麥麥提·阿吉吾布力

（喀什水文勘測(cè)局，新疆 喀什844000）

1 工程概況

某堤防工程位于沱江支流瀨溪河兩岸，主要保護(hù)河段兩岸房屋、土地、岸坡。新建復(fù)合式堤防總長(zhǎng)2010m，保護(hù)區(qū)域面積0.36km2，保護(hù)人口1.0萬(wàn)人，河段綜合治理1.5km。

瀨溪河是沱江左岸較大一級(jí)支流。流域內(nèi)多為丘陵，為淺丘地貌，工區(qū)屬構(gòu)造剝蝕丘陵低山地形，河谷沖刷切割地貌，丘谷相對(duì)高程90m，絕對(duì)標(biāo)高254～340m。地形地貌受構(gòu)造、巖性的雙重控制，丘頂在向斜中部由于地層平緩，砂、泥巖相同，風(fēng)化后形成塔狀平頂中丘。近背斜翼部地區(qū)，形成順走向延伸的斜面丘，丘坡傾向與向斜軸部一側(cè)，坡面傾斜平緩與巖層傾角基本一致。

工程區(qū)處于古佛山西側(cè)，主要為丘陵地貌。山丘地面高程300～350m，相對(duì)高差50～120m，多為構(gòu)造剝蝕之圓形山丘、侵蝕洼地或沖溝相間分布的地貌形態(tài)，賴溪河為該區(qū)的最低侵蝕基準(zhǔn)面，河谷較開闊，呈不對(duì)稱“V”型，河道蜿延曲折，工程區(qū)地段高程250～340m。地貌主要受巖性控制，砂巖多為陡崖或單面山坡，泥巖多為緩坡或圓形山丘。

鑒于該地區(qū)降雨充沛，多年年均降雨量達(dá)1048.9mm，而結(jié)合當(dāng)?shù)胤篮橐?guī)劃及防護(hù)對(duì)象的范圍和重要性，確定本防洪治理工程防洪標(biāo)準(zhǔn)為10年一遇洪水。由于工程區(qū)地質(zhì)條件較為復(fù)雜，覆蓋層深厚，建議采用鋼筋混凝土灌注樁處理堤防基礎(chǔ)，從而減小開挖量，保障施工過程中的安全性。本文從設(shè)計(jì)角度分析驗(yàn)算了瀨溪河復(fù)合式堤防 （鋼筋混凝土灌注樁基礎(chǔ)）在不同運(yùn)行工況下的整體穩(wěn)定性，同時(shí)對(duì)比計(jì)算不考慮灌注樁時(shí)堤防邊坡的穩(wěn)定性和位移變形，為后期工程的順利開展提供理論支撐。

2 工程地質(zhì)條件

工程區(qū)不良物理地質(zhì)現(xiàn)象主要為巖體風(fēng)化、卸荷、崩塌及兩處蠕變體等，泥石流不發(fā)育。由于受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件等影響，其物理地質(zhì)現(xiàn)象主要表現(xiàn)為風(fēng)化、卸荷等。一般強(qiáng)、弱風(fēng)化帶厚度分別為1～5m，3～5m；卸荷帶水平寬度一般15～30m，局部達(dá)50m。

本工程堤線上覆土層厚度整體較深，厚度3.5～15m之間，部分基巖埋置較淺部分較深，土層為洪積物粉質(zhì)黏土層、砂質(zhì)黏土層、黏土質(zhì)砂層（稍密～松散層）和人工填筑土、雜填土。

黏土質(zhì)砂層（稍密～松散層）力學(xué)性質(zhì)相對(duì)較差，不宜作為堤基持力層；砂質(zhì)黏土層軟塑狀，承載力低變形模量大，不宜作為堤基持力層；粉質(zhì)黏土層可塑狀，含水量不高，承載力較低，變形模量較大，力學(xué)性質(zhì)相對(duì)較差，不宜作為堤防地基；基巖力學(xué)性質(zhì)較好，可選作地基持力層。

因此，本工程設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土灌注樁樁基必須嵌入基巖3m，從而起到承受上部平臺(tái)傳遞的壓力及抵抗滑坡體下滑力的作用[1，3]。

3 計(jì)算參數(shù)、方法及建立模型

3.1 計(jì)算參數(shù)

本工程堤身從上到下巖體材料分別為石渣料、填土、可塑狀砂質(zhì)黏土、強(qiáng)風(fēng)化泥巖和砂巖層，根據(jù)地質(zhì)資料，穩(wěn)定計(jì)算參數(shù)選擇如下：

（1）砂巖石渣料：容重19kN/m3，C=5kPa，φ=32°。

（2）填土層：容重18kN/m3，C=5kPa，φ=19°。

（3）可塑狀砂質(zhì)黏土層：容重16.5kN/m3，C=12kPa，φ=14°。

（4）強(qiáng)風(fēng)化泥巖：容重23.8kN/m3，C=86kPa，φ=23°。

（5）砂巖層：容重24.6kN/m3，C=135kPa，φ=26°。

各堤段堤身填料采用強(qiáng)風(fēng)化砂巖石渣填筑，石渣填筑料要求石質(zhì)較堅(jiān)硬，含泥量小于5%，干密度不小于1.9g/cm3。

3.2 穩(wěn)定計(jì)算方法

瀨溪河復(fù)合式堤防穩(wěn)定計(jì)算采用GB50286—2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]規(guī)定的極限平衡法中的瑞典圓弧法進(jìn)行計(jì)算，安全系數(shù)K計(jì)算如式（1）[5-8]：

式中 W為土條重量 （kN）；Q，V為水平和垂直地震慣性力（V向上為負(fù)，向下為正）（kN）；μ為作用于土條地面的空隙壓力 （kN/m2）；α為條塊重力線與通過此條塊地面中點(diǎn)的半徑之間的夾角（kN）；b為土條寬度（m）；C′，φ′為土條底面的有效凝聚力（kN/m2）和有效內(nèi)摩擦角（°）；Mc為水平地震慣性力對(duì)圓心的力矩（kN·m）；R為圓弧半徑（m）。

3.3 計(jì)算模型

結(jié)合工程實(shí)際情況，選取典型斷面進(jìn)行建模分析計(jì)算，為提高計(jì)算效率，對(duì)模型進(jìn)行了一定的簡(jiǎn)化處理[9-10]，計(jì)算模型垂直方向高20m，水平方向長(zhǎng)60m。該斷面10年一遇洪水，高程261m，設(shè)計(jì)堤頂高程262m，砂巖石渣填筑坡比1∶1.75，馬道高程256，寬2m，模型暫不考慮石渣料表層的框格梁護(hù)坡。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本工程鋼筋混凝土灌注樁軸向間距3m，樁徑0.8m，抗剪強(qiáng)度800kPa，如圖1。

圖1 瀨溪河堤防穩(wěn)定計(jì)算模型

4 計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)堤防設(shè)計(jì)規(guī)范要求，現(xiàn)對(duì)瀨溪河灌注樁基礎(chǔ)復(fù)合式堤防選取3個(gè)工況進(jìn)行穩(wěn)定性定量分析。包括：設(shè)計(jì)洪水位、設(shè)計(jì)洪水位驟降2m和施工期，最終穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果表1。

表1 基礎(chǔ)復(fù)合式堤防邊坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算

分析可知，在設(shè)計(jì)洪水位下的穩(wěn)定滲流工況時(shí)，堤防的設(shè)計(jì)安全系數(shù)達(dá)到1.31，大于規(guī)范允許值1.15；而當(dāng)水位出現(xiàn)驟降工況（降2m）時(shí)，堤防的設(shè)計(jì)安全系數(shù)降低至1.25，但同樣大于規(guī)范允許值1.15；而在施工完建期，不考慮河水作用時(shí)，堤防安全系數(shù)1.19，在3種工況中最小，這是由于施工完建期未考慮水壓力的原因，減小了滑坡體的抗滑力，但同樣滿足規(guī)范最小值1.05。說明本工程設(shè)計(jì)的灌注樁加固瀨溪河堤防，堤防邊坡各工況的最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范最小值要求。

圖2為瑞典圓弧法計(jì)算的3種工況對(duì)應(yīng)的滑弧，可見3種工況下堤防的滑弧均起于上部砂巖石渣料，剪出口位于坡腳馬道內(nèi)側(cè)。

圖2 堤防穩(wěn)定計(jì)算成果

為了體現(xiàn)本工程設(shè)計(jì)的灌注樁的抗滑作用，同時(shí)計(jì)算不考慮灌注樁作用時(shí)瀨溪河堤防的穩(wěn)定安全系數(shù)，其他條件完全相同，穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果如表2。

表2 瀨溪河復(fù)合式堤防邊坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算成果

對(duì)比表1可知：不考慮灌注樁作用時(shí)，該堤防在各工況下的抗滑穩(wěn)定系數(shù)均明顯小于考慮灌注樁時(shí)的穩(wěn)定系數(shù)，其中在工況1和工況3時(shí)的設(shè)計(jì)安全系數(shù)略大于規(guī)范允許值，但在工況2的水位驟降工況時(shí)設(shè)計(jì)安全系數(shù)僅有1.06，小于規(guī)范允許值，不滿足規(guī)范要求，說明不考慮灌注樁加固時(shí)的地方邊坡穩(wěn)定性較差。

圖3為不考慮灌注樁時(shí)的3種工況對(duì)應(yīng)的堤防邊坡滑弧，可見3種工況下堤防的滑弧均起于上部砂巖石渣料，與考慮灌注樁時(shí)一樣，但剪出口均位于坡腳馬道外側(cè)，與考慮灌注樁時(shí)有所不同。說明不考慮灌注樁時(shí)的滑弧比考慮灌注樁時(shí)的滑弧更大，考慮灌注樁后滑坡體前端得到加固，滑弧范圍減小，邊坡穩(wěn)定性得到提升。

圖3 堤防穩(wěn)定計(jì)算成果（不考慮灌注樁）

同時(shí)，研究了水位下降過程中堤防的位移變形特征。圖4為水位從設(shè)計(jì)洪水位261m逐漸降低至256m時(shí)堤頂?shù)奈灰谱兓鶕?jù)實(shí)際情況，水位下降速率設(shè)置為0.5m/d。分析可知：隨著水位的逐漸降低，坡頂?shù)乃胶痛怪蔽灰凭饾u增大，當(dāng)不考慮灌注樁時(shí)水位高程在256m時(shí)堤頂水平和垂直位移分別為7.2cm和5.1cm，而考慮灌注樁時(shí)的堤頂水平和垂直位移分別為4cm和2.1cm。說明水位下降過程中堤防的水平向變形大于垂直向變形，且考慮灌注樁后堤頂位移明顯小于無(wú)樁基的情況，采用鋼筋混凝土灌注樁加固堤基可有效控制堤防邊坡的變形。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）按設(shè)計(jì)采用的鋼筋混凝土灌注樁加固堤基時(shí)，堤防邊坡各工況的最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)均滿足規(guī)范最小值要求，且堤頂位移變形較小。

（2）不考慮樁基時(shí)堤防邊坡的整體穩(wěn)定性較差，驟降工況的最小抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范最小值要求，水位下降過程中堤頂?shù)奈灰谱冃蚊黠@大于有樁基時(shí)的位移。不考慮樁基時(shí)堤防邊坡的滑弧大于有樁基時(shí)的滑弧，證明了本次設(shè)計(jì)的灌注樁兼有端承樁和抗滑樁的作用。

（3）為了保證堤防工程的安全性，有必要采用鋼筋混凝土灌注樁對(duì)堤基進(jìn)行加固，從而有助于提高邊坡穩(wěn)定性和控制坡體變形。