作为临时施工道路的堤防加固研究

朱思军，陈小丹，邓义钊

(1.广东省水利水电科学研究院，广东 广州 510635；2.广东省岩土工程技术研究中心，广东 广州 510635)

1 工程概况

某3级堤防位于潮汕地区，为了施工某特大桥，由于征地等因素影响，需将一段堤防的堤顶路面作为临时施工道路通行施工车辆，主要施工车辆为混凝土搅拌运输车，总荷载为25 t，经建设单位与堤防管理部门沟通协商，堤防管理部门同意在不影响堤防安全的前提条件下，可以临时借道通行。

由于堤防的设计荷载较小，若堤顶路面直接作为施工道路走重车，可能会造成堤防滑移，严重影响防洪功能，因此，是否安全需进行计算分析，若不安全必须采取有效工程措施进行加固处理。

2 地质情况

根据地勘报告，该区域的地层主要分布有：素填土、淤泥、粗砂夹层及中砂层等。自上而下为：

第①层素填土：灰黄、灰褐、杂色，干～湿，稍密，主要由粉质粘土组成，表层0.20 m为混凝土路面，为河堤填土。全场地分布，厚度为2.80～3.70 m。

第②层淤泥：深灰、灰黑色，流塑～软塑，含少量腐殖质和贝壳，局部夹粗砂薄层，具臭味，黏手感强。平均含水量为67%，全场地分布，层顶埋深为2.80～3.70 m，层底埋深为29.10～30.90 m，层厚为24.60～26.90 m。

第②-1层粗砂夹层：浅灰色，饱和，稍密，以粗砂为主，多泥质，级配良好。局部分布。层顶埋深为6.30～8.40 m，层底埋深为8.00～8.90 m，层厚为0.50～1.70 m。该层进行标准贯入试验1次，修正值击数N=11.8击。

第③层中砂：浅灰色、黄褐色，饱和，中密，以中砂为主，多泥质，级配良好。全场地分布，层顶埋深为29.10～30.90 m，未揭穿，层厚为5.80～7.60 m。该层进行标准贯入试验11次，修正值击数N=14.9～18.8击，平均值17.4击。

堤防典型断面如图1所示。

3 土体参数

各岩土体参数来源于本工程地勘报告，地勘报告给出的各岩土体的岩土参数建议值见表1所示。

根据地勘报告提供的岩土参数对现状堤防进行整体稳定计算，结果如表2所示，可见现状堤防处于失稳状态，与实际情况不符，原因为淤泥参数取值偏低。

由于地勘给出的淤泥强度指标是基于钻探取样进行室内试验得到的，在钻探、取样、试样运输等过程中难免对原有土体产生扰动，而淤泥又属于高灵敏性土，故一般情况下，室内试验得到的土体参数比实际偏低。

目前堤防在退潮低水位时未出现挡墙开裂、堤防滑移等现象，说明堤防处于稳定状态，保守估计现状堤防(堤顶无荷载)的整体抗滑稳定安全系数至少为1.05，可以反算出堤身下的淤泥强度指标。

通过不断提高淤泥的参数(假定粘聚力不变，只提高内摩擦角)试算出现状堤防的整体稳定安全系数，使得现状堤防的整体稳定安全系数近似等于1.05，即可反算得到淤泥接近实际的参数。计算结果如表3所示。

由表3可知，反算得到的淤泥的内摩擦角为5°。

4 现状堤防作用车辆荷载稳定性分析

对堤防整体稳定计算分析的方法有极限平衡法[1]，有限元地层结构法，强度折减法[2]，局部强度折减法[3]等。而极限平衡法又包括瑞典圆弧法、简化毕肖普法、简布法、萨尔玛法等，《堤防工程设计规范》(GB 50286—2013)推荐采用瑞典圆弧法、简化毕肖普法，选择瑞典圆弧法对现有堤防进行整体稳定性，并按《堤防工程设计规范》(GB 50286—2013)中的公式对抗滑移和抗倾覆稳定性进行计算分析。

4.1 堤防防浪墙抗滑移、抗倾覆稳定性计算

由于堤顶路面为钢筋混凝土路面，作用于堤顶的车辆集中荷载通过混凝土路面进行了重分布，作用于堤顶土体上的荷载可近似看成均布荷载。25 t混凝土搅拌运输车(前后轮距离约8 m，左右轮距离约1.9 m)行走荷载考虑动荷载放大效应，根据于清、曹源文等人研究成果[4]，放大系数与车辆荷载、行驶速度及路面平整度等因素有关，范围在1.1～1.3之间，行驶速度越小，路面越平整时，放大系数越小，本工程中行驶速度控制为15 km/h的低速，混凝土路面较平整，放大系数取平均值1.2，则车辆荷载为1.2×250 kN/(8.0 m×1.9 m)=19.7 kPa，取20 kPa。

挡土墙抗滑移、抗倾覆稳定性的计算结果如表4所示。表明防浪墙抗滑移和抗倾覆安全系数均满足规范要求。

4.2 堤防整体抗滑稳定计算

对堤防的临水坡和背水坡在正常运用条件下分别进行整体稳定计算，计算结果见表5。

临水坡、背水坡滑弧示意见图2～3。

以上计算分析可知，施工车辆荷载作用于堤顶时，防浪墙抗滑移和抗倾覆安全系数均满足规范要求。堤防背水坡整体稳定安全系数也满足规范要求，但临水坡整体稳定安全系数不满足规范要求，甚至小于1.0，说明现状堤防在施工车辆荷载作用下极有可能会发生滑移。

综上分析，该堤防现状下无法承担施工车辆荷载。为确保堤防的安全，需加固该段堤防。

5 方案比选

目前堤防工程常用的加固措施有旋喷桩方案、微型桩方案、坡脚抛石反压方案等[5-12]，优缺点分析如下。

1) 旋喷桩方案

旋喷桩方案的机理是通过高速喷射以切割土体并使水泥与土搅拌混合，形成水泥土体，该方案如能做好质量控制，效果较好，常用于地基加固，但也具有一些缺点，如旋喷桩强度增长缓慢，从旋喷桩施工结束到完全发挥作用所需时间较长，另外，该方案工程量大，投资较高，故该方案不推荐采用。

2) 微型桩方案

该加固方案采用预制混凝土桩或钢管桩，具有施工速度快，施工结束就能发挥加固作用，效果好等优点。但施工微型桩具有一定的挤土效应，可能导致堤防挡土墙变形，且桩长要穿透滑弧，深度较大，投资较高，故该方案不推荐采用。

3) 填砂包(抛石)反压方案

抛石(填砂包)反压方案广泛用于基坑抢险工程和边坡工程中，具有可靠性好，施工方便，造价低等优点。本工程推荐采用该方案。

6 加固方案

本工程采用填砂包反压方案对现状堤防进行加固处理，从防浪墙墙脚处开始填砂包，砂包铺填宽度7.5 m，铺填厚度选择1.0 m、1.5 m、2.0 m、2.5 m、3.0 m分别进行计算，以选择最优方案，边缘按1：3放坡，加固方案剖面示意如图4所示(以铺填厚度1.0 m为例)。

由于背水坡整体稳定安全系数在加固前已满足规范要求，在临水坡填砂包对背水坡稳定无影响，故加固后的背水坡整体稳定不再计算。

加固后堤防整体稳定计算结果如表6所示。

由表6可知，砂包铺填最佳厚度为1.0 m，此时临水坡滑弧如图5所示。

该加固方案实施后，施工期间有专人现场巡查和位移监测，每隔10 m在防浪墙顶布置一个位移监测点，共布置5个位移监测点，位移监测趋势示意如图6～7所示，趋势图表明堤防处于稳定状态，根据巡查日志，施工期未发现堤防开裂等异常现象，说明该方案可行。

7 结语

施工车辆荷载作用于现状堤防时，对现有堤防进行整体稳定性、抗滑移和抗倾覆稳定性计算，结果表明:堤防临水坡整体稳定安全系数不满足规范要求，需对堤防进行加固并做好日常巡查和位移监测才能作为临时施工道路。

根据方案比选，推荐采用“填砂包反压”的加固方案，并通过计算分析，得到最优方案。加固方案实施后，根据位移观测数据显示，堤防处于稳定状态，说明该加固方案可行。