深厚淤泥質粉質黏土河道邊坡抗滑措施研究

鄭宏偉， 李 昱， 宋黎明

(江蘇省太湖水利規劃設計研究院有限公司， 江蘇 蘇州 215128)

1 工程概況

新孟河延伸拓浚工程北起長江，沿老新孟河拓浚至京杭運河，立交過京杭運河后新開河道向南延伸至北干河，拓浚北干河連接洮湖、滆湖，拓浚太滆運河和漕橋河入太湖。本文涉及深厚淤泥質粉質黏土河道段采用全斷面放坡結構，▽-3.00～▽4.50 m為1∶3土坡，▽4.50 m設2 m寬親水平臺，▽4.50～▽8.00 m為1∶2土坡。河道標準斷面詳見圖1。該段河道堤頂往下分別分布重粉質壤土、①2輕粉質壤土、②1淤泥質粉質黏土以及④4粉質黏土等土層，其中②1淤泥質粉質黏土力學性能較差，河道邊坡整體抗滑穩定安全系數難以滿足規范要求。河道斷面及土層分布見圖1，土層地質參數見表1。

表1 土層地質參數

2 河道邊坡整體抗滑穩定分析方法

河道邊坡整體抗滑穩定的分析方法包括極限平衡法、應力應變分析以及圖解法，工程上常用極限平衡法[1]。河道邊坡比較常見的破壞類型是圓弧剪切滑動，常用于圓弧剪切滑動分析的極限平衡法包括瑞典圓弧滑動法、簡化畢肖普法和改良圓弧法等[2]。瑞典圓弧滑動法不考慮土條之間的作用力，并且假設滑裂面為圓弧面。抗滑穩定安全系數為所有土條在滑裂面上產生的抗滑力矩之和與外荷載及滑動土體在滑裂面上所產生的滑動力矩和之比。計算公式如下：

(1)

本文將采用河海大學邊坡穩定計算分析軟件Autobank進行河道邊坡整體穩定計算，并對計算結果進行綜合分析。

3 河道邊坡抗滑方案

根據《堤防工程設計規范》GB50286—2013[2]，并且結合本工程的實際情況，計算工況見表2。

表2 河道邊坡穩定計算工況

根據河道邊坡型式與土層參數等，不同工況河道邊坡穩定計算滑動面如圖2所示，對應河道邊坡抗滑穩定計算結果見表3。

圖2 河道邊坡穩定計算結果(無處理，單位：m)

表3 河道邊坡穩定計算結果(無處理)

根據表3計算結果，無處理的河道邊坡穩定計算結果不滿足規范要求，施工期最危險滑動面較深，根據以往工程經驗，該河道邊坡必須采取抗滑穩定措施。河道邊坡抗滑工程中，較為常見的有抗滑樁墻、改變滑坡范圍內土的工程性質等技術[3-4]。本文將采用水泥土攪拌樁、預制鋼筋混凝土方樁與地下連續墻等抗滑樁墻體系進行河道邊坡抗滑穩定計算分析，并比選最佳河道邊坡抗滑方案。

3.1 水泥土攪拌樁

水泥土攪拌樁通過加強原土體強度指標形成復合土體進行河道邊坡抗滑[5]。根據前述計算結果合理布置水泥土攪拌樁，將其深入至持力層。本文中水泥土攪拌樁沿河坡高程2.00～-3.00 m采用梅花型布置，水泥土攪拌樁共16排、直徑60 cm、間距100 cm。水泥摻量不小于15%，樁身水泥土28 d齡期無側限抗壓強度不小于1.2 MPa。水泥采用普通硅酸鹽水泥，強度等級不低于42.5級，技術指標執行《通用硅酸鹽水泥》GB175—2007。水泥土攪拌樁形成的復合土體的抗剪強度指標根據相關規范及土工原理進行計算，水泥土攪拌樁樁體黏聚力取150 kPa、內摩擦角取25°。不同工況河道邊坡穩定計算滑動面如圖3所示，對應河道邊坡抗滑穩定計算結果見表4。

圖3 河道邊坡穩定計算結果(水泥土攪拌樁，單位：m)

根據表4計算結果，采用水泥土攪拌樁處理后，由于處理范圍內土體強度增大，施工期滑動面位置下移穿越較好土層、運行期及地震期滑動面后移使滑動面變淺， 3種工況河道邊坡穩定計算結果均滿足規范要求。

表4 河道邊坡穩定計算結果(水泥土攪拌樁)

3.2 預制鋼筋混凝土方樁

預制鋼筋混凝土方樁是一種效果較好的傳統滑坡加固型式[6]。根據前述計算結果合理布置預制鋼筋混凝土方樁，將其深入至持力層。本文中預制鋼筋混凝土方樁沿河坡高程2.00～0.33 m采用梅花型布置，預制鋼筋混凝土方樁共6排，尺寸40 cm×40 cm，間距100 cm，混凝土強度等級為C30，鋼筋采用HRB400級。不同工況河道邊坡穩定計算滑動面如圖4所示，對應河道邊坡抗滑穩定計算結果見表5。

圖4 河道邊坡穩定計算結果(預制鋼筋混凝土方樁，單位：m)

表5 河道邊坡穩定計算結果(預制鋼筋混凝土方樁)

根據表5計算結果，采用預制鋼筋混凝土方樁處理后，由于抗滑樁的阻滑作用，施工期滑動面位置下移且經過樁身、運行期及地震期滑動面后移使滑動面變淺， 3種工況河道邊坡穩定計算結果均滿足規范要求。

3.3 地下連續墻

地下連續墻整體穩定性比較好，結構比較簡單，施工技術成熟[7]。根據前述計算結果合理布置地下連續墻，將其深入至持力層。本文中地下連續墻布置于河坡高程2.00 m處，厚度45 cm、長25 m，混凝土強度等級為C30。不同工況河道邊坡穩定計算滑動面如圖5所示，對應河道邊坡抗滑穩定計算結果見表6。

圖5 河道邊坡穩定計算結果(地下連續墻，單位：m)

根據表6計算結果，采用地下連續墻處理后，由于地下連續墻的阻滑作用，施工期滑動面位置下移穿越較好土層、運行期及地震期滑動面后移使滑動面變淺， 3種工況河道邊坡穩定計算結果均滿足規范要求。

表6 河道邊坡穩定計算結果(地下連續墻)

3.4 河道邊坡抗滑方案比選

根據上述計算結果分析，采用水泥土攪拌樁、預制鋼筋混凝土方樁與地下連續墻等抗滑樁墻體系理論上均可使河道邊坡抗滑滿足規范要求，故本文主要從工程投資方面對上述河道邊坡加固措施進行比選。

方案一：水泥土攪拌樁估算造價32 294.15元/m。根據工程經驗，水泥土攪拌樁處理深度一般不超過15 m，若超過15 m，端部成樁質量難以控制。本文中水泥土攪拌樁樁長需達到20～25 m，端部成樁質量可能難以控制。

方案二：預制鋼筋混凝土方樁估算造價42 188.02元/m。預制鋼筋混凝土方樁單樁長度一般不大于15 m，但可通過接樁方式達到設計要求。本文中預制鋼筋混凝土方樁樁長需達到23.33～25 m，可通過接樁方式滿足設計要求。

方案三：地下連續墻估算造價12 305.13元/m。本文中地下連續墻高需達到25 m，根據施工經驗，本文中地下連續墻易于實施。

綜上所述，方案一難以控制成樁質量，方案二與方案三從技術上均可實施，但方案三造價低。故本文采用方案三即地下連續墻作為河道邊坡抗滑措施。

4 結 語

本文通過對新孟河延伸拓浚工程南延段河道工程中局部深厚淤泥質粉質黏土河段進行河道邊坡抗滑措施研究分析，綜合比選了水泥土攪拌樁、預制鋼筋混凝土方樁與地下連續墻等河道邊坡抗滑方案。通過綜合分析，最終確定采用整體穩定性比較好、結構比較簡單、施工技術成熟且造價最低的地下連續墻作為深厚淤泥質粉質黏土河段河道邊坡抗滑措施。