关于港口堆场的失稳滑动原因和治理方案设计

关于港口堆场的失稳滑动原因和治理方案设计论文 关键词：港口堆场 滑坡 搅拌桩论文摘要：针对某港口堆场竣工即滑坡工程案例，对堆场岸坡进行了稳定 计算 、反演分析和加固治理，探讨了滑坡原因、勘探土层参数和原设计方案的缺陷。在反演分析得到的新土性指标基础上，提出了水泥搅拌桩设计治理方案并进行了稳定分析，实施后表明方案可靠。1 工程概况长江日某港因大轮客运停航，拟将候船室南侧 6 150 m2 的长江滩地改造成矿石堆场。原场地高程为 1. 72.2 m，经堆填建筑垃圾至 5.9 m 左右。堆场设计荷载 80kPa，地面高程 6.0 m，地面铺设 400 mm x 400 mm x 180 mm 的混凝土预制块。堆场岸边及前方江底处存在 1 个深坑 (如图 1)，深坑在垂直长江方向长约 45 m 沿水流方向长约 75 m 最低处高程 -1.4 m，为此，在坡脚处大量抛石，抛石棱体顶部高程 3.7 m，向上为坡度 1 : 2.5的干砌石护坡，与堆场边沿 0.6 m 高的挡浪墙底相接。2 滑坡过程在堆场发生滑动之前，使用单位从东(下游)往西(上游)堆放铁矿石，堆载长度约 85 m，堆场南边前面 5m 未堆载，南北向堆载长度约 47 m 在 10 余小时内共堆积了近 20 000 t 铁矿石，堆载面积约占堆场面积的 2/3 最高处堆石 6.5 m。堆场边坡发生滑动，场地中部形成 1 个大坑，坑南北向最长约 30 m，东西最长约 70 m。堆场边沿向外推移 9.4 m，护坡坡脚淤泥及块石隆起。本工程设计时未进行地质勘探，设计所用土层及指标参照附近建筑物地层。为了找到滑坡原因，为加固设计提供依据，滑坡后对滑坡区进行了静力触探、十字板强度和钻孔取土室内试验。3 边坡稳定计算和滑坡原因3.1 边坡稳定分析方法土坡稳定计算通常用毕肖普法，它考虑了土间的水平向和垂直向作用力。简化毕肖普法仅考虑土条间的水平向作用力，其稳定安全系数计算公式为(1); 式中:ru 为孔隙压力比，定义为总的孔隙水压力和总的上覆压力之比， 为水重度。当己知渗流浸润线位置时，可逐点输入测压竹水位高度来计算。3.2 稳定计算和参数反演滑坡后勘探得知，表层土为约 3.2 m 厚杂填土，第二层为 2-1 淤泥或淤泥质粉质粘土及 2-2 淤泥质粉质粘土的软弱土层，下面是粉砂层。稳定分析断面以滑坡后重新勘探的土层剖面为基础，以稳定性最差的深坑处断面为计算断面，土层断面如图2。考虑到堆场大量堆放铁矿石的过程历时很短，稳定分析时采用不固结不排水强度指标。取自滑坡后所做岩土工程勘测报告的各土层物理力学指标如表 1 所示。计算得到滑坡发生时此边坡的稳定安全系数仅为 0.663，明显偏小，进一步计算该边坡无堆载情况下的安全系数为 0.930，边坡失稳，与现场实际情况不符。检查地勘资料，发现 2-1 与 2-2 两个卞要软弱层的无侧限抗压强度 qn 均明显偏小，仅为 12-13 kPa，远低于十字板强度( 理论上为 qn/2)以及附近岸边同类土 4060 kPa 的 qn 值，估计为钻孔取样时土样受到了较大的扰动，导致下要软弱层 UU 试验 C,值偏低。因此，以滑坡后勘探报告中的静力触探、十字板试验结果为基准，结合邻近工程同类土层指标，利用滑坡时刻稳定安全系数接近 1的临界状态原则来重新确定两个软弱土层的 C,指标。通过反演分析计算得知，在 2.5 m 水位，图 2 堆载情况下，稳定安全系数为 0.973，岸坡出现临界状态，失稳滑动。图 2 中对应的滑弧大部分穿越 2-1 淤泥或淤泥质粉质粘土和 2-2 淤泥质粉质粘土两个软弱土层，底部基本上与粉砂层相切，滑弧后方与堆场地面相交处距堆场边沿约 30 m，滑弧前沿与护坡坡脚相交，与现场观察得到的实际滑坡发生位置基本吻合。由此确定两土层的计算参数为:2-1 淤泥或淤泥质粉质粘土; 2 2 淤泥质粉质粘土 3.3 滑坡原因分析发生滑坡的时间是3 月 25 日，正是长江枯水期结束的时段，江水位约为 2.5 m，同时考虑对应同样堆载下设计高水位和设计低水位的不同工况进行稳定分析 计算 ，圆弧滑动面计算结果如表 2。可见，高水位时安全系数大，岸坡稳定，低水位时稳定性降低。对应滑坡时 2.5 m 的水位下，当堆场均匀堆积1.5 m 厚铁司一石时边坡安全系数为 1.172，在局部继续堆高后安全系数逐渐下降，当局部堆载到 6.5 m 后安全系数下降到 0.973，出现失稳。可见，局部超高堆载是滑坡的卞要原因。计算中还发现，在设计低水位下，40 kPa 荷载 C 1.5 m 厚铁矿石 )堆积下，边坡安全系数 1.089 低于规范2-3规定的安全系数 1.10，而此时 40 kPa 的荷载大大小于设计荷载 80 kPa。而对应 80 kPa 的设计荷载，边坡安全系数仅为 0.895 稳定严重不足。可见，原工程设计的边坡稳定性不够，存在安全隐患。这与工程施工前未勘探就设计和施工等因素有关。4 加固方案及加固后稳定分析 4.1 加固方法比选考察滑坡现场，研究治理方案，可采用碎石桩、灌注桩和搅拌桩进行加固。考虑到本工程软弱土层的抗剪强度较低，对桩体的约束作用不足，碎石桩是散粒体结构，在这样的淤泥层中抗滑作用较小，而目本处无石料资源，石了价格很高;灌注桩加固成本较高，不 经济 ;经比较，搅拌桩具有较好的抗滑性和较低的价格。综合考虑采用水泥搅拌桩治理本滑坡。计算得圆弧滑动面底部与粉砂层相切，高程约为-60 m，地面高程 6.0 m,桩应穿过滑动面进入下部粉砂层才能起到抗滑作用，即桩长要大于 12 m.考虑桩端嵌入粉砂层一定长度，确定最低桩长为 135m。整治工程按原结构恢复，采用 2 排连续搭接的深层搅拌桩，位置在堆场面与边坡顶的交界处，加固的岸线长度为 85 m，总桩数为 310 根，设计桩径为 700 mm 桩长为 14.2 m，桩底高程在-7.0-11.0 m，搭接长度为 14 cm，采用 42.5 普通硅酸盐水泥，水泥掺入量为 15%，水灰比为 0.5 。4.2 加固后稳定分析使用水泥深层搅拌桩加固后的稳定分析计算方法与加固前相同，只将桩体部分视为一种新的土层，断面如图 3，计算所取桩体部分的参数 参考 同类工程 l4取为 C=200 kPa, 加固后计算对应设计荷载 80 kPa 清况下，设计低水位 1.37 m 时边坡安全系数为 1.137，设计高水位 4.7 m 时边坡安全系数为1.736，均高于规范规定的 1.10。计算结果显示，加固后的边坡稳定性达到了设计要求。日前，加固工程竣工约 1 年，边坡稳定。5 结语(1)堆场及护坡发生滑动卞要原因是局部超负荷堆载，目堆载速度过快，下部有软土夹层，同时缺少监测措施。建议堆场加固恢复后，按照使用功能使用，不能违规操作。(2)稳定分析计算表明，本工程设计的堆场边坡滑动前就存在安全隐患，稳定性不足，原因是设计前没有进行必要的地质勘探，取用指标不准确，从安全角度考虑应加以杜绝。(3)日前加固工程峻工约 1 年，边坡稳定，说明反演分析得出的土性指标是可靠的，实施