高喷阻滑桩在大坝滑坡处理中的应用

李林兵，穆秀丽

（江西省九江市水利电力规划设计院，江西 九江 332000）

1 工程概况

某水库流域面积为 8.44 km2，总库容 557×104m3，正常蓄水位155.0 m （黄海高程，下同），设计洪水位155.97 m（P＝5.0%），校核洪水位 156.62 m（P＝0.33%）。水库设计灌溉面积800 hm2，保护人口约1万人，承担下游8个自然村的居民生活供水任务，是一座以灌溉为主，兼顾防洪、供水、养殖等综合效益的小（1）型水库。

大坝为均质土坝，坝顶轴线长262.00 m，坝顶宽4.50 m，最大坝高 16.00 m，坝顶高程 157.26～158.73 m。上游坝坡坡比约 1∶2.50，下游坝坡坡比约 1∶2.20～1∶4.20。

2 工程险情

汛期后，水库在正常水位降至死水位时，水位下降速度约为 4 m/d，据判定公式 1/10〈k/μV≈1〈60，下降处于骤降与缓降之间，偏骤降。大坝上游坝坡桩号0+075～0+125，长约50 m范围出现滑坡，坝脚局部有隆起现象，滑坡面积约1880 m2（见图1和图2）。滑动时滑坡体顶部下沉，与原坝体出现约1 m落差错裂面，带动上游坡其它部位拉裂。

图1 上游坡滑坡区域平面图

3 地质勘察

据地勘资料揭露，上游主河床段坝基存在厚约7m的软弱土层，土体为冲洪积淤泥质粉质粘土，灰色、灰褐色，湿～饱和，呈可塑～软可塑状，具中等偏高压缩性，其抗剪强度低，物理力学性质差，为一软弱剪切破坏带。主要物理力学参数见表1。

坝体土主要为粉质粘土、粉质壤土，褐黄色、红黄色，呈稍密状，土体具中等压缩性，含水量高，其抗剪强度也较低，物理力学性质差。物理力学参数见表1。

4 分析原因

经综合分析，坝体产生滑坡主要有以下几方面的原因：

图2 上游坝坡滑裂面横剖面图

表1 土体物理力学指标及渗透系数建议值表

（1）坝基冲洪积淤泥质粉质粘土层为中等偏高压缩性，层厚，摩擦角仅9.4°，抗剪强度较低，天然含水量大，容重小，承载力小，压缩性大，尤其其灵敏度高。若上部荷载发生变化，就会加剧该层土体的变形，降低地基土的强度，造成上部坝体沉降。

（2）坝体土质较差，不密实，具中等压塑性，含水量高，物理力学性能差，内摩擦角（φ）也仅 11.5°，抗剪强度低。

（3）水库泄水时，水位下降速度偏快，造成坝体土内孔隙水无法及时排出，且上游无外静水压力平衡，坝体土所含水重使下滑力增加，致使土体抗剪强度降低。最终导致坝体失稳，具体计算成果详见表4。

5 处理方案

结合工程现状、地质钻孔资料及坝坡稳定计算综合分析，判定坝体滑动沿坝基淤泥质粉质粘土层产生深层滑动，考虑滑动层较厚，且水库放空困难，无法完全清除软弱土层，结合周边土方量少等多方面原因，经综合考虑，本次设计提出采用上游坝脚土体压重结合高喷阻滑桩同时处理的加固方案（加固横剖面见图3）。

（1）上游坝脚压重。对坝体上部滑动土清除填筑上游坝脚作为压重。坝脚压重厚4.00 m，宽15.00 m，顶高程为 146.00 m，外坡 1∶2.50。

（2）上游坝脚布置高喷阻滑桩，阻止坝基淤泥质粉质粘土向库区蠕动，增加阻滑力。高喷范围为坝脚滑坡体段长度，根据实际测量确定约为50 m。高喷孔布置两排，顶高程 142.00 m，孔距为 1.50 m，排距 1.20 m，具体见图3，底部深入石灰岩层不小于50 cm。

图3 高喷布孔

灌浆施工采用双重管法，据《高压喷射灌浆技术规范》（DLT5200-2004）拟定施工参数气压 0.7 MPa，浆压30～35 MPa，流量 80～120 L/min；喷嘴孔径 2～3mm，喷嘴个数 2 个，提升速度 10～20 cm/min，转速约 10～20 r/min。喷浆材料主要为 P.O42.5 水泥，水灰比 1∶1，施工前需进行试验，修改施工参数。高压旋喷孔斜率必须小于1%，水泥土固结体轴心无侧限抗压强度不小于5 MPa，抗剪强度不小于 0.5 MPa，桩体直径不小于 1.60 m。

6 工程检测

外观检测：单桩成桩7 d后，对桩体周边土体开挖，外露桩头，桩体部位坚硬，桩身灰色，呈明显圆柱体，直径 1.60～1.80 m，大于设计桩径1.60 m，桩体顶高程142.00～142.10 m，成桩直径、桩体顶高程均达到设计要求。

室内强度检测：成桩28 d后，对桩身取样检测，其抗剪断强度参数凝聚力为 0.76 MPa，内摩擦角为 22.8°，成果见下表2。

水泥土抗剪强度公式为S＝C+σtanφ，σ为作用于剪切面上的法向应力。根据本工程的加固方案：桩体上部压重土体高约4.0 m，作用桩身的法向应力约为 0.07 MPa，经计算抗剪强度为 0.79 MPa，则大于设计指标 0.5 MPa。

7 加固前、后坝坡稳定计算

（1）计算断面：加固前、后断面分别见图1和图4。

（2）计算工况及浸润线：计算工况采用正常水位降至死水位，降落速度为4m/d，坝体内孔隙水压力考虑未完全消散，浸润线按非稳定渗流期浸润线，渗流计算参数选用总应力指标。

（3）计算参数：①土体物理力学参数采用地质成果，见表3，坝坡稳定计算时，浸润线以上部分按湿容重计算，浸润线以下至死水位以上部分按饱和容重计算，死水位以下采用浮容重；②高喷阻滑桩有效（平均）厚度为 1.75m，设计抗剪强度取 0.5MPa。

（4）计算方法：采用毕肖普法，根据坝坡渗流稳定软件找出最不利滑弧和其最小安全系数。

（5）计算结果：加固后计算结果见表4，加固后最不利滑弧见图5，单位长度高喷桩承担水平抗剪力（阻滑力）为875 kN。

图4 滑坡加固断面图

表2 水泥土抗剪强度参数检验报告表

表3 土坝坝体及坝基的物理力学参数表

K＝抗滑力/滑动力＝（土体抗滑力+抗滑桩抗滑力）/滑动力＝（2435.2+875）/2553.9＝1.29kN〉kf＝1.25（规范安全系数）。

表4 加固前、后上游坡稳定计算结果对照表

图5 加固后最不利滑弧面

8 处理效果及结论

工程经加固后已运行多年，目前上游坝坡运行正常，未出现裂缝滑坡等险情。根据理论计算和实际运行，可认为坝脚压重加大阻滑体重量，高喷阻滑桩承担了部分抗剪阻滑力，有效提高了坝坡稳定性。

9 结语

高喷技术通常应用在大坝防渗、基础处理等领域，本工程将其作为阻滑桩应用于大坝滑坡处理，来承担部分阻滑力。其应用范围为：坝基存在软弱土层较厚或软弱夹层等，易造成坝坡产生深层滑动，该土层清除困难，通过沿坝脚布置高喷桩截断软弱土层，穿透至硬基，可有效阻止该软弱层土体受上部荷载挤压向库区蠕动，同时承担部分抗剪力。

高喷桩作为阻滑桩，应选用高压旋喷桩，其喷射范围广，桩体尺寸大，抗剪截面大，设计时桩底应进入硬基，如基岩、砂砾石层等，避免桩身随滑坡土整体滑移或倾覆。桩径和桩身强度是旋喷阻滑桩两个主要设计指标，可依据具体工程的地质情况、喷射介质、灌浆压力及试验结果参数等合理选用。

[1］DLT5200-2004.高压喷射灌浆技术规范[S］.