软土地基上灰坝滑坡治理措施优化研究

魏迎奇，田继雪，李维朝，蔡 红

（中国水利水电科学研究院 岩土工程研究所，北京 100048）

软土地基上灰坝滑坡治理措施优化研究

魏迎奇，田继雪，李维朝，蔡 红

（中国水利水电科学研究院 岩土工程研究所，北京 100048）

某贮灰场灰坝坐落在软土地基上，运行过程中灰坝下游坡多次发生滑动。虽经抗滑桩加锚杆进行了治理，但依然观察到变形迹象，如地面隆起等。针对此情况，本文在原有加固措施的基础上考虑排渗和加固措施优化分析，制定出了合理适用的加固措施方案。研究表明，单纯采用加固措施有时效果不突出，有效的排渗措施由于可以显著降低灰坝内的浸润线高度，从而能够更有效地提高灰坝的稳定性，本实例研究可给相近工程加固提供有益的借鉴。

软土地基；灰坝；加固；治理措施；优化；排渗

1 研究背景

软土地基具有透水性差、强度低和变形大等特点，故在软土地基上建设灰坝时，软土的低强度和大变形会成为控制灰坝稳定的重要因素［1］。对于软土地基上已建成的灰坝，在进行变形分析时，应从渗流和稳定的角度考虑软土地基对灰坝稳定的影响，从而在灰坝滑坡机制分析的基础上制定合理有效的治理措施。

某贮灰场灰坝在运行过程中下游发生滑坡，经抗滑桩加锚杆进行了治理后，依然观察到变形迹象。本文针对该实例从灰坝运行中的渗流和稳定计算分析出发，对加固前后的滑坡变形机制进行分析，依据此提出适用的治理措施，从而保证灰坝的安全运行，同时该实例的研究也可为相近工程提供有益的借鉴意义。

2 工程概况

某贮灰场为一面靠山、三面围堤的半平原型灰场，始建于1978年，围堤总长2 007m，堤顶标高31.3m，灰湖南面最大标高49.8m，其平面布置图如图1，典型断面如图2所示。在初建时，由于未对其坝基存在的软弱淤泥层进行加固处理，导致其在运行过程中，灰坝下游坡多次发生滑坡。最近的一次较大滑坡发生在2006年5月15日，位置桩号为0+ 450～0+570。滑坡段总计长120m。同年，对滑坡采用抗滑桩进行治理，抗滑桩分两排呈梅花型布置，桩长25m，间距1.4m，排距2.0m，桩底深入强风化基岩并进行压浆处理。抗滑桩施工完成后，发现桩顶部仍有位移，因此又在桩顶加帽梁和斜锚杆，帽梁厚度600mm，宽2m。采取这些措施后抗滑桩顶部位移基本得到控制。

图1 某贮灰场平面布置

观测数据显示，2007年2月到2007年11月坝顶最大累积沉降量为9cm，表明沉降已趋稳定。虽然经处理后灰坝外坡至今未再发现明显的滑动现象，但2006—2007两年间，在距下游堤脚10m左右处的埋于地下的回水管有6处接口发生张裂，其中2006年有2处，2007年为4处，表明堤基下的淤泥层尚未达到稳定状态。

图2 典型断面

3 治理措施分析

3.1 治理措施初步分析该灰坝滑坡段位于古河道位置，坝基淤泥质黏土层埋藏较浅，且厚度较大，其下部砂砾石地层埋深20～23m，其典型地质剖面图如图3。初建时没有对软弱坝基进行加固处理是灰坝发生滑坡的主要原因。虽然后来采用抗滑桩进行了处理，但由于淤泥质黏土层长年位于自由水位之下，固结程度低，可塑流动性强，加之抗滑桩处理范围有限，所以治理效果并不明显。

软土地基加固处理方式一般分为两种［2］，一是直接提高地基的承载力，二是通过降低灰坝内浸润线的方式间接达到提高灰坝稳定性的目的。基于此认识，本次加固处理一方面在已完成的抗滑桩两侧布置搅拌桩，提高坝基的承载力。另一方面在坝体内部设置排渗设施，降低坝身浸润线，以提高灰坝边坡的抗滑稳定性和抗渗稳定性。

图3 地质剖面

坝基搅拌桩布置如图4所示，分布在抗滑桩两侧，计入已经施工的抗滑桩处理宽度2m，总处理宽度不小于10m，相应置换率不小于0.15，桩体伸入坝基底部圆砾土层2～3m，单根总长约20m左右。在坝体内部下游坝脚的位置布置不小于4m的水平排渗，在水平排渗出口设置反滤保护并修建排水沟。

图4 灰坝搅拌桩布置

3.2 排渗措施优化计算分析渗流计算各材料分区的参数值通过地勘报告和室内试验成果确定，如表1所示。本次渗控措施选择排渗和防渗相结合的方式，坝体防渗措施采取搅拌桩防渗幕墙，以降低因坝体滑坡而导致的薄弱区域渗流作用。而排渗则选择在坝体内部布置水平排渗设施，并通过优化计算确定水平排渗的长度。依据该灰坝特征，按长度11m、8m、6m、4m和0m共5种情况进行优化计算。图5是设置水平排渗前后坝体渗流场分布图，从图5中可以看出，当堤体内设置了水平排渗设施后，堤体内浸润线位置有所下降，下降的程度与水平排渗设施的长度有关，水平排渗设施越长浸润线位置下降的越低。但选择排渗设施的长度仅靠渗流计算是不够的，最终还需结合边坡稳定计算才能做出合理优化的判断。

表1 各材料分区渗透系数值

图5 灰坝计算断面不同排渗条件运行渗流场

3.3 加固措施优化计算分析坝基淤泥层在坝身重量下的固结过程取决于淤泥本身的透水特性和所处的地质边界条件，有时可能会经历一个相当长的时期。对于本工程而言，虽然坝体已建成近30年，但从2007年地勘情况看坝体下多数部位的淤泥层还未完成固结，因此加固优化计算应选择合理的控制工况。一般情况下，对于未完成固结的淤泥层边坡稳定计算应采用总应力法［3］，当淤泥层固结完成后达到稳定渗流期，淤泥的强度会提高，对将来淤泥固结完成后的稳定渗流期的边坡稳定计算应采用有效应力法计算。本坝段灰坝限制贮灰高程为29.0m，限制贮灰高程遇设计洪水位为30.6m。淤泥层固结完成的稳定渗流期各运行工况的最小安全系数普遍高于淤泥固结期，因此加固时选择固结期为控制工况。高置换率可以提高复合地基的强度指标［5］，有利于坝体的整体稳定。对于本坝段置换率选择0.15，坝体的抗滑稳定安全系数即能满足规范要求，因此，加固方案的优化主要是对加固范围进行选择，依据已掌握的资料和排渗措施优化计算分析结果，选择处理范围6m和8m两种情况。考虑处理范围为6m时，选择堤脚上游5m，下游1m。考虑处理范围8m，其位置分布分别为在堤脚下游侧，堤脚上游5m下游3m，堤脚上游6m，上游2m。

计算采用的强度参数如表2，计算工况见表3，计算结果见表4。

通过对不同加固范围的抗滑稳定比较计算，当上游处理范围小于6m时，滑动面出现在堤体，当其为6m时，当处理宽度小于10m时滑动面经过坝体下的淤泥层属于深层滑动。当总处理宽度小于10m时滑弧经过堤体下的淤泥层属于深层滑动。最终采用搅拌桩加固处理范围8m，抗滑桩上游侧6m，下游侧2m，计入抗滑桩2m，合计10m，如图6。

表2 边坡稳定计算采用的有效强度指标

表3 边坡稳定计算工况

表4 设计洪水位条件下固结期边坡稳定计算成果

图6 不同处理规模固结期最危险滑裂面位置

4 结论和建议

本文以某电厂软土地基上灰坝滑坡的治理措施优化为实例进行了计算分析，从该实例的研究中可以得出以下结论：（1）针对该实例，通过优化计算分析，确定了最终治理方案，即搅拌桩范围在抗滑桩的上游侧布置范围为6m，在其下游侧布置范围为2m，计入抗滑桩总处理宽度10m；坝体内水平排渗设施长度6m，水平排渗出口设置反滤保护并修建排水沟。（2）对于软土地基灰坝而言，设置有效的排水措施，可以显著降低运行期灰坝内部浸润位的高度，从而提升灰坝的稳定性。（3）合理的加固治理措施不仅会提升灰坝的安全系数，还会改变最危滑弧的位置。（4）本实例的软土地基灰坝滑坡治理措施优化给同类工程提供了有益的借鉴意义。

［1］ 陈晓平，吴起星.渗流作用下软土地基心墙坝稳定性分析［J］.岩土力学，2007，28（7）：1376-1380.

［2］ 赵山，金同稷，李玉琦.土石坝的坝基处理［M］.北京：中国水利水电出版社，2006：282-284.

［3］ 周景星，等.边稳定分析的总应力法和有效应力法［M］.北京：清华大学出版社，1992：259-273.

［4］ 殷宗泽，龚晓南.地基处理工程实例［M］.北京：中国水利水电出版社，2000：10-11.

［5］ 李今汉，冯楚生.粉喷桩技术在加固岳阳长江干堤中的应用［J］.人民长江，1999，30（5）：31-33.

Research on the optimum treatment of an ti-slide of flyash dam on soft foundations

WEI Ying-qi，TIAN Ji-xue，LIWei-chao，CAI Hong
（DepartmentofGeotechnical Engineering，IWHR，Beijing 100048，China）

Many landslides occurred on operation of the flyash dam in an electric power plant on soft foun⁃dations.Though stake-anchor used in many anti-landslide，deformation and displacement have been ob⁃served such as land upheaval.Based on primary treatments，optimum treatments of seepage draining and re⁃inforcement have been analyzed，and comprehensive reinforcement programs have been proposed.Results show the simple reinforcement treatment can not prevent the landslide effectively sometimes，and effective seepage draining can decrease the height of saturation line and improve stability of flyash dam.This re⁃search method has significant reference value for similar projects.

soft foundation；flyash dam；reinforcement；treatments；optimum；seepage draining

TV223.6

：A

1672-3031（2012）02-0132-04

（责任编辑：李 琳）

2011-05-31

国家十一五科技支撑项目“2009BAK56B04”

魏迎奇（1964-），男，河北柏乡人，教授级高级工程师，主要从事岩土工程研究。E-mail：weiyq@iwhr.com