合肥市四里河整治工程边坡放坡设计

翟国民

(合肥市市政设计院有限公司，合肥 230001)

摘要：在坡高一定的情况下，正确地选用抗剪强度指标并合理取值成为影响边坡稳定性大小和工程造价的决定性因素。本文通过工程地质类比法和查表法对勘察报告直剪标准值进行可靠性分析，并结合边坡反分析结果，确定土体抗剪强度指标取值，进行堤坡放坡设计。

关键词：堤坡；稳定性；反分析；抗剪强度指标

一、工程概况

四里河是合肥市的一条主要河流，河道上接大房郢水库，下于濉溪路桥下游约0.34km处汇入南淝河。河道裁弯取值后总长3.18km，规划河底宽度20m，设计河底高程9.0m～7.5m，河道两侧现状地面高程9.55m～16.10m。为满足防洪要求，河道堤顶道路设计高程为17.24m～16.86m。另外根据景观需要，在铁路桥以上桩号12+80处设置一坝顶高程11.00m的拦河坝，以便拦蓄水位，由此确定河道两侧亲水平台高程11.50m。

二、工程地质状况

根据本工程岩土勘察报告，河道堤坡现有地质状况见下表：

层序 土 名 承载力特征fak(kPa) 渗透系数 (cm/s) 快 剪 快剪建议使用值 直剪标准值 C (kPa) ① ② 杂填土 淤 泥 夹粉土 ④ ⑤ ⑥ ⑦ 粉 土 粘 土 粉质粘土 粉土夹砂 120~150 240 220 230 1.0×10-4 1.0×10-6 1.0×10-5 1.0×10-3 70 50 80~120 透水性强 1.0×10-6 1.0×10-5 Ф (°) 6~12 0 8 13 11 14 16 C (kPa) / 15.6 25.4 23.0 / / 29.0 Ф (°) / 17.2 18.0 17.4 / / 16.4 10 10 10 10 25 25 15 ③ 粉质粘土

从本工程地质剖面情况来看，堤坡大部分横断面土层自上而下依次为回填土(粉质粘土，压实度0.94)，①层杂填土，③层粉质粘土夹粉土，④层粉土，⑦层粉土夹砂。除①层杂填土和⑦层粉土夹砂透水性强外，其余土层均为弱透水性。

三、堤坡放坡初步设计

1、放坡初步设计

现以桩号3+70处河道东侧地质剖面为例，进行边坡放坡设计： 该处堤坡堤顶计算高程17.50m，亲水平台高程11.50m，河底设计高程9.00m。土层自上而下分别为4.70m厚回填粉质粘土，约1.5m厚①层杂填土，3.2m厚③层粉质粘土夹粉土，以下为⑦层粉土夹砂。如回填土物理力学指标取为r=19 kN/m3, Ф=15°,c=10kPa，③层粉质粘土夹粉土和⑦层粉土夹砂抗剪强度指标按勘察报告建议值分别取为Ф=8,c=10kPa和Ф=16,c=15Pa，考虑堤坡完建时河内无水，根据文献〖1〗，按简化毕肖普法总应力模式计算得当11.50m高程亲水平台宽度为5m，平台以上边坡为1∶3.5平台以下为直立式挡墙时堤

坡稳定性系数k=1.24，才满足1级堤防施工期【k】=1.20之要求。 2、计算结果合理性分析

本工程堤坡高仅8.5m，属先挖后填边坡，根据上述计算结果，亲水平台宽度需做到5m，平台以上边坡应达到1∶3.5。合肥市目前已整治的河道中南淝河和十五里河，设计边坡坡比大约在1∶1.50～1∶2，而且已建多年，运行基本正常。从区域地质情况来看，四里河与其地质应无较大的差异。另一方面，按8.5m堤坡全部为挖方边坡，用查表法得其容许坡度值为1∶1.25～1∶1.50；按8.5m堤坡全部为填方边坡，用查表法得其容许坡度值约为1∶1.50～1∶1.75，即按查表法本工程堤坡容许坡度值为1∶1.25～1∶1.75。

以上说明，边坡稳定性计算结果与通常的工程地质类比法和查表法出入很大，计算结果大大偏于保守。问题在于堤坡土体强度指标按勘察报告建议值取用。我们知道，在坡高一定的情况下，边坡稳定性计算成果的可靠性很大程度上取决于地基土和填土的抗剪强度的正确选择。因为，对任意一种给定的土来说，抗剪强度变化幅度之大远远超过不同计算方法之间的差别。因此，正确地选用抗剪强度指标并合理取值就成为影响边坡稳定性大小和工程造价的决定性因素。

四、 抗剪强度指标分析与设计取用

1、勘察报告直剪标准值可靠性分析

场地③层土质为粉质粘土夹粉土，rd=15.8 kN/m^3，根据文献

〖2〗,c=30kPa, Ф =19°；其Ip=10.3，e=0.808，根据文献〖3〗，c=34.5kPa, Ф =19°。勘察报告直剪标准值c=25.4kPa, Ф =18°基本上接近于上述两组指标值，说明其数据有一定的可靠性。 2、边坡反分析

现场踏勘发现，四里河铁路桥以下左侧钻孔79#处有一陡坡,其断面及土层分布见下图：

①层素填土 h1=1.0m c=10kPa Φ=8°③层粉质粘土夹粉土 h2=5.4m c=18kPa Φ=14°

对③层粉质粘土夹粉土假设其Φ=14°,c=18kPa，根据文献〖1〗，用瑞典条分法总应力模式求得其边坡稳定安全系数为1.03，符合暂时稳定边坡安全系数为1.00～1.05的一般要求。

3、抗剪强度指标设计取用

勘察报告直剪标准值c=25.4kPa, Ф =18°可以看成③层土体固结不排水剪峰值强度，而快剪建议使用值c=10.0kPa, Ф =8°，分别相当于以上峰值强度的0.40和0.44倍，从工程经验来看，大致相

当于本层土的残余强度。实际上，边坡发生失稳破坏时，土体抗剪强度介于峰值强度与残余强度之间。本工程如采用残余强度指标，则设计过于保守，且不符合场地实际(因为现有河坡基本稳定，并没有发生较大的滑坡)，因此考虑一定的抗剪强度安全储备并结合边坡反分析结果，最终确定边坡稳定性计算用③层粉质粘土夹粉土抗剪强度指标为c=18.0kPa, Ф =14°。 4、放坡设计结果

根据以上抗剪强度指标，对桩号3+70处河道东侧边坡进行稳定性重新计算，计算结果如下表：

内容 项目 抗剪强度指标 4.70m厚回填粉质粘土 约1.5m厚①层杂填土 3.2m厚③层 粉质粘土夹粉土 ⑦层粉土夹砂 放坡计算结果 亲水平台宽度 平台以上边坡 按勘察报告 建议值设计 抗剪强度合 理取值设计 r=19.0 kN/m3, Ф=15°,c=10kPa r=19.3 kN/m3，Ф=6,c=10kPa r=19.4 kN/m3， r=19.4 kN/m3， Ф=8,c=10kPa Ф=14,c=18kPa r=20.1 kN/m3，Ф=16,c=15kPa 5m 1∶3.5 1.24 3m 1∶2 1.28 边坡稳定安全系数k 注：边坡稳定计算方法采用毕肖普法总应力模式。

五、结语：

本工程堤坡属先挖后填边坡，堤坡完建期河内无水时边坡稳定性最不利。在计算方法上，根据文献〖1〗，同时采用瑞典法和简化毕肖普法，并以两者中较大的安全系数为准。

为合理地确定计算用土体抗剪强度指标，通过工程地质类比法和查表法对勘察报告直剪标准值进行了可靠性分析，并结合边坡反分析结果，判断出勘察报告直剪标准值和快剪建议使用值分别相当于 土体固结不排水剪的峰值强度和残余强度。在此基础上，根据场地的实际情况并考虑一定的抗剪强度安全储备最终确定土体抗剪强度指标计算值，得出合理经济的堤坡放坡设计，并使本工程土方量和造价明显减少。

参考文献：

【1】陈祖煜. 土质边坡稳定分析——原理·方法·程序【M】. 北京：中国水利水电出版社2003.

【2】江苏省水利勘测设计院.填料土性质指标之间的互相关系.1958.

【3】江正荣.简明土方与地基基础工程施工手册【M】. 北京：中国环境科学出版社, 2003.

【4】钱家欢，殷宗泽.土工原理与计算【M】.北京：中国水利水电出版社,1996.