徐 磊，孫蓬勃，馬思齊

（河北省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，石家莊 050021）

1 項(xiàng)目概況與地質(zhì)條件

1.1 項(xiàng)目概況

樂(lè)亭縣二灤河右側(cè)河口堤位于二灤河入?？?，長(zhǎng)度約4km， 與二灤河上游的右側(cè)防洪小埝相接，形成了相對(duì)封閉的防洪體系，旨在減輕低標(biāo)準(zhǔn)洪水、潮水對(duì)灤河行洪灘地的威脅。 堤防始建于唐山大地震后，防洪標(biāo)準(zhǔn)不足3年一遇，堤身平均堤高不足2m，平均堤頂寬度4～6m，邊坡坡比陡于1∶3，堤身土質(zhì)不均，以壤土、粉砂和細(xì)砂為主。該段堤防的治理標(biāo)為10年一遇。

該河段河口堤迎、背水側(cè)堤線分布有養(yǎng)殖坑塘，順堤長(zhǎng)度1.21km，現(xiàn)狀坑塘深度3～5m。該段原河口堤寬度約6m，堤身以壤土為主，厚度約2m，堤身下部及兩側(cè)坑塘底部均為細(xì)砂。 由于近些年兩側(cè)養(yǎng)殖池?cái)U(kuò)挖后的棄土堆放至河口堤兩側(cè)邊坡， 經(jīng)自然沉降和植被保護(hù)等原因，逐漸形成較為穩(wěn)定的現(xiàn)狀路，路面兩側(cè)現(xiàn)狀坡比為1∶1～1∶2，現(xiàn)狀路面寬度約9～20m。

1.2 地質(zhì)情況

堤基巖性主要由黏土、壤土、淤泥質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)壤土、粉砂、細(xì)砂、中砂等組成，其中場(chǎng)區(qū)上部為第四系全新統(tǒng)上段沖洪積層，厚度較薄，黃色為主，稍濕～濕，黏性土的土質(zhì)較軟，呈軟塑～可塑狀態(tài)，局部硬塑，砂土呈松散～中密狀態(tài)；場(chǎng)區(qū)中下部為第四系全新統(tǒng)中段海相沉積層，為灰色或灰黑色等，以粉細(xì)砂為主，夾淤泥質(zhì)黏土或淤泥質(zhì)壤土層。砂性土多呈中密～密實(shí)狀態(tài)。淤泥質(zhì)土為灰黑色，呈軟塑～流塑狀態(tài)，土質(zhì)軟弱。

本段二灤河內(nèi)有大量地表水。 鉆孔揭露地下水位在堤頂以下埋深約1.2～4.2m， 在兩側(cè)地面以下埋深0～1.3m，地下水位高程范圍為1.44～-0.95m。

現(xiàn)狀河口堤典型地質(zhì)剖面詳如圖1，堤身及堤基土層的主要物理力學(xué)參數(shù)建議值如表1。

圖1 河口堤典型地質(zhì)剖面橫斷圖

表1 堤身及堤基主要物理力學(xué)參數(shù)建議值

2 設(shè)計(jì)方案

為了避免增加較多的永久占地， 經(jīng)與建設(shè)單位溝通，對(duì)上述范圍的堤防防護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。由于迎水側(cè)坑塘較連續(xù)，坑塘內(nèi)現(xiàn)狀水位較高，背水側(cè)正常養(yǎng)殖坑塘較少，且水位相對(duì)較低，考慮到征遷難度、施工導(dǎo)流、排水等綜合因素，調(diào)整方案在確保迎水側(cè)岸坡穩(wěn)定的前提下， 盡量避免干擾迎水側(cè)坑塘正常養(yǎng)殖。

原設(shè)計(jì)方案考慮在現(xiàn)狀河口堤堤身背水側(cè)復(fù)堤，由于現(xiàn)狀河口堤堤身為壤土，可有效地防止堤身滲透破壞。 本次變更方案堤線向迎水側(cè)方向進(jìn)行了調(diào)整，堤身迎水側(cè)邊坡為坑塘開(kāi)挖的砂性土，宜與堤基形成連續(xù)透水地層，須增設(shè)相應(yīng)的截滲措施。由于迎水側(cè)坑塘水位較高，下部為透水堤基，施工圍堰及排水措施效果較差，堤防填筑及護(hù)腳施工較困難，施工質(zhì)量無(wú)法保證，且易對(duì)坑塘養(yǎng)殖造成影響，因此須在迎水側(cè)現(xiàn)狀堤頂設(shè)垂直截滲措施。

2.1 方案選定

從防滲透功能考慮，由于堤防迎、背水側(cè)均為坑塘，迎水側(cè)坑塘現(xiàn)狀邊坡和堤防以下均為砂性土，為避免堤防滲透破壞， 須在迎水側(cè)采取必要的垂直截滲措施。水泥土攪拌樁作為止水帷幕最常用材料，有以下優(yōu)點(diǎn)：①水泥土滲透系數(shù)小，可有效增加堤防滲徑，降低水力滲透坡降；②由于該段堤埝高度較小，迎水側(cè)現(xiàn)狀邊坡基本已自然固結(jié)， 樁位處土層不會(huì)產(chǎn)生滑動(dòng)，攪拌樁樁身不受水平剪力作用；③從施工工藝考慮，根據(jù)地質(zhì)勘察成果和JGJ 79—2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》，本段河口堤兩側(cè)及現(xiàn)狀坑底以細(xì)砂為主，呈松散～中密狀態(tài)，水泥土攪拌樁適用于松散、中密狀態(tài)的粉細(xì)砂，成樁工藝相對(duì)簡(jiǎn)單；④從施工方面考慮，水泥土攪拌樁施工難度小，對(duì)施工場(chǎng)地占地的要求低。綜上所述，垂直截滲方案采用水泥土攪拌樁作為止水帷幕。

2.2 水泥土攪拌樁結(jié)構(gòu)

根據(jù)SL265—2016《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》，水泥土攪拌樁防滲墻的最小有效厚度宜大于0.35m，因此沿現(xiàn)狀堤頂迎水側(cè)布置一排攪拌樁， 樁體縱向搭接咬合布設(shè)，樁徑為600mm、樁間距均為450mm，等效防滲厚度約400mm。樁軸線距現(xiàn)狀堤頂坡肩3m，樁頂為現(xiàn)狀河口堤堤頂以下0.6m。 根據(jù)地質(zhì)勘察成果，垂直防滲體底高程應(yīng)伸入相對(duì)不透水層， 由于本段地層均為細(xì)砂，堤基以下1～2m砂層為中密；根據(jù)JGJ 79—2012《建筑地基處理技術(shù)規(guī)范》， 水泥土攪拌樁作為提供穩(wěn)定性的措施時(shí)， 樁長(zhǎng)應(yīng)超過(guò)危險(xiǎn)滑弧以下長(zhǎng)度不小于2m。根據(jù)堤防穩(wěn)定計(jì)算中最危險(xiǎn)滑弧位置，確定樁長(zhǎng)為8m。

攪拌樁樁后挖除樁頂高程以上現(xiàn)狀河口堤迎水側(cè)砂性土，采用剝巖土對(duì)現(xiàn)狀河口堤進(jìn)行加高培厚?？紤]到樁前現(xiàn)狀邊坡較陡，存在淺層滑動(dòng)的可能，對(duì)迎水側(cè)邊坡采用石籠防護(hù)， 防護(hù)結(jié)構(gòu)自上而下分別為50cm厚鋼絲石籠、10cm厚砂礫石墊層和土工布，防護(hù)頂高程至設(shè)計(jì)水位以上0.5m； 為形成封閉的防滲體，樁頂以上護(hù)坡設(shè)兩布一膜復(fù)合土工膜防滲。典型橫斷面如圖2。

圖2 水泥土攪拌樁垂直防滲典型橫斷面圖

2.3 堤防穩(wěn)定計(jì)算

2.3.1 滲透穩(wěn)定計(jì)算

（1）滲透變形類(lèi)型判別。 根據(jù)地質(zhì)勘察成果，根據(jù)本段土層的工程特性及結(jié)合工程實(shí)踐， 砂性土滲透變形的類(lèi)型主要為流土， 各土層允許水力比降建議值為：壤土0.40、砂壤土0.35、粉砂0.28、細(xì)砂0.25。

（2）出逸坡降計(jì)算。滲流浸潤(rùn)線計(jì)算采用有限元法進(jìn)行計(jì)算，應(yīng)用《水工結(jié)構(gòu)有限元分析系統(tǒng)》（河海大學(xué)工程力學(xué)研究所研制）進(jìn)行滲流場(chǎng)、滲流浸潤(rùn)線分析計(jì)算。 作為邊坡穩(wěn)定分析的基本條件。

（3）滲透計(jì)算工況。 根據(jù)GB50286—2013《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》滲流及滲透穩(wěn)定計(jì)算中規(guī)定，擬定滲透穩(wěn)定計(jì)算工況如下：

工況①：穩(wěn)定滲流計(jì)算，臨水側(cè)為二灤河10年一遇設(shè)計(jì)水位，背水側(cè)無(wú)水時(shí)，復(fù)核堤防背水坡出逸比降。

工況②：非穩(wěn)定滲流計(jì)算，臨水側(cè)由10年一遇設(shè)計(jì)水位經(jīng)歷48h后，降至無(wú)水時(shí)，對(duì)臨水側(cè)堤坡穩(wěn)定的不利影響，復(fù)核堤防臨水坡滲透出逸比降。 水泥土攪拌樁布設(shè)前、后滲透穩(wěn)定計(jì)算成果詳如表2，表3。

表2 水泥土攪拌樁布設(shè)前滲透穩(wěn)定計(jì)算成果

表3 水泥土攪拌樁布設(shè)前滲透穩(wěn)定計(jì)算成果

對(duì)堤防斷面的滲流穩(wěn)定計(jì)算分析得出， 垂直截滲措施布設(shè)前堤坡出逸比降大于允許水力比降，滲透穩(wěn)定不滿(mǎn)足要求；增加垂直截滲措施后，出逸比降均小于允許水力比降值。 因此垂直截滲措施可以有效降低背水側(cè)堤坡出逸比降。

2.3.2 邊坡穩(wěn)定計(jì)算

2.3.2.1 斷面選擇及參數(shù)選取

邊坡穩(wěn)定計(jì)算分段， 以地表至堤基下一定范圍內(nèi)的土巖體地質(zhì)巖性資料為主要依據(jù)， 同時(shí)考慮堤防填方高度情況， 盡量使每段內(nèi)各項(xiàng)物理力學(xué)參數(shù)相近。 根據(jù)相關(guān)資料，選取3個(gè)典型斷面進(jìn)行計(jì)算。

筑堤土c，φ，γ值， 采用料場(chǎng)土料擊實(shí)試驗(yàn)成果。堤基巖性及c，φ，γ根據(jù)地質(zhì)勘察成果取值。浸潤(rùn)線采用滲透穩(wěn)定中計(jì)算結(jié)果。

2.3.2.2 地震荷載確定

根據(jù)國(guó)家地震局GB18036—2015 《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》 確定， 工程區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.10g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期0.35s，相當(dāng)于地震基本烈度Ⅶ度。堤埝工程等級(jí)為5級(jí)，不考慮地震荷載。

2.3.2.3 堤防抗滑穩(wěn)定計(jì)算

抗滑穩(wěn)定計(jì)算采用簡(jiǎn)化畢肖普法計(jì)算公式：

式中 W為土條重量；V分別為水平和垂直地震慣性力（向上為負(fù)，向下為正）；u為作用于土條底面的孔隙壓力；A為條塊重力線與通過(guò)條塊底面中點(diǎn)的半徑之間的夾角；b為土條寬度；c′φ′分別為土條底面的有效應(yīng)力抗剪強(qiáng)度指標(biāo)；MC為水平地震慣性力對(duì)圓心的力矩；K為圓弧滑動(dòng)穩(wěn)定的安全系數(shù)（工況不同，取值不同）；R為圓弧半徑。

2.3.2.4 計(jì)算工況

根據(jù)堤段所處的工作狀況和作用力性質(zhì)， 擬定邊坡穩(wěn)定分析計(jì)算工程如下：

（1） 正常運(yùn)用條件。 ①河道內(nèi)10年一遇設(shè)計(jì)水位，堤外無(wú)水時(shí)，復(fù)核堤防背水坡穩(wěn)定；②河道內(nèi)10年一遇設(shè)計(jì)水位驟降期，復(fù)核堤防臨水側(cè)邊坡穩(wěn)定。

（2）非常運(yùn)用條件Ⅰ：施工期，堤埝內(nèi)外均無(wú)水，復(fù)核堤埝臨水坡、背水坡穩(wěn)定。

2.3.2.5 安全系數(shù)

根據(jù)GB50286—2013 《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，土堤邊坡抗滑穩(wěn)定采用簡(jiǎn)化畢肖普法時(shí)，5級(jí)堤防邊坡安全系數(shù)不應(yīng)小于下列數(shù)值：

（1）正常運(yùn)用條件Ⅰ：1.20。

（2）正常運(yùn)用條件Ⅱ：1.20。

（3）非常運(yùn)用條件Ⅰ：1.10。

水泥土攪拌樁布設(shè)前、 后堤防邊坡穩(wěn)定計(jì)算成果如表4，表5。

表4 水泥土攪拌樁布設(shè)前邊坡穩(wěn)定計(jì)算成果

表5 水泥土攪拌樁布設(shè)后邊坡穩(wěn)定計(jì)算成果

由堤防斷面的邊坡穩(wěn)定計(jì)算成果可知， 垂直截滲措施布設(shè)前在飽和堤身滲流影響下， 鄰水側(cè)邊坡穩(wěn)定不滿(mǎn)足要求；增加垂直截滲措施后，通過(guò)降低堤身浸潤(rùn)線，有效降低了鄰水側(cè)邊坡滲透壓力，邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3 結(jié)語(yǔ)

水泥土攪拌樁作為入海口段堤防的加固措施，能夠滿(mǎn)足堤防迎水側(cè)邊坡穩(wěn)定和堤身、 堤基的截滲措施，具有施工工藝簡(jiǎn)單、對(duì)環(huán)境的影響小、截滲效果顯著等諸多優(yōu)點(diǎn)。

由于河口堤段的地表水、 地下水和土壤對(duì)混凝土多具有腐蝕性， 因此對(duì)水泥土攪拌樁的配合比具有較高要求。需要按照環(huán)境級(jí)別、腐蝕程度等綜合條件，根據(jù)相關(guān)規(guī)范提出材料的耐久性要求。 在施工前須進(jìn)行試樁，對(duì)樁體強(qiáng)度、抗?jié)B性等指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)檢驗(yàn)。