朱思軍，陳小丹，鄧義釗

(1.廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東 廣州 510635；2.廣東省巖土工程技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510635)

1 工程概況

某3級堤防位于潮汕地區(qū)，為了施工某特大橋，由于征地等因素影響，需將一段堤防的堤頂路面作為臨時施工道路通行施工車輛，主要施工車輛為混凝土攪拌運輸車，總荷載為25 t，經(jīng)建設(shè)單位與堤防管理部門溝通協(xié)商，堤防管理部門同意在不影響堤防安全的前提條件下，可以臨時借道通行。

由于堤防的設(shè)計荷載較小，若堤頂路面直接作為施工道路走重車，可能會造成堤防滑移，嚴(yán)重影響防洪功能，因此，是否安全需進(jìn)行計算分析，若不安全必須采取有效工程措施進(jìn)行加固處理。

2 地質(zhì)情況

根據(jù)地勘報告，該區(qū)域的地層主要分布有：素填土、淤泥、粗砂夾層及中砂層等。自上而下為：

第①層素填土：灰黃、灰褐、雜色，干～濕，稍密，主要由粉質(zhì)粘土組成，表層0.20 m為混凝土路面，為河堤填土。全場地分布，厚度為2.80～3.70 m。

第②層淤泥：深灰、灰黑色，流塑～軟塑，含少量腐殖質(zhì)和貝殼，局部夾粗砂薄層，具臭味，黏手感強(qiáng)。平均含水量為67%，全場地分布，層頂埋深為2.80～3.70 m，層底埋深為29.10～30.90 m，層厚為24.60～26.90 m。

第②-1層粗砂夾層：淺灰色，飽和，稍密，以粗砂為主，多泥質(zhì)，級配良好。局部分布。層頂埋深為6.30～8.40 m，層底埋深為8.00～8.90 m，層厚為0.50～1.70 m。該層進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗1次，修正值擊數(shù)N=11.8擊。

第③層中砂：淺灰色、黃褐色，飽和，中密，以中砂為主，多泥質(zhì)，級配良好。全場地分布，層頂埋深為29.10～30.90 m，未揭穿，層厚為5.80～7.60 m。該層進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗11次，修正值擊數(shù)N=14.9～18.8擊，平均值17.4擊。

堤防典型斷面如圖1所示。

3 土體參數(shù)

各巖土體參數(shù)來源于本工程地勘報告，地勘報告給出的各巖土體的巖土參數(shù)建議值見表1所示。

根據(jù)地勘報告提供的巖土參數(shù)對現(xiàn)狀堤防進(jìn)行整體穩(wěn)定計算，結(jié)果如表2所示，可見現(xiàn)狀堤防處于失穩(wěn)狀態(tài)，與實際情況不符，原因為淤泥參數(shù)取值偏低。

由于地勘給出的淤泥強(qiáng)度指標(biāo)是基于鉆探取樣進(jìn)行室內(nèi)試驗得到的，在鉆探、取樣、試樣運輸?shù)冗^程中難免對原有土體產(chǎn)生擾動，而淤泥又屬于高靈敏性土，故一般情況下，室內(nèi)試驗得到的土體參數(shù)比實際偏低。

目前堤防在退潮低水位時未出現(xiàn)擋墻開裂、堤防滑移等現(xiàn)象，說明堤防處于穩(wěn)定狀態(tài)，保守估計現(xiàn)狀堤防(堤頂無荷載)的整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)至少為1.05，可以反算出堤身下的淤泥強(qiáng)度指標(biāo)。

通過不斷提高淤泥的參數(shù)(假定粘聚力不變，只提高內(nèi)摩擦角)試算出現(xiàn)狀堤防的整體穩(wěn)定安全系數(shù)，使得現(xiàn)狀堤防的整體穩(wěn)定安全系數(shù)近似等于1.05，即可反算得到淤泥接近實際的參數(shù)。計算結(jié)果如表3所示。

由表3可知，反算得到的淤泥的內(nèi)摩擦角為5°。

4 現(xiàn)狀堤防作用車輛荷載穩(wěn)定性分析

對堤防整體穩(wěn)定計算分析的方法有極限平衡法[1]，有限元地層結(jié)構(gòu)法，強(qiáng)度折減法[2]，局部強(qiáng)度折減法[3]等。而極限平衡法又包括瑞典圓弧法、簡化畢肖普法、簡布法、薩爾瑪法等，《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50286—2013)推薦采用瑞典圓弧法、簡化畢肖普法，選擇瑞典圓弧法對現(xiàn)有堤防進(jìn)行整體穩(wěn)定性，并按《堤防工程設(shè)計規(guī)范》(GB 50286—2013)中的公式對抗滑移和抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行計算分析。

4.1 堤防防浪墻抗滑移、抗傾覆穩(wěn)定性計算

由于堤頂路面為鋼筋混凝土路面，作用于堤頂?shù)能囕v集中荷載通過混凝土路面進(jìn)行了重分布，作用于堤頂土體上的荷載可近似看成均布荷載。25 t混凝土攪拌運輸車(前后輪距離約8 m，左右輪距離約1.9 m)行走荷載考慮動荷載放大效應(yīng)，根據(jù)于清、曹源文等人研究成果[4]，放大系數(shù)與車輛荷載、行駛速度及路面平整度等因素有關(guān)，范圍在1.1～1.3之間，行駛速度越小，路面越平整時，放大系數(shù)越小，本工程中行駛速度控制為15 km/h的低速，混凝土路面較平整，放大系數(shù)取平均值1.2，則車輛荷載為1.2×250 kN/(8.0 m×1.9 m)=19.7 kPa，取20 kPa。

擋土墻抗滑移、抗傾覆穩(wěn)定性的計算結(jié)果如表4所示。表明防浪墻抗滑移和抗傾覆安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。

4.2 堤防整體抗滑穩(wěn)定計算

對堤防的臨水坡和背水坡在正常運用條件下分別進(jìn)行整體穩(wěn)定計算，計算結(jié)果見表5。

臨水坡、背水坡滑弧示意見圖2～3。

以上計算分析可知，施工車輛荷載作用于堤頂時，防浪墻抗滑移和抗傾覆安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。堤防背水坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)也滿足規(guī)范要求，但臨水坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求，甚至小于1.0，說明現(xiàn)狀堤防在施工車輛荷載作用下極有可能會發(fā)生滑移。

綜上分析，該堤防現(xiàn)狀下無法承擔(dān)施工車輛荷載。為確保堤防的安全，需加固該段堤防。

5 方案比選

目前堤防工程常用的加固措施有旋噴樁方案、微型樁方案、坡腳拋石反壓方案等[5-12]，優(yōu)缺點分析如下。

1) 旋噴樁方案

旋噴樁方案的機(jī)理是通過高速噴射以切割土體并使水泥與土攪拌混合，形成水泥土體，該方案如能做好質(zhì)量控制，效果較好，常用于地基加固，但也具有一些缺點，如旋噴樁強(qiáng)度增長緩慢，從旋噴樁施工結(jié)束到完全發(fā)揮作用所需時間較長，另外，該方案工程量大，投資較高，故該方案不推薦采用。

2) 微型樁方案

該加固方案采用預(yù)制混凝土樁或鋼管樁，具有施工速度快，施工結(jié)束就能發(fā)揮加固作用，效果好等優(yōu)點。但施工微型樁具有一定的擠土效應(yīng)，可能導(dǎo)致堤防擋土墻變形，且樁長要穿透滑弧，深度較大，投資較高，故該方案不推薦采用。

3) 填砂包(拋石)反壓方案

拋石(填砂包)反壓方案廣泛用于基坑搶險工程和邊坡工程中，具有可靠性好，施工方便，造價低等優(yōu)點。本工程推薦采用該方案。

6 加固方案

本工程采用填砂包反壓方案對現(xiàn)狀堤防進(jìn)行加固處理，從防浪墻墻腳處開始填砂包，砂包鋪填寬度7.5 m，鋪填厚度選擇1.0 m、1.5 m、2.0 m、2.5 m、3.0 m分別進(jìn)行計算，以選擇最優(yōu)方案，邊緣按1：3放坡，加固方案剖面示意如圖4所示(以鋪填厚度1.0 m為例)。

由于背水坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)在加固前已滿足規(guī)范要求，在臨水坡填砂包對背水坡穩(wěn)定無影響，故加固后的背水坡整體穩(wěn)定不再計算。

加固后堤防整體穩(wěn)定計算結(jié)果如表6所示。

由表6可知，砂包鋪填最佳厚度為1.0 m，此時臨水坡滑弧如圖5所示。

該加固方案實施后，施工期間有專人現(xiàn)場巡查和位移監(jiān)測，每隔10 m在防浪墻頂布置一個位移監(jiān)測點，共布置5個位移監(jiān)測點，位移監(jiān)測趨勢示意如圖6～7所示，趨勢圖表明堤防處于穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)巡查日志，施工期未發(fā)現(xiàn)堤防開裂等異?，F(xiàn)象，說明該方案可行。

7 結(jié)語

施工車輛荷載作用于現(xiàn)狀堤防時，對現(xiàn)有堤防進(jìn)行整體穩(wěn)定性、抗滑移和抗傾覆穩(wěn)定性計算，結(jié)果表明:堤防臨水坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)不滿足規(guī)范要求，需對堤防進(jìn)行加固并做好日常巡查和位移監(jiān)測才能作為臨時施工道路。

根據(jù)方案比選，推薦采用“填砂包反壓”的加固方案，并通過計算分析，得到最優(yōu)方案。加固方案實施后，根據(jù)位移觀測數(shù)據(jù)顯示，堤防處于穩(wěn)定狀態(tài)，說明該加固方案可行。