深厚淤泥质粉质黏土河道边坡抗滑措施研究

郑宏伟， 李 昱， 宋黎明

(江苏省太湖水利规划设计研究院有限公司， 江苏 苏州 215128)

1 工程概况

新孟河延伸拓浚工程北起长江，沿老新孟河拓浚至京杭运河，立交过京杭运河后新开河道向南延伸至北干河，拓浚北干河连接洮湖、滆湖，拓浚太滆运河和漕桥河入太湖。本文涉及深厚淤泥质粉质黏土河道段采用全断面放坡结构，▽-3.00～▽4.50 m为1∶3土坡，▽4.50 m设2 m宽亲水平台，▽4.50～▽8.00 m为1∶2土坡。河道标准断面详见图1。该段河道堤顶往下分别分布重粉质壤土、①2轻粉质壤土、②1淤泥质粉质黏土以及④4粉质黏土等土层，其中②1淤泥质粉质黏土力学性能较差，河道边坡整体抗滑稳定安全系数难以满足规范要求。河道断面及土层分布见图1，土层地质参数见表1。

表1 土层地质参数

2 河道边坡整体抗滑稳定分析方法

河道边坡整体抗滑稳定的分析方法包括极限平衡法、应力应变分析以及图解法，工程上常用极限平衡法[1]。河道边坡比较常见的破坏类型是圆弧剪切滑动，常用于圆弧剪切滑动分析的极限平衡法包括瑞典圆弧滑动法、简化毕肖普法和改良圆弧法等[2]。瑞典圆弧滑动法不考虑土条之间的作用力，并且假设滑裂面为圆弧面。抗滑稳定安全系数为所有土条在滑裂面上产生的抗滑力矩之和与外荷载及滑动土体在滑裂面上所产生的滑动力矩和之比。计算公式如下：

(1)

本文将采用河海大学边坡稳定计算分析软件Autobank进行河道边坡整体稳定计算，并对计算结果进行综合分析。

3 河道边坡抗滑方案

根据《堤防工程设计规范》GB50286—2013[2]，并且结合本工程的实际情况，计算工况见表2。

表2 河道边坡稳定计算工况

根据河道边坡型式与土层参数等，不同工况河道边坡稳定计算滑动面如图2所示，对应河道边坡抗滑稳定计算结果见表3。

图2 河道边坡稳定计算结果(无处理，单位：m)

表3 河道边坡稳定计算结果(无处理)

根据表3计算结果，无处理的河道边坡稳定计算结果不满足规范要求，施工期最危险滑动面较深，根据以往工程经验，该河道边坡必须采取抗滑稳定措施。河道边坡抗滑工程中，较为常见的有抗滑桩墙、改变滑坡范围内土的工程性质等技术[3-4]。本文将采用水泥土搅拌桩、预制钢筋混凝土方桩与地下连续墙等抗滑桩墙体系进行河道边坡抗滑稳定计算分析，并比选最佳河道边坡抗滑方案。

3.1 水泥土搅拌桩

水泥土搅拌桩通过加强原土体强度指标形成复合土体进行河道边坡抗滑[5]。根据前述计算结果合理布置水泥土搅拌桩，将其深入至持力层。本文中水泥土搅拌桩沿河坡高程2.00～-3.00 m采用梅花型布置，水泥土搅拌桩共16排、直径60 cm、间距100 cm。水泥掺量不小于15%，桩身水泥土28 d龄期无侧限抗压强度不小于1.2 MPa。水泥采用普通硅酸盐水泥，强度等级不低于42.5级，技术指标执行《通用硅酸盐水泥》GB175—2007。水泥土搅拌桩形成的复合土体的抗剪强度指标根据相关规范及土工原理进行计算，水泥土搅拌桩桩体黏聚力取150 kPa、内摩擦角取25°。不同工况河道边坡稳定计算滑动面如图3所示，对应河道边坡抗滑稳定计算结果见表4。

图3 河道边坡稳定计算结果(水泥土搅拌桩，单位：m)

根据表4计算结果，采用水泥土搅拌桩处理后，由于处理范围内土体强度增大，施工期滑动面位置下移穿越较好土层、运行期及地震期滑动面后移使滑动面变浅， 3种工况河道边坡稳定计算结果均满足规范要求。

表4 河道边坡稳定计算结果(水泥土搅拌桩)

3.2 预制钢筋混凝土方桩

预制钢筋混凝土方桩是一种效果较好的传统滑坡加固型式[6]。根据前述计算结果合理布置预制钢筋混凝土方桩，将其深入至持力层。本文中预制钢筋混凝土方桩沿河坡高程2.00～0.33 m采用梅花型布置，预制钢筋混凝土方桩共6排，尺寸40 cm×40 cm，间距100 cm，混凝土强度等级为C30，钢筋采用HRB400级。不同工况河道边坡稳定计算滑动面如图4所示，对应河道边坡抗滑稳定计算结果见表5。

图4 河道边坡稳定计算结果(预制钢筋混凝土方桩，单位：m)

表5 河道边坡稳定计算结果(预制钢筋混凝土方桩)

根据表5计算结果，采用预制钢筋混凝土方桩处理后，由于抗滑桩的阻滑作用，施工期滑动面位置下移且经过桩身、运行期及地震期滑动面后移使滑动面变浅， 3种工况河道边坡稳定计算结果均满足规范要求。

3.3 地下连续墙

地下连续墙整体稳定性比较好，结构比较简单，施工技术成熟[7]。根据前述计算结果合理布置地下连续墙，将其深入至持力层。本文中地下连续墙布置于河坡高程2.00 m处，厚度45 cm、长25 m，混凝土强度等级为C30。不同工况河道边坡稳定计算滑动面如图5所示，对应河道边坡抗滑稳定计算结果见表6。

图5 河道边坡稳定计算结果(地下连续墙，单位：m)

根据表6计算结果，采用地下连续墙处理后，由于地下连续墙的阻滑作用，施工期滑动面位置下移穿越较好土层、运行期及地震期滑动面后移使滑动面变浅， 3种工况河道边坡稳定计算结果均满足规范要求。

表6 河道边坡稳定计算结果(地下连续墙)

3.4 河道边坡抗滑方案比选

根据上述计算结果分析，采用水泥土搅拌桩、预制钢筋混凝土方桩与地下连续墙等抗滑桩墙体系理论上均可使河道边坡抗滑满足规范要求，故本文主要从工程投资方面对上述河道边坡加固措施进行比选。

方案一：水泥土搅拌桩估算造价32 294.15元/m。根据工程经验，水泥土搅拌桩处理深度一般不超过15 m，若超过15 m，端部成桩质量难以控制。本文中水泥土搅拌桩桩长需达到20～25 m，端部成桩质量可能难以控制。

方案二：预制钢筋混凝土方桩估算造价42 188.02元/m。预制钢筋混凝土方桩单桩长度一般不大于15 m，但可通过接桩方式达到设计要求。本文中预制钢筋混凝土方桩桩长需达到23.33～25 m，可通过接桩方式满足设计要求。

方案三：地下连续墙估算造价12 305.13元/m。本文中地下连续墙高需达到25 m，根据施工经验，本文中地下连续墙易于实施。

综上所述，方案一难以控制成桩质量，方案二与方案三从技术上均可实施，但方案三造价低。故本文采用方案三即地下连续墙作为河道边坡抗滑措施。

4 结 语

本文通过对新孟河延伸拓浚工程南延段河道工程中局部深厚淤泥质粉质黏土河段进行河道边坡抗滑措施研究分析，综合比选了水泥土搅拌桩、预制钢筋混凝土方桩与地下连续墙等河道边坡抗滑方案。通过综合分析，最终确定采用整体稳定性比较好、结构比较简单、施工技术成熟且造价最低的地下连续墙作为深厚淤泥质粉质黏土河段河道边坡抗滑措施。