤基失穩(wěn)。

5.4施工加荷速率較快

根據(jù)施工記錄，2013年7月18日～8月18日堤身從第1層5.71～5.81m高程開(kāi)始填筑至第11層8.67～8.75m高程，單層填筑厚度約0.3m，3.0m厚的堤身填筑約32d，堤身未出現(xiàn)裂縫等問(wèn)題。而2013年11月17日～12月1日約14d，填筑厚度約1.1m，比以前施工速度快，由于下部的③1層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土為極微透水性，孔隙水壓力來(lái)不及消散，土體強(qiáng)度得不到提高，導(dǎo)致堤身整體失穩(wěn)。

6 堤基處理建議

6.1清除失穩(wěn)土體

失穩(wěn)段堤身填土多處開(kāi)裂，大范圍沉降，應(yīng)將新填筑的土體全部清除至設(shè)計(jì)建基面高程，堤內(nèi)側(cè)平臺(tái)后禁止堆放疏挖棄土，疏挖多余棄土應(yīng)另選棄土場(chǎng)，以降低堤內(nèi)側(cè)附加應(yīng)力。

6.2堤基加固處理

加固堤基土體，提高堤基承載能力。建議采用水泥深層土攪拌樁或砂樁進(jìn)行加固處理，樁端入土深度應(yīng)根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成果綜合確定。

6.3堆載預(yù)壓處理

利用堤身分級(jí)填筑的土料作為壓載，在堤基中插打塑料排水板，作為排水通道排出堤基土體中的孔隙水，以加速堤基土體固結(jié)，提高淤泥質(zhì)軟土地基的承載能力。

6.4選擇適當(dāng)?shù)奶钪俾?/p>

根據(jù)堤身填土過(guò)程中水平位移和垂直沉降觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)，確定堤身填土的填筑速率。施工過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)加載速率進(jìn)行控制，保證各填筑層的施工時(shí)間間隔，分層完成堤身填筑，確保堤身填筑過(guò)程整體穩(wěn)定■