樅陽江堤白蕩閘引堤岸坡下挫原因分析及處理

樅陽江堤白蕩閘引堤岸坡下挫原因分析及處理

周玉明

(安徽省樅陽長江河道管理局，安徽 樅陽246700)

摘要:文章通過具體工程實例，對樅陽江堤白蕩閘引堤岸坡進行了穩定性和反向滲流計算，分析了岸坡下挫出險原因，提出了具體處理方法。

關鍵詞:岸坡下挫；成因；處理方法

收稿日期：2015-03-06；修回日期：2015-03-12

作者簡介：周玉明(1978-)，男，安徽樅陽人，工程師，從事水利工程建設與管理。

DOI：10.3969/j.issn.1671-6221.2015.02.015

中圖分類號：TV6

Analysis of bank slope falling of Baidang Gate

approach bank in Zongyang and measures

ZHOU Yu-ming

(Zongyang Yangtze River Management Bureau of Anhui Province, Zongyang 246700,China)

Abstract:Taking some project as example ,the calculation of bank stability and reverse osmosis of Baidang Gate approach bank in Zongyang is given , the cause of the bank slope falling is analyzed , the methods to solve the problem are put forward .

Key words:bank slope falling; cause; method

樅陽江堤白蕩閘引堤是1953年修建白蕩閘時開挖通江引河而筑成的兩岸堤防,全長3.0km。該段堤防堤頂高程19.80m,堤頂寬8m,堤外坡1∶3,堤內側堤頂以下3.0m處設戧臺,戧臺寬4.0m,戧臺以上邊坡1∶3,以下邊坡1∶5。2006-01,白蕩引堤東牮埂上部混凝土護坡與其下部漿砌石護坎之間產生裂縫。2006-02,受白蕩閘開閘放水和連續降水的影響,裂縫進一步增大,混凝土護坡與漿砌石腳槽之間裂縫長度發展到80m(樁號26+500～26+580)。漿砌石護坎與混凝土護坡腳槽接合部(12.0m高程處)嚴重下挫,下挫最大處達45cm;漿砌石護坎坡面開裂、塌陷;混凝土護坡腳槽沉陷、斷裂;在塌坡體前緣,靠近水邊線附近,土體隆起,鼓脹裂縫發育。

1　岸坡穩定及滲流計算

1.1計算工況確定

白蕩閘引堤標準橫斷面及出險部位如圖1所示。

圖1　白蕩閘引堤標準橫斷面及出險部位示意圖

根據文[3],結合出險段堤防工程現狀,選取兩種工況進行堤坡穩定性計算,即工程運用期、水位驟降期臨水坡穩定性。為準確地計算出土堤岸坡抗滑穩定安全系數,選擇有地質勘探資料的樁號26+508、26+577 2個斷面作為代表性斷面。

1.2岸坡穩定計算

考慮到有滲流動水壓力作用,堤坡抗滑穩定采用近似計算,即計算滑動力時,在浸潤線以下,靜水位以上的土體采用飽和容重;計算抗滑力時,在浸潤線以下,靜水位以上的土體采用浮容重;在浸潤線以上的土體均采用濕容重;在靜水位以下的土體采用浮容重。對于穩定滲流期土堤岸坡抗滑穩定采用瑞典圓弧滑動法中的有效應力簡化法計算,其公式如式(1)

(1)

其中,b為條塊寬度,m;Wk為計算抗滑力時的條塊重力,kN;Wh為計算滑動力時的條塊重力,kN;β為條塊重力線與通過此條塊底面中心點的半徑之間的夾角,(°);C,φ為分別為土的飽和抗剪強度指標,kN·m2,(°)。

滑動體和滑動面間的軟弱帶十字板試驗查明Cu值在6.4～19.8kPa范圍內,靜力觸探試驗換算滑動帶Cu為17.6kPa,小值平均值Cu為13.5kPa。在靠近滑動體前沿部分開挖了探坑,根據文[2]提供的探坑和鉆孔取樣試驗成果,滑動面土體飽和抗剪強度c、φ值平均分別為15.0 kPa與4°。綜合十字板、靜力觸探試驗、坑探和鉆探試驗成果分析,計算滑動面抗剪強度可用C=13.5kPa,φ=3.0°。由于堤坡地下水位較高,引河河道水位受白蕩湖閘站排水影響較大,穩定分析時c、φ值為飽和快剪指標,計算時土質取飽和快剪小值。河道岸坡抗滑穩定現狀條件計算成果如表1所列。

表1　河道岸坡穩定現狀條件計算成果表

根據文[3]要求,2級堤防土堤抗滑穩定安全系數為:正常運用條件k=1.25,非常運用條件k=1.15。從上述計算結果表明,岸坡穩定性明顯不足,特別是樁號26+550～26+580段岸坡坡面較陡,坡面拋石零亂,且堆放在6m～9m高程,使岸坡更不穩定。

1.3岸坡反向滲流計算

出險時正值長江最枯水位期,長江水位在6.0m左右,期間連續將水,雨水不斷下滲,而堤內護堤地高程在13.5m左右,易產生反向滲流。滑體部位在10.70～12.10m高程上下普遍被浸濕,局部段地下水緩慢溢出,滲流出逸處伴有少量流砂。根據堤身及堤基土質情況,選取26+577斷面進行堤身及淺基滲透穩定計算。根據規范要求,計算內容包括迎水側堤坡出逸點位置、出逸段及背水側堤基表土的出逸坡降。計算均按照文[3]附錄E進行。透水堤基下游有水均質土堤坡面及堤腳處滲流比降計算如式(2)、式(3):

沿滲出段AB

(2)

圖2滲水地基下游有水滲流計算簡圖

沿地基段BC

(3)

透水堤基下游有水均質土堤坡面及堤腳處滲流比降計算簡圖如圖2所示。計算結果如表2所列。

表2　堤身及淺層堤基滲透穩定計算成果表

計算結果表明,樁號26+577臨水坡在長江枯水位期反向滲流在滲出段和浸沿段滲透坡降均接近臨界狀態,理論上雖不發生滲透破壞,但由于滲流出逸點位置過高(位于10.70m～12.10m高程),高程11.0m以下坡面長期濕潤,土體始終處于飽和狀態,抗剪強度很低,坡面極易產生沉降、蠕變、下挫和滑動等險情。

2　岸坡下挫成因

岸坡下挫的原因分析如下。

(1)地質條件。白蕩閘引堤(樁號23+600～26+600)堤外側無外灘地,大堤迎水坡較陡;堤頂高程19.20m～19.80m,河床高程一般為5m～6m,深槽高程為3.6m～4.3m,堤身高度大,無灘地平臺,局部邊坡較陡。堤基覆蓋層為重～中粉質壤土、淤泥質中～重粉質壤土層,夾輕粉質壤土與砂壤土薄層,厚度超過10m,軟塑～流塑,飽和狀。地基土層強度過低,抗滑能力弱,在外部誘因作用下,邊坡易滑塌。

(2)反向滲流。白蕩閘引堤背水側原分布著大量溝塘,為解決汛期堤身邊坡抗滑穩定和堤防抗滲破壞問題,1999年采用絞吸式挖泥船從長江淺灘地取土實施了堤內填塘和壓滲平臺工程。目前,地面高程一般在14.0m,地下水位相應抬高,堤身高度加大,增加了邊坡承受載荷。迎水坡的護砌(混凝土護坡、漿砌石護坎)雖有利于增強汛期高水位時堤防的防滲能力和抗風浪沖刷能力,但非汛期枯水位時,在反向滲流作用下,護砌工程在一定程度上阻止滲流水流迅速排出,滲流出逸以下部位土體含水量提高,滑動力加大,抗剪強度減小,易使河道邊坡滑塌,邊坡失穩。

(3)坡面荷載。2003年,為確保砼護坡固腳的穩定,施工時在6.0m～10.5m高程段增設散拋石固腳進行加固處理,砼護坡與散拋石固腳間以漿砌石接坡(護坎)。加固工程實施后,坡面分布荷載增加8kN/m2,加大了滑動力,促進了滑坡的發生。

(4)自然降水。2006-02雨水較多,堤坡排水不暢,降雨形成的地表水直接侵入坡面裂縫,加大了孔隙水壓力,降低土層的抗剪能力,必然會導致險情的進一步加劇。

(5)渠道排水。白蕩閘是白蕩湖流域的唯一通江水閘,擔負著全流域775km2的排水任務,具有防洪、排澇、灌溉、蓄水養殖等功能。2005-12,白蕩閘排水流量為55.6m3/s,河道(樁號26+577處)計算流速為1.11m/s,河道允許流速僅為0.98m/s。河道排水能力不能滿足排放流量要求,流速超過岸坡土體允許流速范圍,造成對引堤河床的劇烈沖刷,尤其是對輕粉質壤土、砂壤土與中粉質壤土互層出露的河段,坡腳沖刷更易失穩坍塌。

3　處理方法

針對產生險情的分析采取岸坡砂井導滲排水、河槽及邊坡疏擴、拋石固腳、對岸護砌等處理方法。對加固后工程運用期、水位驟降期、施工期3種工況的臨水坡抗滑穩定計算,計算代表性斷面仍選取樁號26+508、26+577 2個相同的斷面,其計算成果如表3所列。

表3　河道岸坡穩定加固條件計算成果表

經計算,加固后穩定滲流期岸坡抗滑穩定性安全系數為1.353～1.40,水位驟降期抗滑穩定安全系數1.187～1.216,施工期抗滑穩定安全系數為1.191～1.192,均滿足設計要求,故擬定的加固方案可行。

4　工程治理效果

為充分掌握地下水位變化情況,了解岸坡治理工程的治理效果,在樁號26+480、26+530、26+600等斷面設置的測壓管和沉降觀測點,現對觀測資料,特別是對出險時相似工況下的觀測資料進行分析。

(1)滲流觀測分析。由表4所列的2009-01-20～04-07日觀測資料知,長江水位變化較大(變幅達3.4m),而堤內側地下水位始終處于13.0m以上,低于地面1.5m左右,數值變化不大,反向滲流具有較高水頭;堤外坡高程9.0m處地測壓管位于塌坡體前緣,靠近水邊線附近,其地下水位受長江水位影較大,長江水位高地下水位則高,反之則反;堤外坡高程12.5m處地測壓管處于加固前滲流出逸部位上方約1m(原滲流出逸點在高程10.70m～12.10m間),在長江枯水位期相似工況下堤外坡高程12.5m處地下水位降低了2.5m～3.0m。通過滲流觀測成果的分析,堤身反向滲流浸潤線降低,坡面排水順暢,滲流對坡面的破壞減小。

表4　樅陽江堤樁號26+530處測壓管觀測統計　m

(2)沉降觀測分析。沉降觀測點每個斷面設置3個,布置在堤外坡,分別位于19.8m、12.5m、9.0m高程處。每次觀測數據間差值均在測量允許誤差范圍內,坡面未發生明顯沉降,處于穩定。

5　結束語

樅陽江堤白蕩閘引堤岸坡下挫成因分析準確,工程處理方法得當,工程效果明顯,對處理類似險情提供有益的參考。

[參考文獻]

[1]胡榮輝,張五祿.水工建筑物[M].北京:中國水利水電出版社，1993.

[2]陳新苗.樅陽江堤白蕩閘引堤工程地質勘察報告[R].安徽省水利水電勘測設計院，2006.

[3]GB50286-98，堤防工程設計規范[S].

(責任編輯胡進)