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(shè)計(jì)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(jìn)。然而，一些城市河道整治工程常常由于前期施工期間壓實(shí)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(yùn)用邊界條件改變等原因造成河道遭遇超出原設(shè)計(jì)使用期工況，最終導(dǎo)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(yīng)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(shè)計(jì)底寬為16.0m，設(shè)計(jì)底高程（吳淞高程系）為10.0～5.0m，設(shè)計(jì)堤頂高程為17.07～15.61m。堤頂設(shè)計(jì)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(dǎo)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(shí)間高位洪水浸泡與長時(shí)間高溫暴曬交替影響下，堤身破壞加重，出現(xiàn)嚴(yán)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(shí)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(shí)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(shè)計(jì)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(qiáng)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(chǔ)高邊坡排水截流設(shè)施破壞，再加上堤后高壓鐵塔基礎(chǔ)保護(hù)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(qiáng)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(dǎo)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(jià)標(biāo)準(zhǔn)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(shí)間內(nèi)不斷松填新土，堤后原老排水渠未經(jīng)導(dǎo)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?，在豎向荷載作用下嚴(yán)重變形，產(chǎn)生裂隙。此外，今年汛期持續(xù)強(qiáng)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(yán)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(shí)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(qiáng)降雨沖刷，膨脹土裂隙不斷開展。

3 加固方案

設(shè)計(jì)人員在實(shí)地病害觀察、測量、分析的基礎(chǔ)上，輔以充分的堤身安全穩(wěn)定性驗(yàn)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(fù)

針對滑坡破壞段土體物理力學(xué)性能指標(biāo)極差，設(shè)計(jì)采用粘土摻6%水泥的改良土進(jìn)行分層回填壓實(shí)，壓實(shí)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(jì)算值低于規(guī)范限值。

設(shè)計(jì)在常水位標(biāo)高以上設(shè)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(jìn)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(qiáng)度設(shè)計(jì)值應(yīng)不小于1.8MPa。復(fù)合地基置換率為13.1%。

處理后的復(fù)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(fù)核地基的抗剪強(qiáng)度顯著提高。

3.3 膨脹土邊坡防護(hù)

由于堤身上部①3層素填土具有弱膨性且分布廣泛，設(shè)計(jì)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(hù)坡，對坡面土體進(jìn)行分區(qū)，有效減少土體膨脹性。同時(shí)，提高坡面抗沖刷能力、預(yù)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(hù)，設(shè)計(jì)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)?。與此同時(shí)，對于重要的堤防工程，必須嚴(yán)把堤防保護(hù)線，盡量避免或減小其他工程實(shí)施嚴(yán)重威脅堤身安全。

4 計(jì)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(jì)算簡圖

沿線堤身土層分布及各土層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)見表1。

4.2 計(jì)算方法

依據(jù)地勘資料提供的現(xiàn)狀堤身土體參數(shù)，設(shè)計(jì)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(jìn)行堤身滲流穩(wěn)定計(jì)算和邊坡穩(wěn)定計(jì)算（見圖3、圖4）。

根據(jù)計(jì)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(jìn)行加固處理。采用粉噴樁復(fù)核地基處理后，設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)斷面邊坡穩(wěn)定計(jì)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(jì)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(hù)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(gòu)實(shí)施后，已安全度過2017年汛期。實(shí)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(qiáng)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(jìn)行有效防護(hù)■