科技论坛ｌｌ 某工程软土地基堤基失稳原因分析 张本静 （安徽省水利水电勘测设计院勘测分院【摘蚌埠２３３０００） 要】本文通过对某工程软土地基堤基失稳段工程与水文地质勘察、试验，收集分析施工过程资料，总结出该段软土地 基堤基失稳的主要原因，对类似工程施工避免出现堤基失稳，保证施工进度、降低施工成本等具有现实的指导意义。 【关键词】堤防填筑堤基失稳裂缝地质勘察 １ 工程概况 某分洪道工程左侧堤在桩号Ｚ３４＋０００～Ｚ３５＋０００范围， 设计堤顶高程约１１．８ｍ，堤顶宽４．５ｍ。堤外坡９．Ｏｍ和６．０ｍ 弧形，最大错动处错动面后缘线与堤身轴线基本吻合，裂缝 范围为Ｚ３４＋２８０～Ｚ３４＋４４０，裂缝两侧土体明显错动，形成长 约１６０ｍ，高差５—６ｍ的土质错动边坡，裂缝底部基本位于１ 高程处分别设宽１０．Ｏｍ的一、二级平台，堤顶与一级平台、 一层层底和１层层顶之间，该裂缝的范围与填筑前原有水塘 的分布范围基本一致。Ｌ１９位于堤身轴线内侧呈宽缓的弧 形，最大错动处与堤身轴线基本平行，相距约ｌＯｒｅ，分布范 围为Ｚ３４＋３００～Ｚ３４＋４５５，形成长约１５５ｍ、宽４￣７ｍ、最大深 ３．０～３．５ｍ陡倾角裂缝，裂缝底部主要位于１层底部。Ｌ２８位 级平台与二级平台之间坡比为１：３，二级平台与分洪道 底之间坡比为１：５，分洪道底高程约０．５ｍ。堤内坡在９．Ｏｍ 设一平台，堤顶与平台之间坡比为１：３。 ２堤防填筑过程及失稳现状 ２．１堤防填筑过程 于堤身外侧，与堤身轴线基本平行，相距约２６ｍ，分布范围 为Ｚ３４＋３０５—３４＋４０６ｍ，形成长约１０１ｍ、宽２．０—３．５ｍ、深 １．５—２．５ｍ陡倾角裂缝，该裂缝基本与９．０ｍ平台的外侧边界 失稳段位于分洪道左岸Ｚ３４＋２７０～Ｚ３４＋６００桩号范围 内，施工单位于２０１２年１０月１３日对水塘进行清基验收， ２０１２年１０月１４日一２０１３年７月１５日进行填塘，填塘后 的堤基高程为５．７１～５．８１ｍ。２０１３年７月１８日起进行堤身 分层填筑，单层填筑厚度约０．３ｍ，一般每层填筑时间 线基本一致。其余３０条次要裂缝，裂缝长１５～５０ｍ，宽 ５～１５ｅｍ，仅个别宽约２ｍ，深０．５～１．５ｍ，次要裂缝的分布基本 与３条主要裂隙平行。 失稳后的堤身高程普遍下降１．０～３．Ｏｍ，最大处约６．０ｍ Ｌ２０外侧地面出现轻微隆起０．５～１．Ｏｍ，并出现少量鼓胀裂缝。 １—９ｄ，２０１３年８月１８日填筑至第１１层，高程８．６７～８．７５ｍ。 ２０１３年８月１９日发现堤防外平台出现裂缝，堤身无异常， 施工单位对外平台进行整平碾压处理，于２０１３年９月１日 进行第１２层填筑，至８．９７～９．０４ｍ后暂停填筑。２０１３年９月 １５日起进行位移、沉降观测，至２０１３年１１月１６日，位移 ３失稳堤段工程地质勘察 根据设计要求及现场失稳情况，为进一步查明失稳段 堤基水文地质与工程地质条件，分析堤基失稳原因，现场勘 察共布置横断面４个、纵断面２个，共布置钻机孔６个、静 力触探孔１０个，总进尺３４３ｍ，标准贯入试验６６次，取原状 和沉降每星期变形在１－４ｍｍ之间，无明显变化。２０１３年１１ 月１９日恢复堤身填筑，填筑至１５层，堤顶高程达１０．８ｍ， 内外平台均按设计要求填筑。但在桩号Ｚ３４＋２７０～Ｚ３４＋４７２ 段堤轴线内侧２０ ４５ｍ外，设有宽４０ ７０ｍ、高约２ｍ的淤泥 土样２４个做室内试验。在失稳堤段轴线两侧ｌＯＯｍ范围内 进行了１：１０００的工程地质测绘，勘察工作布置见失稳堤 段工程地质平面图（图１）。 质土弃土堆载区。 ２．２失稳堤段现状 ４失稳堤段工程地质与水文地质条件 ４．１工程地质条件 ２０１３年１２月１日晚，桩号Ｚ３４＋２７０～Ｚ３４＋４９０段堤身 外平台及堤身出现突然沉降并向分洪道内滑移。堤身失稳 滑移后，共产生平行于堤身轴线方向Ｌ２２、Ｌ１９和Ｌ２８等３ 条主要裂缝并伴随有３０条长短不一的次要裂缝，裂缝的具 体位置见工程地质平面图１。其中Ｌ２２为主裂缝呈宽缓的 根据勘察资料，失稳堤段勘察范围内揭露的地层如下： ⑨，层（Ｑ ）：堤身填土，以重粉质壤土为主，局部夹中 粉质壤土，灰黄、灰色，可塑，中等压缩性。失稳前堤身轴线 处层厚４．８０～５．９０ｍ，层底高程４．９２ ６．０６ｍ。 科技论坛ｊ《 表１ 各土层力学性质及渗透性指标建议值表 承载力 压缩 压缩 自快 固快 渗透 层彦 地层名称 标准值 系数 模量 凝聚力 内摩擦角 凝聚力 内摩擦角 系数 ｋＰａ ＭＰａ ＭＰａ ｋＰａ （。 ） ｋＰａ （。 ） ｃｍ／ｓ ⑨ 堤身填土 １４０ ０．３５０ ４．５ １５．０ １０．０ １５．０ １５．Ｏ １．００Ｅ－０５ ⑨ 堤身填土 ７５ ０．４５０ ３．Ｏ １Ｏ．Ｏ ６．０ １５．０ １０．０ １．００Ｅ－０５ ② 重粉质壤土 １００ ０．４００ ４．Ｏ １２．０ ８．Ｏ １５．０ １２．０ １．００Ｅ－０５ ③ 淤泥质重粉质壤土 ５０ １．４２２ ２．２ ｌ０．０ １．７ １５．０ ９．Ｏ １．Ｏ０Ｅ－０６ 一淤泥 ⑦ 粉质粘士～重粉质 壤土 １４０ ０．３２０ ５．０ ２０．Ｏ １０．Ｏ ５．Ｏ０Ｅ－０６ ⑧ 粉质粘ｉ ２４０ ０．２５０ ６．５ ３３．Ｏ １３．Ｏ １．００Ｅ－０６ 薄，以透镜状产出，仅在ＳＨ１、ＳＨ８、ＳＨ９、ＳＨ１２、ＳＨ１４、ＳＨ１６、 ＳＨ１５揭露，层厚０．８０—３．４０ｍ，层底高程一１７．５２—５．５６ｍ。 ⑧层（Ｑ ）：粉质粘土～重粉质壤土，局部夹白色高岭 土，灰绿～褐黄色，硬可塑 硬塑状，中等压缩性，该层仅 ＳＨ１０、ＳＨ１５孔揭穿。最大揭露厚度６．３０ｍ，最低揭露高程 一１ ８．５０ｍ。 ⑩ 层（Ｋ）：砂岩，全风化，棕红色，岩芯呈短柱状，砂颗 粒胶结明显，手掰易碎。 各土层力学性质指标及渗透性指标建议值见表１。 ４．２水文地质条件 根据地下水的赋存和埋藏条件，工程区地下水类型主要 为上层滞水和基岩裂隙水，上层滞水主要分布在上部粘性土 层内，勘察时地下水位多位于上部⑨ 层堤身填土和③ 层淤 泥质重粉质壤土浅部，现场观测裂缝Ｌ３１，其底部露出的地 下水位与开挖的分洪道水位基本一致。基岩裂隙水主要分 图１ 失稳堤段工程地质平面图 布在下部的砂岩中，对堤防的失稳一般无影响。 ⑨ 层（Ｑｍｌ４）：堤身填土，以重粉质壤土为主，灰黄～淡 ５堤基失稳主要因素分析 灰色，软塑，很湿，高偏中等压缩性，层厚０．８０～２．７０ｍ，层底 ５．１堤基土体软弱抗剪强度低 高程１．１８～４．５７ｍ。此层土为堤身填土与下部③ 层淤泥质重 失稳堤段堤基软弱，堤身填筑前未进行地基加固，原水 粉质壤土碾压混合而成。 塘塘底新近沉积的流塑状淤泥未完全清除，堤身土直接填 ②层（Ｑ ）：为地表硬壳层，土质以重粉质壤土，灰黄 筑在塘底淤泥和③ 层淤泥质重粉质壤土上，虽然有性质较 色，软可塑，湿，中等压缩性，层厚１．００—１．９０ｍ，层底高程 好的堤身填土挤入表层土中，强度提高有限，厚度也有限， ０．９１～５．２０ｍ。 仅１．８ １．９ｍ，多为软塑状。其下部③ 土层性质仍未改善，静 ③。层（Ｑ ）：淤泥质重粉质壤土～淤泥，局部夹有泥炭质 探比贯入阻力在０．４４～０．４８ＭＰａ之间，凝聚力为１０．０ｋＰａ，内 土及腐殖质，灰色，流塑，高压缩性，失稳堤段处层厚 摩擦角仅为１．７。，其中该层淤泥质重粉质壤土层顶部有厚 １２．１０ １７．１０ｍ，层底高程一１５．３２—８．３９ｍ。上游尚未失稳地段 约１．０ ２．０ｍ的土质更差，静探比贯入阻力多在 ＰＭ４剖面处层厚ｌ２．５０～１７．４０ｍ，层底高程一ｌ２．２０—７．９３ｍ； ０．２６～０．４１ＭＰａ之间。主裂缝Ｌ２２的延展范围与原水塘分布 下游尚未失稳地段ＰＭ１剖面处层厚６．１０～９．９０ｍ，层底高程 范围接近一致。 一４．２６ｍ。 ５．２堤基土体的承载力低、压缩变形大 ⑦层（Ｑ ）：重粉质壤土，灰色，软可塑，很湿，该层较 堤顶处及外侧平台处堤身填土厚度约６．０—７．０ｍ，下部 科技论坛 浅析粉土河床桥墩局部冲刷计算 仲兵兵徐成曾斯亮胡建林 ２２３００５） （淮安市水利勘测设计研究院有限公司 淮安【摘要】本文根据实际桥梁工程桥墩冲刷计算，通过对比采用不同公式所得的结果，简要分析确定粉土河床桥墩局部冲刷 粉土河床局部冲刷 际桥梁工程设计实例，通过分析对比，确定粉土河床桥墩局 部冲刷的适用公式。 计算的适用公式，并指出各参数对桥墩局部冲刷的影响，对局部冲刷计算提出一些建议。 【关键词】桥墩１ 概述 水流急剧流入桥孑Ｌ，在桥头前缘、桥墩两侧等部分形成 绕流，使水流与建筑物壁面出现边界分离，不断地产生旋 涡，并向下游传播和发展，卷走床面泥沙，在桥头前缘、桥墩 上游端及两侧附近形成冲刷坑，称为局部冲刷。目前，我国 桥涵水文计算将局部冲刷分为非粘性土河床局部冲刷和粘 性土河床局部冲刷两大类。而相关桥梁设计规范将桥梁地 基岩土分为岩石（碎石土）、砂土、粉土和粘性土。冲刷计算 公式并未给出公式的适用范围。 ２粉土定义及基本特性 《公路桥涵地基与基础设计规范｝（ＪＴＧ Ｄ６３—２００７）中对 粉土的定义：塑性指数Ｉｐ≤１０且粒径大于０．０７５ｍｍ的颗粒 含量不超过总质量５０％。粉土是介于砂土和粘性土之间的 过渡性土类，具有砂土和粘性土的某些特征，根据粘粒含量 可以将粉土再划分为砂质粉土和粘质粉土。 粉土在黄淮地区分布十分广泛，在黄泛冲积区和江淮 笔者在实际桥梁工程设计中粉土河床冲刷计算时，采 用不同公式所得局部冲刷计算结果差异较大，本文根据实 冲积区都普遍存在，是该区域桥梁工程建设经常遇到的土 类之一。但粉土工程性质较差，结构松散，强度低，属于中、 ６．１清除失稳土体 的③。层淤泥质重粉质壤土（尤其③ 层的顶部土层）承载力 仅为５０ｋＰａ，承载力难以满足承载力要求，失稳堤段软弱堤 基层厚１２．１０～１７．１０ｍ，厚度较大，导致压缩变形也较大。从 未滑动的ＰＭ１剖面来看，下部的③ 层淤泥质重粉质壤土 天然厚度６．０～１０．０ｍ，较失稳堤段明显偏薄。 ５．３堤内侧堆土增加了堤基附加应力 失稳段堤身填土多处开裂，大范围沉降，应将新填筑的 土体全部清除至设计建基面高程，堤内侧平台后禁止堆放 疏挖弃土，疏挖多余弃土应另选弃土场，以降低堤内侧附加 应力。 ６．２堤基加固处理 失稳堤段滑塌区范围与堆载区范围基本一致，说明堆 土区附加应力对堤基淤泥质土有明显的侧向挤压作用，进 一加固堤基土体，提高堤基承载能力。建议采用水泥深层 土搅拌桩或砂桩进行加固处理，桩端人土深度应根据理论 步导致堤基失稳。 计算结果及现场试验成果综合确定。 ６．３堆载预压处理 ５．４施工加荷速率较快 根据施工记录，２０１３年７月１８日～８月１８日堤身从 第１层５．７１—５．８１ｍ高程开始填筑至第１ １层８．６７—８．７５ｍ高 利用堤身分级填筑的土料作为压载，在堤基中插打塑 料排水板，作为排水通道排出堤基土体中的孔隙水，以加速 程，单层填筑厚度约Ｏ．３ｍ，３．０ｍ厚的堤身填筑约３２ｄ，堤身 未出现裂缝等问题。而２０１３年１１月１７日 １２月１日约 堤基土体固结，提高淤泥质软土地基的承载能力。 ６．４选择适当的填筑速率 １４ｄ，填筑厚度约１．１ｍ，比以前施工速度快，由于下部的③ 层淤泥质重粉质壤土为极微透水性，孔隙水压力来不及消 散，土体强度得不到提高，导致堤身整体失稳。 根据堤身填土过程中水平位移和垂直沉降观测数据， 确定堤身填土的填筑速率。施工过程应严格按照设计加载 速率进行控制，保证各填筑层的施工时间间隔，分层完成堤 身填筑，确保堤身填筑过程整体稳定一 ６堤基处理建议