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

武漢市童家湖堤險(xiǎn)情分析及整治

易少銳1，張?jiān)铺?

(1.武漢市排水泵站管理處， 武漢 430010； 2.武漢市水務(wù)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(zhì)等因素影響，建成以來險(xiǎn)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(xiǎn)情未能得到有效控制。特別是久旱少雨的年份，堤身總會(huì)發(fā)生裂縫、下挫和滑坡險(xiǎn)情。本文結(jié)合最近一次2014年1月出現(xiàn)的險(xiǎn)情，分析了險(xiǎn)情成因，給出了險(xiǎn)情處理技術(shù)方案，給同類險(xiǎn)情隱患處理提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

童家湖堤； 堤防； 險(xiǎn)情分析； 險(xiǎn)情處置

1 堤防險(xiǎn)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(nèi)長(zhǎng)4.70km(樁號(hào)0+000～4+700)，屬于長(zhǎng)江重要支流干堤，堤防等級(jí)Ⅲ級(jí)。該堤防保護(hù)范圍內(nèi)有武漢市漢口北商業(yè)區(qū)，京廣、合武鐵路，天河機(jī)場(chǎng)等重要交通設(shè)施及黃陂行政區(qū)內(nèi)部分軍事、工農(nóng)業(yè)設(shè)施和人口聚集地。

童家湖堤地處平原湖區(qū)，始建于20世紀(jì)50年代，受當(dāng)時(shí)條件限制，筑堤施工時(shí)，多為湖內(nèi)筑堤，就近取土，因而料源質(zhì)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(xiǎn)情。水利部門歷年多次進(jìn)行整修加固。2008年，武漢市利用世行貸款資金對(duì)童家湖堤進(jìn)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(nèi)平臺(tái)、堤身裂縫段黏土換填、堤腳增設(shè)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(jīng)多次處理，但仍出現(xiàn)反復(fù)加固、反復(fù)出險(xiǎn)的情況。2014年1月，樁號(hào)2+070～2+120等3段共170m長(zhǎng)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(xiǎn)情。

2 險(xiǎn)情成因分析

2.1 穩(wěn)定性計(jì)算

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

a.計(jì)算斷面。選擇對(duì)2+070、2+190及3+365三個(gè)典型斷面進(jìn)行整體穩(wěn)定計(jì)算。

b.計(jì)算指標(biāo)。堤防抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)按《堤防工程設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定取值，見表1。各土層的物理力學(xué)指標(biāo)采用地勘報(bào)告數(shù)值，結(jié)構(gòu)選用最不利地質(zhì)斷面。

表1 土堤抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)

c.計(jì)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(jì)算工況。選取完建工況有荷載及無荷載兩種工況進(jìn)行邊坡整體穩(wěn)定計(jì)算。

e.計(jì)算方法。采用簡(jiǎn)化畢肖普法計(jì)算，具體計(jì)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(nèi)摩擦角；

Q——水平向地震慣性力。

各參數(shù)取值及計(jì)算值見表2、表3。

表2 堤坡抗滑穩(wěn)定分析計(jì)算參數(shù)

表3 堤坡抗滑穩(wěn)定計(jì)算最小安全系數(shù)成果

f.計(jì)算成果分析。通過計(jì)算，按照地勘給定的土物理力學(xué)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(xiǎn)情情況，對(duì)堤身土物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了反演算，其對(duì)應(yīng)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(jié)果中堤身土的物理力學(xué)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(fù)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(cè)在①-1層軟土中存在大量膨脹土。

2.2 險(xiǎn)情分析

童家湖堤在始建時(shí)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(zhì)黏土、粉質(zhì)壤土組成，局部夾淤泥及淤泥質(zhì)土，后經(jīng)局部換填，換填土為Q3黏性土。險(xiǎn)情主要原因包括以下幾個(gè)方面：

2.2.1 堤身填筑土具弱～中等膨脹性

此次整險(xiǎn)地勘共取樣35組，經(jīng)自由膨脹率試驗(yàn)，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(xiǎn)段，占5.70%；無強(qiáng)膨脹土。結(jié)果表明堤身填土有膨脹性。

膨脹土的災(zāi)害主要是由失水收縮、吸水膨脹引起的。遇久旱不雨時(shí)，出險(xiǎn)堤段堤身填土干縮，產(chǎn)生裂縫，遇到降雨時(shí)，雨水又沿著裂縫進(jìn)入堤身，降低了填土的抗剪強(qiáng)度，極易沿薄弱面或新、老填土結(jié)合面產(chǎn)生滑動(dòng)，導(dǎo)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(shí)，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(shí)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(qiáng)度低、壓縮性大、沉降量較大，導(dǎo)致相關(guān)堤段易產(chǎn)生不均勻沉降。

2.2.3 局部堤身填土壓實(shí)度偏低

根據(jù)擊實(shí)試驗(yàn)(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(nèi)擊實(shí)試驗(yàn)表明：堤身填土干容重為1.21～1.67g/cm3，壓實(shí)度為0.73～0.97，碾壓欠均勻，局部碾壓不密實(shí)，堤身填土壓實(shí)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(duì)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(dāng)水分蒸發(fā)土體收縮后就會(huì)出現(xiàn)裂隙，雨水入滲后土體膨脹，裂隙就會(huì)增大。

2.2.4 堤身填土黏粒含量高

堤身填土黏粒含量高達(dá)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(qiáng)，脹縮變形就越大。

2.2.5 歷次加固結(jié)合面清基不徹底

童家湖堤雖經(jīng)多次整治，但部分加固結(jié)合面清基不徹底。從幾次加固開挖現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)面。

2.2.6 其他外因

在填土未充分固結(jié)、沉降變形未穩(wěn)定時(shí)，就進(jìn)行混凝土路面澆筑，極易導(dǎo)致混凝土路面基礎(chǔ)變形而使路面產(chǎn)生斷裂。

3 險(xiǎn)情處置措施

3.1 險(xiǎn)情處理方案

針對(duì)童家湖堤產(chǎn)生險(xiǎn)情的原因，參考2004年對(duì)該地段3+800～3+900進(jìn)行全堤身換填后至今未出現(xiàn)險(xiǎn)情的工況，此次險(xiǎn)情處理設(shè)計(jì)為挖除堤身滑動(dòng)土體、整體換填的處理方案。

工程主要施工內(nèi)容為土方開挖、土方填筑和護(hù)砌工程恢復(fù)。土方開挖為堤身滑動(dòng)土體清除開挖，擬采用機(jī)械配合人工方式施工。為保證新老結(jié)合面的土體結(jié)合緊密，機(jī)械開挖后的工作面必須采用人工方式進(jìn)行清理，并對(duì)擾動(dòng)的部分土體進(jìn)行壓實(shí)。土方填筑主要包括堤身培厚、內(nèi)外平臺(tái)填筑等，堤身土料應(yīng)按設(shè)計(jì)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(shí)工序應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，對(duì)已經(jīng)碾壓合格的填土層，如間隔時(shí)間較長(zhǎng)，再在上面填筑新土層時(shí)，應(yīng)作表面刨毛或清除處理。護(hù)砌施工包括混凝土預(yù)制塊護(hù)坡、漿、干砌塊石護(hù)坡及草皮護(hù)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(shè)計(jì)關(guān)鍵，設(shè)計(jì)擬對(duì)采用的涂料從外運(yùn)土料和原狀改性土中比選確定。

3.2.1 施工方面比較

外運(yùn)土料：施工操作簡(jiǎn)單，按要求采用機(jī)械施工即可。但該方案必須對(duì)土場(chǎng)土料進(jìn)行膨脹性檢測(cè)，合格后方可使用。

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

3.2.2 質(zhì)量控制方面比較

外運(yùn)土料：施工質(zhì)量易控制，按規(guī)范分步施工即可。

原狀土改性：影響質(zhì)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(zhì)量控制難度大。

3.2.3 造價(jià)方面比較

按照武漢地區(qū)材料單價(jià)分析結(jié)果。

外運(yùn)土料運(yùn)距為5km時(shí)，每方土單價(jià)為33.21元；原狀土改性方案(根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，初步擬定采用水泥，摻入量為6%)的每方土單價(jià)為115元。當(dāng)土料運(yùn)距為33km時(shí)，外運(yùn)土料單價(jià)與原狀土改性單價(jià)基本相當(dāng)。

綜合比選，擬采用外運(yùn)土料換填方案。

3.3 護(hù)坡及堤頂路面恢復(fù)

堤外邊坡采用120mm厚C20預(yù)制塊護(hù)坡，下設(shè)100mm厚級(jí)配碎石墊層，堤腳設(shè)800mm×1000mm C20混凝土腳槽；堤內(nèi)邊坡采用草皮護(hù)坡；堤頂先臨時(shí)鋪設(shè)200mm厚、4.5m寬泥結(jié)碎石過渡路面，待堤身回填土沉降穩(wěn)定后，在泥結(jié)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(jì)算斷面及計(jì)算條件同上，換填后堤身填土相關(guān)土物理力學(xué)指標(biāo)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(jì)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