柳林河治理工程局部堤段滑坡水毁修复技术

李 松

(辽宁省东港市河道管理处，辽宁 东港 118300)

1 基本情况

柳林河是鸭绿江下游右岸的一级支流，发源于东港市长安镇与凤城市分界的油盘岭山区，流经铁甲水库、前阳镇，在丹东市主城区下游的海龙村汇入鸭绿江。柳林河全长39.4km，流域面积314km2。由于柳林河多年未经治理，目前未形成完整的防洪排涝体系，防洪标准低，河道淤积严重，安全承泄能力不足200m3/s；排水工程老化失修，部分穿堤建筑物破损严重，柳林河两岸部分村屯和耕地，每到汛期经常遭受洪水上涨威胁，淹没农田，周围大棚、房屋进水，严重影响当地人民群众生命财产安全。柳林河治理工程的主要任务是完善河道防洪体系，加高培厚堤防，清淤疏浚河道，改扩建配套建筑物，提高流域整体防洪能力。柳林河治理工程治理段河道总长9.09km，清淤长度9.09km，加高培厚堤防总长18.2km，新建穿堤涵闸2个，拆除重建涵闸16个。通过治理后防洪标准可以提高到10～20年一遇。

2 滑坡原因分析

2016年5月2日20时至5月3日10时，柳林河流域普降大暴雨，平均降雨量128mm，造成柳林河水暴涨，堤坝两侧耕地积水严重。当时正值施工期，人员及设备全部暂停施工。5月5日，施工单位发现，在河道桩号6+760、6+944、7+180、7+235、7+448处，土质堤坝迎水坡坝基深部发生剪切滑动破坏。由于工程尚未结束，局部坝段干砌石护砌、堤坝种植草皮护坡等措施尚未组织实施。经现场查看，论证分析，认为堤坝局部出现滑坡主要有以下原因：

(1)坝基土壤为粉质粘土、淤泥质粉质粘土和粉细砂组成，地勘报告表明，其物理力学性质较差，渗透变形类型为流土型。抗剪强度较低，堤岸岸坡及坝基土质抗滑稳定性较差。抗冲能力较差，在水流长期作用下，土壤中细颗粒容易被带走，会对堤基造成破坏。堤基土壤有较高的压缩性，会出现一定程度的沉陷和沉降变形。

(2)本次降雨强度较大，导致土壤入渗率加大，含水量较高。本次降雨历时14h，春季的土壤干燥，吸收水份能力增强，土壤达到饱和状态，造成土壤容重增加，抗滑能力降低。

(3)堤坝背水坡低洼处积水严重，在堤坝迎水坡滑坡处可以看出有少量清水渗出。表明坝基透水性差，背水坡土壤在积水长时间浸泡后，极易出现渗漏，造成堤坝土壤饱和，稳定性降低。

(4)河底清淤厚度0.6～1.2m，淤积多年的土壤被清除后，底部土壤被扰动，地基承载力降低。滑坡处堤坝加高厚度0.8～1.5m，对下部的土壤造成挤压，表层土经洪水浸泡达到饱和，抗滑稳定性降低。

(5)本次降雨强度较大，洪水暴涨，流速加大，对河道转弯段堤坝造成冲刷，迎水侧新填筑的筑坝土掏蚀严重，加剧滑坡。

3 土堤渗流及渗透稳定复合

柳林河治理工程分以下4种工况复核计算堤坝渗流稳定：一是临水侧设计洪水位，背水侧相应水位；二是临水侧设计洪水位，背水侧为低水位或无水；三是洪水降落；四是背水侧水位与堤顶齐平，临水侧为相应水位。柳林河治理工程堤基均属于透水地基，渗流量计算按透水堤基均质土堤考虑，采用GB50286- 2013《堤防工程设计规范》公式计算：

3.1 渗流计算

按透水堤基均质土堤考虑。

修建在透水堤基上的均质土堤，渗流量计算方法是将堤身和堤基渗流量分开计算，总单位宽度渗流量为两者之和，计算公式如下：

浸润线计算公式如下：当k≤k0时，

式中，q—总单位宽度渗流量，m3/(s·m)；qD—不透水地基上求得的相同排水型式的均质土堤单位宽度渗流量；K—堤身土渗透系数；k0—堤基渗透系数；H1—上游水深，m；H2—下游水深，m；h0—下游逸出点高度；m1—上游坡坡率；m2—下游坡坡率。

3.2 背水坡渗流出口比降计算

本地区下卧层为透水地基，则透水地基均质土堤坡面渗流比降可采用GB50286- 2013《堤防工程设计规范》公式如下：

沿渗出段：

沿地基段：

堤身填土渗透变形为流土，参照参SL274- 2001《碾压土石坝设计规范》，渗透破坏的允许渗透坡降计算公式：

J破坏=(GS-1)(1-n1)

相应的允许坡降可按下式计算：

式中，Gs—土粒比重，堤身2.67；n1—土的孔隙率，堤身0.49；J—渗透比降；KB—安全系数，取2.0。

经计算可得渗流比降成果见表1。

表1 渗流比降成果表

根据渗流比降成果表可以看出，堤基渗透比降J大于J允许，不满足要求。

4 土堤抗滑稳定复核

土堤抗滑稳定复核计算采用GB50286- 2013《堤防工程设计规范》瑞典圆弧法计算公式，分为总应力法和有效应力法。计算时不考虑条块间的作用力，各土条湿容重及饱和容重均按照土层变化，分别计算。计算工况分为以下几种情况：一是设计洪水位下稳定渗流期的背水侧堤坡；二是设计洪水位骤降期的迎水侧堤坡；三是设计洪水位下稳定渗流期的迎水侧堤坡。计算成果见表2。

表2 土堤抗滑稳定安全系数成果表

通过计算可知，在设计洪水位下稳定渗流期的迎水侧堤坡，求得的安全系数小于允许值，不满足抗滑稳定要求。

5 塌岸处理方案

由于堤坝出现滑坡情况正值施工期间，工程尚未结束，新筑堤防坝后低洼处排水沟道尚未开挖疏通，造成积水严重，坝体产生渗流。局部干砌石护砌尚未实施，造成滑坡面积增加。根据地质报告勘察成果，渗流和稳定复核计算结果，本次应急处理方案经比较后确定，对迎水侧堤脚采取排水和压重处理。一是坝后低洼处开挖排水沟，将积水导入两侧排水闸，降低坝体入渗水量。二是将塌岸土方用机械推运修整成围堰，滑坡面修整成台阶状。三是坡脚开挖深基槽，深度1.5m，底部宽度4.0m，开挖土方补充围堰筑堤土，水泵及时抽水，开挖槽内不得积水。四是基槽开挖后，基槽外部采取挖掘机夯压直径0.15m落叶松木桩，深度4.0m，增加抛石整体稳定性。五是基槽抛填大块毛石，单块质量50kg以上，采用挖掘机铲背夯实整平，回填筑坝土下部碎石填缝整平，上部铺设400g/m2土工布。六是外运粘土筑堤，分层碾压夯实，削坡成1∶2设计坡度。七是筑堤土外侧填筑天然级配砂砾混合料，厚度0.2m，洒水夯实。八是砂砾料外侧人工铺设干砌石，厚度0.4m，石块质量采用30～50kg以上规格，挖掘机压实，净高2.0m(柳林河为纳潮河道，护砌至潮水位以下)。九是木桩外侧填筑抛石，减轻木桩压力，防止折断。十是修筑围堰土方考虑含水率较高，而且大部分为淤泥质粉质粘土，不能作为筑堤材料，须清理外运至坝后周围低洼处，整平压实。滑坡处理方案详见图1。

图1

6 结论

本工程采取的应急处理方案，汛期经历两次洪水，堤坝均未出现堤坝裂缝、渗水和滑坡险情。坝上经过车辆、机械多次振动碾压，滑坡段也未出现沉降、位移等变形。结合后期种植的草皮护坡，防冲能力提高，稳定性增加，减少了汛后重新拆除重建的费用，保证了堤坝防洪安全。在平原地区河道治理工程设计过程中，要考虑河道两侧坡脚处淤积的土质和水流冲刷情况。河底较宽的河段，可以采取复式断面；河底较窄的河段，坡脚处要采取工程措施进行防护。堤坝填筑过程中，坝后低洼处要开挖排水沟，及时排除积水，避免雨水汇集渗入堤坝。

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