汲东干渠李大冲内坝渗漏及塌方处理

李大银

摘 要：根据工程现状及存在的问题，结合工程地质。主要内容包括险情描述、原因分析、加固措施、计算分析等。

关键词：汲东干渠 砂桩 计算分析

1工程概况

李大冲内坝位于汲东干渠右岸桩号3+800-4+400，现有堤长600m，现有堤顶高程为63.59-64.28m，堤顶宽2.5-3.0m，最大堤高12.0m。迎水坡坡比1：2.0～1：2.3，背水坡坡比1：2.2～1：2.5；大堤上游为混凝土护坡，下游堤坡均为天然杂草护坡，堤脚水塘长213m。

2险情描述

2013年7月15日（干渠水位与设计水位持平）上午汲东管理所管理人员巡堤检查发现，李大冲内坝背水坡部分坝段渗漏严重，逸出點高程位于一级平台以上，坝顶外侧出现纵向裂缝，上午9时，我院设计人员赶赴现场，对险情情况进行了认真检查和现场测量：现状塌陷长度119m（桩号为3+938-4+057），堤顶外侧最大塌陷高度1.8m，部分坝段形成直立滑坎，一级平台以上存在多条纵向裂缝，最大裂缝宽度25.0cm，平台下坡面微微隆起、堤脚外移2～3m。

3险情的原因分析

1、堤身未做防渗处理，渗漏严重，外坝脚加培土方粘性较高，透水性差，堵塞了原坡面的渗水通道，使堤内浸润线抬高，渗水饱和引起土体抗剪强度降低。

2、堤脚失去支撑而引起的塌陷。由于施工时未将堤脚的水塘（3+886-4+063，长177m）未及时回填，也未彻底清基，在坡面重力及渗透压力作用下，坡脚淤泥固结沉降，造成坡脚失稳。

3、遭遇暴雨而引起的塌陷。汛期水位较高，堤身的安全系数降低，遭遇暴雨或长时间连续降雨，堤身饱水程度进一步加大，特别是对于已产了纵向裂缝的堤段，雨水沿裂缝很容易渗透到堤身的深部，裂缝附近的土体因浸水而软化，强度降低，最终导致塌陷。

4、渠道运行水位较高，汲东干渠李大冲近期水位多次达到甚至超过设计水位。

4加固措施

1、李大冲内坝堤身防渗采用沿距内堤肩1.5m处采用多头小直径搅拌墙（3+752-4+202，水塘范围采用双排多头小直径搅拌墙），防渗墙底部深入相对不透水层及渠底下不小于1.5m。多头小直径邻孔施工搭接宽度10cm，成墙厚度为44.8cm（单排22.4cm）初步拟定水灰比为1.0，水泥掺入量为10%～15%（质量比），施工前应根据现场试验，进一步确定防渗墙施工工艺参数。垂直度：施工前应使桩机水平，使钻杆保持垂直，垂直度误差不大于1/300。

2、堤脚平台高程55.20m宽10m（3+805-4+092，长287m），平台以下坡比1：3.5，堤脚水塘采用人工抛石至高程52.60m。

3、对原平台高程61.20m以下至堤脚平台范围内采用砂桩排水固基兼抗滑，砂桩所使用材料为中粗砂掺瓜子片（中粗砂2/3，瓜子片1/3），瓜子片粒径1-2cm，含泥量不得大于5%。砂桩的直径采用D=40cm，砂桩中心间距250cm，水平排距5.0m，砂桩长度按照伸入新老堤防结合面以下2.0m来控制（3+872-4+132，长260m）。

4、本次砂桩之间采用纵向排水砂沟连接，每10m设置一道横向排水砂沟，排至下游排水棱体处，构成完善的排水体系，纵横排水砂沟断面均为底宽0.5m，高1.0m，边坡1：0.5，下部填筑砂石料，上部粘土回填。坡面设纵横排水沟。

5、堤顶滑塌及表面裂缝本次拟将表面浮土挖掉，坡面开挖成台阶状，回填粘土，利用人工或轻型碾压机械进行压实，上部覆盖花雨布防护。

5计算分析

1、计算工况

根据《堤防工程设计规范》（GB50286-2013），计算工况采用正常运用条件和非常运用条件。正常运用条件：设计水位下的背水坡；非常运用工况：非常运用条件Ⅰ，施工期的背水侧堤坡；非常运用条件Ⅱ，设计水位+遭遇强降雨时的背水侧堤坡。

采用瑞典圆弧法，2级土堤正常运用条件下的抗滑稳定安全系数为1.25，非常运用条件Ⅰ下的抗滑稳定安全系数为1.15，非常运用条件Ⅱ下的抗滑稳定安全系数为1.05。渠道设计水位62.83m。

2、物理力学指标

○1人工填土：湿容重γ=19.2KN/m3，饱和容重γsat=19.57KN/m3，有效应力指标C′=30kPa，φ′=10.0°；

○2重粉质壤土：湿容重γ=19.6KN/m3，饱和容重γsat=19.84KN/m3，有效应力指标C′=25kPa，φ′=8.0°；

○3粉质粘土：湿容重γ=19.9KN/m3，饱和容重γsat=20.14KN/m3，有效应力指标C′=36.5kPa，φ′=12.0°；

3、力学指标的选用

地质勘察单位根据规范要求对各滑坡段进行了静力触探和标准贯入试验，做了室内土工试验。滑体及滑床的容重采用土工试验资料的标准值。计算时，首先假定稳定系数Fs为1.0，根据以往滑坡治理经验及本滑坡土工实验结果，拟定滑面内摩擦角Φ值，

多头小直径+固脚平台，Φ值降低45%，

多头小直径+棱体排水，Φ值降低60%，

代入滑坡推力公式进行反复迭代，推求滑面粘聚力c值，滑面c、Φ值反算成果如下：

多头小直径+固脚平台，C′=7.4kPa，φ′=5.5°；多头小直径+固脚平台+砂桩置换，C′=7.7kPa，φ′=5.7°；多头小直径+棱体排水，C′=6.0kPa，φ′=4.0°；

4、滑坡推力计算

选取新老土体结合面作为滑裂面，新加培土体作为滑体计算下滑力。滑坡推力计算采用条分传递系数法。

经计算，复合地基承载力F=83.23 Kpa，承载力提高系数1.04，土体抗剪参数参照承载力系数提高4%。滑面c、Φ值分别取值为7.7Kpa，、5.7°，安全系数提高到1.4。

结论，多头小直径+固脚平台，最大下滑力111.6KN/m，出口推力-2.47KN/m，背水坡稳定安全系数1.20；多头小直径+固脚平台+砂桩置换，最大下滑力113.0KN/m，出口推力-0.25KN/m，背水坡稳定安全系数1.40；多头小直径+棱体排水，最大下滑力143.1KN/m，出口推力54.08KN/m，背水坡棱体排水稳定安全系数1.57；李大冲内坝背水坡在正常运用条件和非常运用条件下均满足规范要求。

5、边坡稳定复核

堤防抗滑稳定分析采用河海大学土木工程学院开发的“Slope-土石堤稳定分析系统”进行计算，计算方法采用瑞典圆滑法。稳定渗流期稳定计算施工期采用有总力法；其他计算采用有效应力法。

根据《堤防工程设计规范》的规定，渠道岸坡土料的物理力学指标施工期均直接采用地勘报告的建议值，设计水位、设计水位下遭遇强降雨时直接采用滑坡力学指标反算值，并将此指标值作为抗剪强度的有效应力指标值使用。计算成果如下：

设计水位时：有效应力法安全系数1.34，规范值1.25；

施工期：总应力法安全系数1.76，规范值1.15；

设计水位+遭遇强降雨：有效应力法安全系数1.09，规范值1.05；

结论，李大冲内坝背水坡在正常运用条件和非常运用条件下均满足规范要求。

6结论

该工程背水坡通过砂桩的置换作用和排水作用，不仅加快地基的固结沉降速率，而且减小堤基的施工后沉降。经过几个汛期实践证明，处理效果明显。

参考文献：

1.《堤防工程设计规范》（GB50286-2013）

2.《建筑地基处理技术规范》（JGJ79-2012）