河道施工斷面穩(wěn)定因素分析

秦璞，賈濤，羅順利

（1.南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250014；2.濟(jì)寧市洙趙新河管理處，山東 濟(jì)寧 272041；3.山東省水利工程局，山東 濟(jì)南 250014）

河道施工斷面穩(wěn)定因素分析

秦璞1，賈濤2，羅順利3

（1.南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250014；2.濟(jì)寧市洙趙新河管理處，山東 濟(jì)寧 272041；3.山東省水利工程局，山東 濟(jì)南 250014）

近幾年，濟(jì)寧市中對(duì)河流治理十分重視，結(jié)合南水北調(diào)截污導(dǎo)流工程，普遍提高了河道的排澇標(biāo)準(zhǔn)，由5年一遇提高到10年一遇，而在施工和運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)，河床有失穩(wěn)滑坡問(wèn)題。通過(guò)施工期間和運(yùn)行期間發(fā)生的坡面滑動(dòng)實(shí)例進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的處理措施。

河道施工；失穩(wěn)；驗(yàn)算；分析

近年來(lái)，濟(jì)寧市對(duì)境內(nèi)河流治理非常重視，為了使農(nóng)田基本建設(shè)的排灌工程與南水北調(diào)工程標(biāo)準(zhǔn)相銜接，排澇河道的防洪標(biāo)準(zhǔn)由5年一遇提高到10年一遇，通過(guò)綜合治理后，極大地改善了該區(qū)域排澇條件。在具體的實(shí)施過(guò)程中，從有利于排水通暢的角度出發(fā)，新開(kāi)挖的斷面比原來(lái)老河道斷面底寬加寬、深度加深，由于大部分河道土質(zhì)為粉質(zhì)性黏土，隨著深度和寬度的加大，在開(kāi)挖以及運(yùn)行過(guò)程中，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同程度河床坡面滑動(dòng)，從而造成整個(gè)河道斷面失穩(wěn)的問(wèn)題。

1 自然情況下滑坡因素及條件

1）邊坡由于其表面傾斜，在自重或外部荷載作用下，潛在地存在著向下移動(dòng)的趨勢(shì)。一旦由于設(shè)計(jì)、施工和管理不當(dāng)，或者由于受不可預(yù)估的外來(lái)因素影響，都可能造成邊坡中的一部分土體相對(duì)于另一部分土體產(chǎn)生向下滑動(dòng)。

2）在運(yùn)行時(shí)，當(dāng)坡面受到承壓水頭的影響時(shí)，易形成較大的水位差，使土坡體產(chǎn)生滲流，易造成坡面失穩(wěn)；當(dāng)其滲透水流給土體有一個(gè)滲透力時(shí)，此力的方向與滲流的流向相同，因此滲流對(duì)土坡穩(wěn)定起著不利的影響。

2 設(shè)計(jì)和施工因素引起的邊坡失穩(wěn)

2.1 現(xiàn)狀邊坡的設(shè)計(jì)

河道邊坡設(shè)計(jì)時(shí)特別注重邊坡的穩(wěn)定，一般河床邊坡為1∶2.5～1∶3之間，由于地質(zhì)條件的不同，土的重度值γ、內(nèi)摩擦角φ和黏聚力值C不一樣，為滿足河床過(guò)水條件，各河道河床開(kāi)挖深度也不盡相同，故產(chǎn)生的效果不一樣，而造成局部段的坡面滑動(dòng)，導(dǎo)致失穩(wěn)問(wèn)題發(fā)生。

2.2 施工過(guò)程產(chǎn)生的滑動(dòng)

施工工藝和防護(hù)措施也是導(dǎo)致滑邊的主要因素。

1）控制開(kāi)挖進(jìn)度并分層開(kāi)挖，臨波面不得堆放土方及其他設(shè)備、物料；2）開(kāi)挖前合理制定降排水方案，控制降排水效果，確保地下水位在開(kāi)挖面1.0m以下。3）關(guān)注天氣情況，做好防雨、防雪、防凍脹等措施，土方開(kāi)挖盡量安排在非汛期。

3 其它因素誘發(fā)局部邊坡失穩(wěn)

3.1 誘發(fā)失穩(wěn)實(shí)例

大部分邊坡穩(wěn)定是通過(guò)C值和φ值在理論上進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，也滿足了開(kāi)挖深度的要求，但這并不意味著一定不會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)問(wèn)題。實(shí)踐證明，局部出現(xiàn)穩(wěn)定問(wèn)題都是其它因素而引起的。較多的是坡面松軟和壓實(shí)度不夠，加之外側(cè)受承壓水頭引起的滲透壓力影響而造成坡面滑動(dòng)，如泗河4+587處開(kāi)挖段根據(jù)河道開(kāi)挖深度雖滿足安全穩(wěn)定的要求，但在施工期間正逢外側(cè)干渠送水，滲水造成大面積范圍內(nèi)滑坡現(xiàn)象，在干渠加大流量送水時(shí)，水位差達(dá)到6.5m，此時(shí)出現(xiàn)了嚴(yán)重的圓弧滑動(dòng)邊坡失穩(wěn)問(wèn)題，其失穩(wěn)產(chǎn)生坡面滑動(dòng)基本情況見(jiàn)圖1。

圖1 圓弧滑動(dòng)斷面圖

3.2 產(chǎn)生滑坡原因分析

1）堆堤防滲長(zhǎng)度不足。根據(jù)查勘對(duì)該段滑動(dòng)面處斷面尺寸進(jìn)行了整理其結(jié)果如下：依據(jù)圖紙浸潤(rùn)走向較安全穩(wěn)定的曲線長(zhǎng)度應(yīng)為L(zhǎng)=65m。

K為理想的安全系數(shù)，K=10；H0為上下水位差，H0=6.5m。

而實(shí)際L=45m，故認(rèn)為該段防滲長(zhǎng)度不足以抵抗?jié)B透壓力，也證明下游出逸點(diǎn)位置抬高，依據(jù)“圓弧滑動(dòng)圖”，分析出逸點(diǎn)抬至▽17.0m左右高出河床2.5m，這些都導(dǎo)致了滑動(dòng)因素的產(chǎn)生。

2）青坎狹窄，邊載過(guò)大。由于河道縱向中心線順至到南側(cè)，比原設(shè)計(jì)偏16～20m左右，導(dǎo)致河床青坎以上斷面偏窄，原有設(shè)計(jì)堆土高度為▽23.0m，而由于積土無(wú)處堆放，青坎以上占地面積又偏小，堆堤加高至▽25.5m，高出設(shè)計(jì)2.5m，其重量G=（5+10）×2.5/2×1.6=30t/m2，且又接近河口，加之滲透作用，使堤身下面土層處于飽和狀態(tài)，抗壓、抗剪能力偏低，從而又在“超載”的運(yùn)動(dòng)下加速了滑動(dòng)的產(chǎn)生。

3）原有堆堤自身質(zhì)量偏差。在該處，一方面南側(cè)混凝土渠破壞嚴(yán)重，另一方面該段堤身斷面壓實(shí)度不夠，也導(dǎo)致問(wèn)題的誘發(fā)。

4）其它原因。由于滲透壓力增加，堆身防滲長(zhǎng)度不夠，造成出逸點(diǎn)上抬，也意味著河床下部抗滑能力降低，原在砼護(hù)坡中放置的冒水孔▽15.5m位置，通過(guò)“測(cè)算圖”看偏高也偏少，失去作用，導(dǎo)致滲水壓力增大，又由于滲水排不出，直至抬高了護(hù)坡后側(cè)面的水位，導(dǎo)致該處φ值和C值降低，久而久之，一旦超過(guò)平衡，直至到達(dá)極限，瞬間形成滑坡。因此根據(jù)分析以上存在問(wèn)題因素是多方面的。

3.3 修復(fù)方案

針對(duì)以上出現(xiàn)的問(wèn)題，采取了一系列處理措施，其關(guān)鍵點(diǎn)為要提高壓實(shí)度，減少滲流產(chǎn)生，同時(shí)采用下泄通暢的原則與方法進(jìn)行。具體做法：1）堆堤坡的河床修復(fù)，將該處原有的滑動(dòng)面清除干凈，并將原滑動(dòng)形成的淤泥渣物均清理出場(chǎng)；將▽23.0m至▽25.5m堆堤土，作為干土對(duì)滑動(dòng)面進(jìn)行回填，從而也起到對(duì)該斷面減載之作用；采用干土層層套壓，其壓實(shí)度值不少于0.93，要進(jìn)行實(shí)地監(jiān)督，用環(huán)刀取樣做實(shí)驗(yàn)，以此控制斷面河床的質(zhì)量。

2）建議▽14.5m至▽20.0m統(tǒng)一做成混凝土護(hù)體，▽20.0m以上仍按原結(jié)構(gòu)實(shí)施。

3）排水孔布置，建議在▽15.0m以下進(jìn)行梅花形布置。

4）由▽16m至17m混凝土護(hù)坡處做縱向反濾層，同時(shí)沿▽18m▽15.5m線斜坡面開(kāi)挖做成盲溝，斷面60×80cm，每5m做一道透水盲溝與縱向?yàn)V層連接。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)例證明，防止產(chǎn)生滑坡的條件必須滿足：

1）依據(jù)坡面層土料φ值和C值需最佳性選擇，最佳利用黏性土φ＞200。

2）河道斷面設(shè)計(jì)合理，保障斷面穩(wěn)定。

3）邊坡外部條件影響在設(shè)計(jì)和施工中加以注重，尤其是承壓水頭的影響，要有一定的防滲寬度，并在實(shí)施過(guò)程中考慮與側(cè)向水頭形成的接觸面要進(jìn)行坡面范圍內(nèi)的壓實(shí)處理，尤其在浸潤(rùn)線以下100cm位置上，要進(jìn)行一定的壓實(shí)處理，壓實(shí)度不少于0.93。

4）在滲流出逸處設(shè)計(jì)適宜的縱橫濾層，尤其為混凝土護(hù)坡的坡面要確保滲水有足夠排出的空間。

5）對(duì)C值較小且φ值相對(duì)較大的坡面土層上施工，要注意滲積水的抽排，使其盡可能地降低施工期間地下水位達(dá)到最低。

（責(zé)任編輯遲明春）

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2016-02-12

秦璞（1963—），男，高級(jí)工程師