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(1.武漢市排水泵站管理處， 武漢 430010； 2.武漢市水務防訊信息中心，武漢 430010)

武漢市童家湖堤險情分析及整治

易少銳1，張云天2

(1.武漢市排水泵站管理處， 武漢 430010； 2.武漢市水務防訊信息中心，武漢 430010)

湖北省武漢市童家湖堤由于受堤基和土質等因素影響，建成以來險情不斷，給防汛安全帶來極大隱患。水利部門雖多次整治，但險情未能得到有效控制。特別是久旱少雨的年份，堤身總會發(fā)生裂縫、下挫和滑坡險情。本文結合最近一次2014年1月出現(xiàn)的險情，分析了險情成因，給出了險情處理技術方案，給同類險情隱患處理提供經驗借鑒。

童家湖堤； 堤防； 險情分析； 險情處置

1 堤防險情概況

童家湖堤位于湖北省府澴河下游左岸，上接孝感市。武漢市境內長4.70km(樁號0+000～4+700)，屬于長江重要支流干堤，堤防等級Ⅲ級。該堤防保護范圍內有武漢市漢口北商業(yè)區(qū)，京廣、合武鐵路，天河機場等重要交通設施及黃陂行政區(qū)內部分軍事、工農業(yè)設施和人口聚集地。

童家湖堤地處平原湖區(qū)，始建于20世紀50年代，受當時條件限制，筑堤施工時，多為湖內筑堤，就近取土，因而料源質量不一，堤身填土成分較雜。從1999年至今，該堤段多處、多次發(fā)生滑(脫)坡險情。水利部門歷年多次進行整修加固。2008年，武漢市利用世行貸款資金對童家湖堤進行了全面加固。整修加固主要包括堤身培厚、滑(脫)坡部位翻筑、局部修建內平臺、堤身裂縫段黏土換填、堤腳增設六排粉噴樁等措施。

歷次堤身隱患處理見下頁圖1。

圖1 歷次堤身隱患處理

該堤段雖經多次處理，但仍出現(xiàn)反復加固、反復出險的情況。2014年1月，樁號2+070～2+120等3段共170m長堤防再次出現(xiàn)堤頂下沉、堤身背水坡局部滑坡、混凝土路面破損險情。

2 險情成因分析

2.1 穩(wěn)定性計算

根據(jù)對2014年1月出險堤段進行實地勘查，發(fā)現(xiàn)部分堤身填土含有膨脹性淤泥質土夾層，為確定險情成因，需對典型斷面進行整體穩(wěn)定分析。

a.計算斷面。選擇對2+070、2+190及3+365三個典型斷面進行整體穩(wěn)定計算。

b.計算指標。堤防抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)按《堤防工程設計規(guī)范》規(guī)定取值，見表1。各土層的物理力學指標采用地勘報告數(shù)值，結構選用最不利地質斷面。

表1 土堤抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)

c.計算荷載。除自身重量、靜水壓力、土壓力等基本荷載外，正常工況活荷載按10kN/m2考慮。

d.計算工況。選取完建工況有荷載及無荷載兩種工況進行邊坡整體穩(wěn)定計算。

e.計算方法。采用簡化畢肖普法計算，具體計算公式如下：

式中Wi——為土條重，i=1～4；

b——土條寬；

c——黏聚力；

φ——內摩擦角；

Q——水平向地震慣性力。

各參數(shù)取值及計算值見表2、表3。

表2 堤坡抗滑穩(wěn)定分析計算參數(shù)

表3 堤坡抗滑穩(wěn)定計算最小安全系數(shù)成果

f.計算成果分析。通過計算，按照地勘給定的土物理力學參數(shù)，現(xiàn)狀堤身抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均能滿足規(guī)范要求。

根據(jù)現(xiàn)狀堤身出現(xiàn)裂縫沉降的險情情況，對堤身土物理力學參數(shù)進行了反演算，其對應的①層黏土黏聚力c=10kPa，摩擦角φ=5°，①-1層軟土黏聚力c=8kPa，摩擦角φ=3°。反演算結果中堤身土的物理力學參數(shù)c、φ與原狀土相比均有較大降低，這與膨脹土吸水膨脹、失水收縮和反復脹縮變形、浸水承載力衰減、干縮裂隙發(fā)育的特性吻合。據(jù)此推測在①-1層軟土中存在大量膨脹土。

2.2 險情分析

童家湖堤在始建時及建后整治過程中，堤身填筑就地取材，組成物多由第四系沖湖積作用形成的黏土、粉質黏土、粉質壤土組成，局部夾淤泥及淤泥質土，后經局部換填，換填土為Q3黏性土。險情主要原因包括以下幾個方面：

2.2.1 堤身填筑土具弱～中等膨脹性

此次整險地勘共取樣35組，經自由膨脹率試驗，其中弱膨脹土26組，分布普遍，占74.30%；中等膨脹土2組，主要分布在出險段，占5.70%；無強膨脹土。結果表明堤身填土有膨脹性。

膨脹土的災害主要是由失水收縮、吸水膨脹引起的。遇久旱不雨時，出險堤段堤身填土干縮，產生裂縫，遇到降雨時，雨水又沿著裂縫進入堤身，降低了填土的抗剪強度，極易沿薄弱面或新、老填土結合面產生滑動，導致堤身脫坡。

2.2.2 堤身填土局部有軟土

從鉆孔和坑探看，土體黃灰褐色，夾黑色，成分以黏土為主，中上部夾較多碎石， 3.50m以下土體不密實，存在透鏡體狀的軟土，呈軟塑狀，表面看似彈簧土。土體含水量較高，在22.20%～45.60%之間，平均31.80%，高出最優(yōu)含水量1.34倍。鉆探時有縮孔現(xiàn)象，土體含水量高、孔隙比大、壓縮性大、承載力較低。

由于軟土強度低、壓縮性大、沉降量較大，導致相關堤段易產生不均勻沉降。

2.2.3 局部堤身填土壓實度偏低

根據(jù)擊實試驗(4組)，土的最大干密度為1.66～1.73g/cm3，平均1.69g/cm3。最優(yōu)含水量21%～25.30%，平均23.80%。室內擊實試驗表明：堤身填土干容重為1.21～1.67g/cm3，壓實度為0.73～0.97，碾壓欠均勻，局部碾壓不密實，堤身填土壓實度偏低。

堤身填筑土間的接觸面因壓密程度不一及填筑成分不同，極易形成相對連續(xù)的透水空間，有利于填土中水分的蒸發(fā)及雨水的入滲，當水分蒸發(fā)土體收縮后就會出現(xiàn)裂隙，雨水入滲后土體膨脹，裂隙就會增大。

2.2.4 堤身填土黏粒含量高

堤身填土黏粒含量高達49.40%～69.30%，平均59.40%。黏粒含量越高，比表面積大，吸水能力及保水性就越強，脹縮變形就越大。

2.2.5 歷次加固結合面清基不徹底

童家湖堤雖經多次整治，但部分加固結合面清基不徹底。從幾次加固開挖現(xiàn)場看到，堤身填土中夾雜著腐殖土及植物根系，使堤身極易沿新、老填土間形成新的、連續(xù)滑動面。

2.2.6 其他外因

在填土未充分固結、沉降變形未穩(wěn)定時，就進行混凝土路面澆筑，極易導致混凝土路面基礎變形而使路面產生斷裂。

3 險情處置措施

3.1 險情處理方案

針對童家湖堤產生險情的原因，參考2004年對該地段3+800～3+900進行全堤身換填后至今未出現(xiàn)險情的工況，此次險情處理設計為挖除堤身滑動土體、整體換填的處理方案。

工程主要施工內容為土方開挖、土方填筑和護砌工程恢復。土方開挖為堤身滑動土體清除開挖，擬采用機械配合人工方式施工。為保證新老結合面的土體結合緊密，機械開挖后的工作面必須采用人工方式進行清理，并對擾動的部分土體進行壓實。土方填筑主要包括堤身培厚、內外平臺填筑等，堤身土料應按設計的邊線自下而上分層填筑，不得順坡填筑。土料的鋪料與壓實工序應連續(xù)進行，對已經碾壓合格的填土層，如間隔時間較長，再在上面填筑新土層時，應作表面刨毛或清除處理。護砌施工包括混凝土預制塊護坡、漿、干砌塊石護坡及草皮護坡等。

工程施工典型斷面如圖2所示。

圖2 工程施工典型斷面

3.2 換填材料比選

方案中的換填材料是設計關鍵，設計擬對采用的涂料從外運土料和原狀改性土中比選確定。

3.2.1 施工方面比較

外運土料：施工操作簡單，按要求采用機械施工即可。但該方案必須對土場土料進行膨脹性檢測，合格后方可使用。

原狀土改性：施工操作復雜，先要將原堤身填土挖出翻曬，含水量達到合適范圍后，再采用水泥或其他摻和料進行拌和，然后分層鋪裝碾壓。

3.2.2 質量控制方面比較

外運土料：施工質量易控制，按規(guī)范分步施工即可。

原狀土改性：影響質量的因素較多，增加了原狀土的含水量、土塊粉碎程度、添加材料比例、添加均勻程度等因素，施工質量控制難度大。

3.2.3 造價方面比較

按照武漢地區(qū)材料單價分析結果。

外運土料運距為5km時，每方土單價為33.21元；原狀土改性方案(根據(jù)相關工程經驗，初步擬定采用水泥，摻入量為6%)的每方土單價為115元。當土料運距為33km時，外運土料單價與原狀土改性單價基本相當。

綜合比選，擬采用外運土料換填方案。

3.3 護坡及堤頂路面恢復

堤外邊坡采用120mm厚C20預制塊護坡，下設100mm厚級配碎石墊層，堤腳設800mm×1000mm C20混凝土腳槽；堤內邊坡采用草皮護坡；堤頂先臨時鋪設200mm厚、4.5m寬泥結碎石過渡路面，待堤身回填土沉降穩(wěn)定后，在泥結石路面上新建200mm厚C30混凝土路面。

3.4 處理后穩(wěn)定分析

計算斷面及計算條件同上，換填后堤身填土相關土物理力學指標取為：最大干密度1.82g/cm3，最優(yōu)含水量18.90%，土的滲透系數(shù)建議值9.0×10-6cm/s，黏聚力c=20kPa，摩擦角φ=8°。

加固后堤身抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求，詳見表4。

表4 加固后堤坡抗滑穩(wěn)定計算最小安全系數(shù)成果

Wuhan Tongjia Lake Dam Risk Analysis and Remediation

YI Shao-rui1, ZHANG Yun-tian2

(1. Wuhan Water Drainage Pumping Station Management Office, Wuhan 430010, China;2. Wuhan Water Flood Control Information Center, Wuhan 430010, China)

Since Hubei Wuhan Tongjia Lake Dam is affected by dam foundation, soil quality and other factors, there are many risks since construction, which leads to high hidden risk on flood control safety. Water conservancy department remedied for many times, but the risks cannot be effectively controlled. The dam may come up with crack, downward dropping and landside risks in the year with draught and little rainwater. In the paper, the latest risk in January 2014 is combined for analyzing risk cause, providing risk treatment technical plan, and providing experience reference for handling similar risk hidden danger.

Tongjia Lake Dam; dike; risk analysis; risk treatment

TV871

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1005-4774(2014)12-0062-04