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第四章 堤防边坡失稳的除险加固 |
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| 第一节 边坡失稳的成因与类型 | ||
| 第二节 堤坡稳定的安全复核 | ||
| 第四节 崩岸的除险加固技术 | ||
汛期堤防边坡失稳包括临水坡的滑坡和崩岸与背水坡的滑坡，这些险情严重地威胁着堤防的安全，必须对其进行彻底的有效的治理。
堤防边坡失稳的原因是多方面的，在除险加固前必须对引起失稳的原因进行仔细地分析判断，找出原因，有针对性的采用相应的除险加固措施。加固工作必须以《堤防工程设计规范》为依据，精心设计和施工。加固后堤防必须达到设计标准。本章就边坡失稳除险加固的有关技术问题做一系统的介绍，主要内容包括边坡失稳的成因与分类，滑坡的安全复核，边坡除险加固技术和崩岸除险加固技术。
边坡失稳的成因与类型一、边坡失稳的成因
堤防建成后，在运用中可能会遇到各种各样的情况，如汛期河湖水位涨、落、冲刷；台风季节风浪的袭击；暴雨时的浸水以及生物洞等等均会使堤防边坡失稳。现分述如下：
在汛期，当河水位上涨到一定高度时，且持续时间又较长，堤身（在浸润线以下部分）将呈浸水的饱和状态，土体完全饱和后，抗剪强度降低，堤身的自重增加，相应的下滑力增大。另外，渗流产生的渗透力，进一步增加了滑动体的滑动力。综上所述，在渗流作用下堤身滑动体重量增加，抗剪强度降低和渗透力增加等均是导致滑坡产生的重要原因。
（二）水流冲刷浸袭原因
水流冲刷浸袭岸坡主要发生在临水坡。
如在河流凹岸部分，往往主流逼岸。受环流冲刷特别是急流顶冲的作用，岸坡淘刷通常较为严重。一旦岸脚防护设施抵抗不住水流的冲刷力，护脚将被破坏，使岸脚的坡度逐渐变陡，直至失去平衡引起岸坡失稳破坏，即为通常所说的崩岸险情。这种破坏多发生在河道弯曲河势复杂的凹岸堤段。在汛期的涨水过程中或枯水期都有发生。
另外，当水位退至滩地地面高程以下并且堤身内渗水又不能及时排出时，将产生反向渗透力。再加上浸水饱和堤身自重增加和强度降低，往往会发生坍塌。如不及时处理，坍塌会逐步向堤防坡脚逼近，直到坡脚，引起岸坡失稳滑坡。这种滑坡均发生在临水坡。
（三）堤防地基问题引起的滑坡
堤防地基主要有两个问题，其一是地基的天然强度不够，其二是当截水设施失效时，由于大量渗水形成管涌而引起的堤防坍塌破坏。本节只介绍第一个问题，第二个问题详见第三章。
造成堤防地基强度不够的原因是：①堤防设计时选用的计算强度指标与实际强度不符。出现这种情况的原因有：没有进行堤防地基的土质调查，凭经验做堤；钻探过于简单，没有探查到堤防地基中软弱夹层或者探查深度不够等等。②在软粘土地基上筑堤，由于施工速率过快，使其地基强度降低。据大量工程经验，由于筑堤（填土）速度过快，使地基强度降低的幅度可达10～20％左右。由上述可明显看出，由于地基问题而引起的岸坡滑动通常是深层滑坡，破坏一般均发生在施工期或竣工时。
（四）其它原因
堤身的填筑质量未达设计要求；新、老堤界面处理不当；暴雨时，雨水沿堤身裂缝渗入堤身内部，使堤身强度降低以及在堤脚下挖塘等人为因素，均有可能引起滑坡。
上述各项原因，其中任何一种或二种原因，甚至多种原因组合都能引起堤防滑坡。
| 二、边坡失稳的类型 (1)按边坡失稳滑动的形式可分为浅层滑动与深层滑动，这里指的浅层滑动是指滑动体只局限於堤身或略带小部分堤基，如图4－1所示。而深层滑动是指滑动体已深入堤基相当深的部位，比如滑动面深入地下5～8m深的滑动，如图4－2所示。 (2)按滑动的危害程度可分为危害性轻微的局部滑动，这种滑动主要是一些浅层滑动，它对堤的危害只局限于堤身的一部分，处理比较容易。另一种滑动为危害极大的整体滑动，这种滑动主要是指那些深层滑动或者一些大范围的浅层滑动（沿堤纵向超过100m长的浅层滑动）。这种滑动影响范围大，处理也比较困难。这种滑动危害性大，必须及时处理，否则会酿成大祸。 (3)按滑动发生的位置可分成以下三种：即临水面滑坡，多发生在高水位的退水期或在出现了崩岸、坍塌险情的堤段；背水面滑坡，多发生在汛期高水位堤坡稳定或出现渗流破坏险情堤段；崩岸，多发生在汛中涨水期，枯水期也时有发生，位于临水坡前滩地坡度较陡的堤段。 |
 图4－1 浅层滑动示意 |
 图4－2 深层滑动示意 |
第二节 堤坡稳定的安全复核
一、堤坡稳定安全复核的内容 堤防在汛期出现了滑坡，汛后必须对滑坡进行必要的处理。在处理之前，必须合理地确定处理的范围，包括平面尺寸和深度。 堤防发生滑坡后，从地表可以目测到滑坡顶部出现的裂缝及其长度和宽度、陡坎等。沿着顶部裂缝，经仔细观察和简单探摸可以找出裂缝的走向及沿伸的范围，在滑坡的底部可以发现地面隆起。严重时，在隆起部位的顶部会发现裂缝。这样，经目测可大致划定滑坡体在平面上的分布范围。参见图4－3。 只凭目测滑坡平面位置分布还不能判定滑动体的立体分布，即不能确定滑动的深度。确定滑动体的滑动深度，实质上就是要确定滑动面的位置，确定滑动面的位置有以下二种办法： ①探测法 |
图 4－3 目测滑坡的平面分布示意图 |
探测法的理论依据是：滑动面实际上是一个具有一定厚度的滑动带。滑坡产生后，滑动带区域内土体已被完全扰动破坏。被扰动破坏后的土体强度大大低於未扰动土体的天然强度。完全扰动后土体的强度一般只有天然强度的一半，甚至更低。由此用钻探或原位测试的方法，及时测出滑动带土体的强度就能很方便的判断滑动带所处的位置。目前用钻探方法探测滑动面位置，大多采用现场测定十字板强度的方法，可参见图
4－4。
|
图4－4 十字板试验等探测滑动面位置 |
②稳定分析的方法 一般情况下用探摸法是比较方便的，但有时因条件限制一时还不能实现用探摸法摸清滑动带的位置。那么，进行必要的稳定分析也能大致判定滑动面的位置，具体做法是：在现场找出滑动体的上缘及滑动体下出口，滑动体的上缘就是滑坡顶部裂缝处或堤顶塌陷的陡坎处。滑动体的下出口就是堤脚的隆起的最高点（顶部）。这二点就是滑动面的上下两点，这两点间滑动面形状可能有两种。一种是圆弧形，另一种是复式滑动面，参见图4－5。 |
图4－5 复式滑动面形状示意图 |
圆弧形滑动面一般发生在均质土中。复式滑动面发生在土体中较薄的软弱层，如未处理好新、老堤的新老堤界面处。这样通过少量的试算即可找出通过上、下二点的滑动面位置。滑动面所包围的土体即为滑动体。
在做堤坡稳定安全复核时，应对堤身、堤基的土质情况（强度、容重、土性等）及堤体浸润面做些调查和测试，以便较准确地确定计算指标。另外，对计算的外界条件（即发生滑坡的外界条件）要详细的调查了解分析，如滑坡时河流湖泊中的水位、降雨情况、活荷载等。
综上所述，堤坡稳定的安全复核是滑坡除险加固的必要的准备工作，也是除险加固方案的安全合理选择的基础。
二、堤坡稳定安全复核的基本依据
堤坡稳定的安全复核应按《堤防工程设计规范》中规定的抗滑稳定计算进行，现摘要介绍如下：
(一)计算强度的选择
做堤防抗滑稳定分析时，土的抗剪强度指标可采用三轴抗剪强度，直剪强度。应根据堤防的工作状态和采用的计算方法选用不同的强度指标，详见表4—1。
表4—1 土的抗剪强度试验方法和强度指标
堤的工作状态 |
计算方法 |
使用仪器 |
试验方法 |
强度指标 |
施工期 |
总应力法 |
直剪仪 |
快剪 |
Cu ，F u |
三轴仪 |
不排水剪 |
|||
稳定渗流期 |
有效应力法 |
直剪仪 |
慢剪 |
C' ，j ' |
三轴仪 |
固结排水剪 |
|||
水位降落时 |
总应力法 |
直剪仪 |
固结快剪 |
Ccu ，F cu |
三轴仪 |
固结排水剪 |
当堤基为饱和软粘土，并以较快的速度填筑堤身时，可采用快剪或不排水的现场十字板强度指标。
(二)计算荷载的组合
1.正常情况下稳定计算的荷载组合：
(1)设计洪水位，核算背水坡稳定性；
(2)高水位骤降，核算临水坡稳定性；
(3)施工期（包括竣工时）背水坡和临水坡稳定性。
2.地震情况下稳定计算的荷载组合：
在一般洪水位时，遭遇地震，核算背水坡和临水坡的稳定性。
另外，在暴雨下应根据填土的渗透性和堤坡防护措施，核算暴雨或连续长期降雨时堤防边坡的稳定性。
三、堤坡稳定安全复核的方法
(
一)圆弧滑动法1.
规范规定的圆弧滑动法土堤堤坡稳定计算由于选用的土体抗剪强度不同，分为总应力法和有效应力法，其计算公式如下：
（1）总应力法
1).施工期抗滑稳定安全系数按下式计算：
2
）水位降落期抗滑稳定安全系数可按下式计算：
(2)有效应力法
稳定渗流期抗滑稳定安全系数可按下式计算：
| 式中：b为条块宽度（m）；w为条块重量；w=w1+w2+rwzb（KN）；w1为在堤坡外水位以上的条块实重（KN）；w2为在堤坡外水位以下的条块浮重（KN）；z为堤坡外水位高出条块底面中点的距离（m）；u为稳定渗流期堤身或堤基中的孔隙压力（KPa）ui为水位降落前堤身的孔隙压力（KPa）；b 为条块的重力线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角（度）；rw为水的密度（t/m3）；Cu，Cu，Ccu，j cu，C¢ ，j ¢ 为土的抗剪强度指标（KN/m2，度），详见表4—1。以上三式计算示意图如图4—6。 |
图4—6 圆弧滑动计算示意图 |
式（4－1）、（4－2）和（4—3）式计算的安全系数K，是在假定圆弧后得出的，因此，随便假定一个圆弧算出的K值并不是最小值，换句话说，该圆弧不是最危险的，一般情况，必须通过试算多个不同的圆弧，从中找出最小值，对于计算不十分熟练者来说，计算工作量将是比较大的，由于计算机的普遍应用，并有成熟的计算软件可供使用，可大大的减少人工计算工作量，为圆弧滑动分析提供了极大的方便。
2.
“f ＝0”圆弧滑动法大多数堤防工程采用人力挑土填筑，堤身的质量难以保证。针对这一实际情况，南京水利科学研究院在
60年代开发了“Φ＝0”圆弧滑动法计算图表，为工程技术人员进行圆弧滑动法计算提供了一定方便，在一时难以进行电算的情况下，还有一定的使用价值（本法适用于深层滑动稳定分析）。现介绍如下：（1）“f ＝0”圆弧滑动法的基本假定： 1 ）软粘土地基强度随着深度的增加成正比例增加。这一假设基本符合正常固结沉积软粘土的强度随深度增加而增大的规律。这也是沉积软粘土的一个重要特征。2 ）堤防（堤身）做为滑动体，圆弧通过地基土时，地基土的抗力做为阻滑力，两者相比即为堤防的稳定性安全系数。（2）“Φ＝0”圆弧滑动稳定分析计算方法的计算（如图4－7所示）。 通过图4－8，图4－9，及图4－10。可很方便地的进行计算。 |
图4－7“Φ＝0”圆弧滑动稳定分析简图 |
|
图4－8 k/τ0～g关系图 |
|
图4－9 k/τ0～θ关系图 |
|
图4－10 k/τ0～x～f关系图 |
其计算的具体步骤如下：
1)确定下列资料
a.堤身容重r（低水位下用浮容重，高水位上用湿容重，浸润线与低水位间部分用饱和容重），堤身的几何形状（高度h，边坡1：m，堤的顶宽和底宽）；
b.地基土的强度沿深度的变化线，用轻便型十字板剪力仪测定，如图4－7所示，求出τ0和K值以及算出k/τ0之比值。
2)计算分析（参见图4－7）
a.
绘出作用地基上的荷载图，取其底面任意点A，即ABCD为滑动体，并按下式计算出fA和WA值。（fA为A点距ABCD滑动体重心的水平距离，WA为滑动体ABCD的总重量）。fA=[x2+l(x+l/3)]/(2x+l) (4-4)
wA=(hx+hl/2)r (4-5)
取出的滑动体是任意形状时，fA与WA的计算式的求法如下：参见图4－11。
图4-11滑动体为任意形状求Fa、wa示意图
fA=(∑FiXi)/∑Fi (4-6)
wA=∑γiFi (4-7)
b.用k/τ0和fA值从图4－10查出X值，以W极＝Xτ0算出W极值。
c.按下式计算安全系数KA。
KA＝wA极wA实 (4-8)
KA即为任取A点所得的稳定安全系数。
d.在A点左边或右边相隔0.5~1.5m再取一点，重复步骤Ⅰ.Ⅱ.Ⅲ.算出相应的安全系数（如取A点右边一点算出的安全系数已小于A点的安全系数，则不需在左边取点计算）。
e.重复步骤Ⅳ，直至求出最小安全系数Kmin时相应的f值和k/τ0值，从图4－8和图4－9上查出相应的θ和g，即可绘出最危险的圆弧位置。
(3)算例
某堤防，坝身容重γ=1.49t/m3，坝身几何形状及地基强度的变化曲线（轻便型十字板强度）如图4-12所示
图4－12 某工程“Φ＝0”分析计算成果图
1) 求
最小安全系数a.取堤中心点做第一次计算，即图4－12所示，计算堤中心A点的fA及WA：
b.
用k/τ0＝0.1513（1/m）和fA＝5.88m从图4－10上查出X＝104.8，算出WA极＝104.8×0.82=85.8t/m。c.安全系数
KA＝85.8/65.5=1.31d.在
A点右边相隔1.5m取点①，按上述步骤算出安全系数K1＝1.258，（因K1<KA,故不需再于A点左边取点计算）.e.为求最小安全系数，在①点右边相隔
1.0m取②点，算出K2＝1.28,固F2<F1，则在②点右边相隔1.0m再取一点③，算出K3＝1.29，至此最小安全系数为K2＝1.28（K1>K2<K3）。2)绘出最危险滑动面
从相应于K2的f2＝4.75m，k/τ0～＝0.1513（1/m），从图4－8和图4－9，查出g=8.4m,θ=54.5°，以此二值绘出最危险滑动面如图4－12所示。
（二）复式滑动面法
如前述，滑坡的滑动面一般是圆弧形，利用圆弧滑动法可以得出较理想的结果，但实践中发现，滑动面并不一定是圆弧形，而是由圆弧～直线相结合形成的复合形滑动面。出现这种情况的原因是，堤身或地基中存在着比较明显的软弱夹层，滑动面很容易在这些软弱层中形成，如堤防中新、老堤接触面，堤基表面的淤泥层等，为能较好的反映这一实际滑动情况，在《堤防工程设计规范》中规定，宜采用改良圆弧法，即复式滑动面法，其计算分析简图如图4－5所示。复式滑动面的计算式如下：
K
=(Pn+S)/Pa (4－9)式中：
S=Wtgj +CL；W为土体B¢ BCC¢ 的有效重量（KN）；C，j 为软弱土层的凝聚力（KN/m2）及内磨擦角（度）；Pa为滑动力（KN）；Pn为抗滑力（KN）。复式滑动面同圆弧滑动面计算一样，必须通过试算才能求得最小安全系数。
四、确定实际滑动面位置的具体做法
一般情况下，均质堤防，地基没有明显的软弱层，堤基表面的耕土杂草、浮泥，新老堤接触面等均进行了清除与处理，那么，滑动面大多呈圆弧形滑动面。因此，本节只介绍利用圆弧滑动面法，确定实际滑动面位置的步骤。
1. 滑动面的上口与下口的确定。当滑坡发生后，滑动面最顶部将出现明显的裂缝或陡坎，（土体上下错开），这就是滑动面上口，而滑动面最低部将隆起，在隆起体的顶部将会出现较明显的裂缝，一般仔细观察可目测到，这裂缝或隆起体最顶部就是滑动面的下口。 2.通过试算确定滑动面的位置 找到了滑动面的上口和下口后，即可用试算法确定滑动面的位置，具体做法如下： 参见图4－13。 |
图4－13 实际滑动面计算示意图 |
如图4－13所示，A为滑动面上口，B为滑动面下口，即A、B为滑动面上的已知二点。换句话说，滑动面必须通过A、B二点。通过直线AB的中点E做垂线OE。然后，在OE线上任选一点Oi，以Oi为圆心，OiA（或OiB）做半径，此圆即为通过AB的一个圆弧滑动面，计算该滑动面的稳定安全系数Ki，然后，在OE线上距Oi一定距离，比如1m或2m等再找一点Oi下，同上步骤计算出Ki下，直至算出Ki上>Ki<Ki下（Ki上与Ki下分别为位于Ki上与下两点）为止，Ki所对应的圆弧，即为通过A、B两点实际发生的圆弧滑动面。此滑动面所包围的土体即是该滑坡的滑动体。滑动面最低点即为滑弧的最大深度。
五、安全系数的选用
(GB50286-98)《堤防工程设计规范》对土堤的抗滑稳定安全系数做了明确的规定，现摘录如下：
表4－2 土堤抗滑稳定安全系数
堤防工程的级别 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
安全系数 |
设计条件 |
1.30 |
1.25 |
1.20 |
1.15 |
1.10 |
地震条件 |
1.20 |
1.15 |
1.10 |
1.05 |
1.05 |
|
第三节 滑坡的除险加固技术
汛期堤防背水坡及临水坡发生的滑坡。汛后必须进行处理，把险情消除，使堤防恢复到完好状态。
一、滑坡原因和类型的确定
在制定除险加固方案之前，应按本章第一节边坡失稳的成因与分类中介绍的办法，对要处理的滑坡进行成因分析和滑坡类别的判断。
另外，根据滑坡的地表情况，从滑坡上口的裂缝长度，裂缝深度及缝宽，下挫的高度，滑坡下口离坡脚的距离，隆起高度等，可初步判断滑坡是浅层局部的，还是深层的大范围的滑动。如果初步判断滑坡可能涉及地基一定深度，滑动范围比较大，对堤防的危害较大时，必须做进一步深入地分析工作。
二、处理范围和强度指标的确定
分析的目的主要是定量把握滑动体大小，以便制定相应的加固措施。通过分析除定量的确定滑动体的大小之外，还可通过实际滑动面，分析确定合理的计算强度：即通过分析得出的滑动面，当安全系数大於1时，令安全系数等於1，反算出计算强度（c，tgφ），将此强度定义为极限强度，再除以安全系数得出的强度做为除险加固稳定分析计算强度，这样得出的计算结果更符合实际。如计算得出的安全系数小於1时，选用的计算强度可直接用以除险加固稳定分析计算强度进行计算分析。
三、滑坡除险加固的方法
滑坡除险加固方法很多，应根据滑坡堤段的实际情况，如当地材料供应条件、施工技术状况以及对施工工期的具体要求等进行优化后实施。下面分别不同的滑坡情况应优先考虑采用的除险加固方法介绍如下：
（一）浅层（局部）滑坡的除险加固
浅层滑坡一般均发生在堤身，地基基本上未遭破坏。这类滑坡应优先考虑将滑动体全部挖除，重新回填。根据滑坡发生的位置与引起滑坡的原因不同，处理的具体步骤和处理办法也有不同，现分述如下：
（1）以渗流为主要原因的浅层滑坡
1
）清除渗流险情。消除渗流险情的办法有：在临水坡面做粘土截渗铺盖，或在堤身中间做截渗墙，这些截渗处理技术的具体实施详见第三章第四节，这里不再赘述。2）按本章第二节所述办法，具体划定处理范围，包括平面尺寸和挖除的深度。
3
）将滑坡上部未滑动的坡肩削坡至稳定的坡度，一般应做到1:3左右(目的是保证施工期的安全)。如滑弧上缘已伸入到堤顶，可直接按要求挖除。4
）挖除滑动体。挖除从上边缘开始。逐级开挖，每级高度20cm。沿着滑动面挖成锯齿形。在每一级深度上应一次挖到位，并且必须一直挖至滑动面以外未滑动土中0.5~1.0m。以便保证新填土与老堤的良好的结合。5
）填筑还坡。挖除重新填筑断面如图4－14所示。在平面上，滑坡边线四周向外沿伸2m范围均应挖除，重新填筑。
图4－14 挖除与填筑断面示意图
填筑施工可采用机械或人工进行卸料和铺料。铺料时应严格控制铺土厚度及土块粒径的最大尺寸，两者的施工控制尺寸。一般应通过压实试验确定。在无试验资料的情况下，可参照表
2—3执行。压实的密度必须达到设计要求。填筑施工程序及其技术，详见第二章。重新填筑的堤坡必须达到重新设计的稳定边坡。
（
2）以在堤脚下挖塘为主要原因的浅层滑坡首先消除挖塘险情。在堤脚下挖塘，减小了堤身堤脚的压重，使堤身的抗滑力减小，造成滑坡。消除此类险情的办法很简单，即把挖掉的土体再填回来。如实在有困难，至少在滑坡出口处以外5m范围内必须回填。回填的土料以透水性较好砂石料为宜。把堤脚下挖塘填好后按上述的办法2），3），4），5）四个步骤挖除滑动体后，填筑还坡。
（3）以堤身填筑质量不好为主要原因的浅层滑坡
此类滑坡因填筑施工质量不好，堤身强度不够。一般情况下，将滑动体全部挖除，重新填筑就可以消除产生滑坡的隐患。因此按上述2），3），4），5）四个步骤挖除滑动体，重新填筑还坡即可（以此原因引起的滑坡发生在临水坡，此法也适用）。
2.临水坡的浅层滑动
（1）以崩岸（坍塌）为主要原因的浅层滑动
首先以抛石护脚等除险加固办法，把崩岸险情消除后（详见本章第四节）即可按上述的2）、3）、4）、5）四个步骤挖除滑动体，重新填筑还坡。
（2）暴雨或长时间降雨雨水沿着坝体裂缝渗入堤身内部，使堤身抗剪强度降低为主要原因的浅层滑坡。
此类滑坡与因堤身填筑质量不好，强度不够为主要原因而引起的滑坡一样。一般不需要特别处理，只要将滑动体按上述2）、3）、4）、5）全部挖掉，重新填筑还坡即可。
（二）深层滑动的边坡的处理
一般的情况下深层滑动的滑动面已切入堤基相当的深度，此类滑坡若全部挖除滑动体，则工作量较大，且施工具有一定的风险，所以应优先考虑采用部分挖除的办法进行处理。
具体施工程序如下：
1.
挖除滑动体的主滑体并重新填筑。主滑体的确定原则是：在最危险圆弧圆心上侧（产生滑动力的一侧）的土体为主滑体，应全部挖除重新填筑。当没有条件进行稳定分析，无法找到最危险圆弧圆心时，可用下述办法粗略地确定。如图4—15所示。做上下口联线AB的水平投影线的中垂线，以该线与边坡线的交点f做主滑体与阻滑体的分界点，（一般情况，该点位置偏向滑动体一侧，但影响不大），其上侧为主滑体，下侧为阻滑体，将f点上侧主滑体部分挖除重新填筑。对f点上侧滑动体部分全部挖除与重新填筑的具体实施与前述浅层滑坡的挖除与重新填筑一样，按产生深层滑动的位置和发生的主要原因不同采取不同的办法进行挖除与填筑，这里不再赘述。将f点以下的阻滑体中的滑动面进行处理后，才能开始f点上侧堤防的填筑。
图4—15 主滑体的简化确定
2.f点以下阻滑体滑动面的处理办法如下：
（1）按滑坡后设计的稳定断面重新填筑（如图4—16所示）。图中斜线部分为新增填土部分。这种处理办法就是以增加阻滑体的重量，即增大阻滑力的办法，来提高堤坡的稳定性。该法优点是施工简单，不需三材，易于实施。该法的缺点是需要大量的土方，如土源缺乏的地区，采用该法有一定的困难。
图4—16 按滑坡后设计的稳定断面重新填筑示意图
（2）采用加固地基的办法
地基加固处理的办法很多，结合堤防除险加固的具体情况，比较适合的地基加固办法有：
1）搅拌法（拌合法，水泥土法）。该法的基本原理是，用专用的拌合机械，现场将水泥浆与地基的软弱土就地拌合，形成水泥土。经过2～3个月后，水泥土的强度将达到0.5～1MPa(5kg/cm2～10kg/cm2)以上。经用水泥土加固后的地基的强度将大大提高，用这种加固方法处理滑坡地基是行之有效的。该法的优点是：加固技术成熟可靠，不需要土方；缺点是：需要一定量的水泥。搅拌法的加固范围如图4—17所示。
图4—17 水泥土加固滑坡示意图
2
）灌浆补强。该法加固的基本原理是：利用专用机械以一定的压力将水泥浆强行灌入地下，以水泥本身的高强来增补地基的强度，该法优缺点同1）法。3
）振冲法。该法加固的基本原理是：利用专用机械将碎石强行灌入地下形成一个一个独立的碎石桩，用碎石桩置换部分的软弱土体，以达到加固的目的。另外，该法在制碎石桩时，对地基施加一定强度的周期性的振动力，这对于提高砂基的密度和抗液化能力是十分有效的。因此，该法特别适用于加固砂基。该法优点是：不需三材；缺点是：石料用量大，当地石料供应有困难时，造价会较大。以上所述的各种加固方法在第五章中将详细地介绍。
（三）滑坡处理后，对其坡面的防护
堤坡坡面的防护是一项十分重要的防护工程措施。如果不重视该项工作，一旦发生较大的风浪，暴雨时，坡面将会被破坏，进一步发展下去，直接威胁堤身的安全。该项工作必须引起设计，施工，管理部门的高度重视。堤顶与边坡的防护措施详见第二章。
（四）处理滑坡施工期的安全监测
处理滑坡施工是一项技术性较强的工作，必须精心设计，精心施工。在处理滑坡施工期间，为保障堤防的安全提出以下建议：
1.
填筑施工除按上所述的，严格执行规范有关规定外，这里特别强调一个必须遵循的原则：填筑施工必须从下至上，逐级进行，换句话说，先做好基脚，才能做堤坡。而挖除工作则相反，必须从上至下，逐级挖除。即必须从顶部挖起，逐步挖到下部。2.
在滑坡严重的堤段施工，比如处理深层滑动的滑坡，必须特别注意已滑动土体的稳定性。必要时应设置临时的监测点，监测堤脚水平位移，堤基的孔压（水位）的变化等。以防不测事件发生。第四节 崩岸的除险加固技术
崩岸除险加固，应根据崩岸产生的原因、施工条件、运用要求等因素，综合选用。主要的措施有：抛石护脚、丁坝导流、还滩退堤等。
一、抛石护脚
抛石护脚是平顺坡式护岸下部固基的主要方法，也是处理崩岸险工的一种常见的、应予优先选用的措施。抛石护脚具有就地取材、施工简单，可以分期实施的特点。平顺坡式护岸方式较均匀地增加了河岸对水流的抗冲能力，对河床边界条件改变较小。所以，在水深流速较大以及迎流顶冲部位的护岸，通常采用这一型式。我国长江中下游河段水深流急，总结经验认为最宜采用平顺护岸型式。我国许多中小河流堤防及湖堤均采用平顺坡式护岸，起到了很好的作用。
（一）
抛石护脚方案的选择1.抛石护脚范围的确定 在深泓逼岸段，抛石护脚的范围应延伸到深泓线，并满足河床最大冲刷深度的要求。从岸坡的抗滑稳定性要求出发，应使冲刷坑底与岸边连线保持较缓的坡度。这样，就要求抛石护脚附近不被冲刷，使抛石保护层深入河床并延伸到河底一段。在主流逼近凹岸的河势情况下，护底宽度超过冲刷最深的位置，将能取得最大的防护效果（见图4-18）。在水流平顺段可护至坡度为1:3～1:4的缓坡河床处。抛石护脚工程的顶部平台，一般应高于枯水位0.5～1.0m。 应根据河床的可能冲刷深度、岸床土质，在抛石外缘加抛防冲和稳定加固的储备石方。 |
图4—18 抛石护脚示意图 |
2.抛石粒径的选择
因抛石部位和水流条件的不同，所需抛石粒径的大小当有所不同。可按《堤防工程设计规范》的规定，通过计算或参照已建工程分析确定。
从抗冲稳定性分析，可选用下式计算抛石粒径：
式中
d为抛石球体的等容直径，q为单宽流量，h为抛石处水深，v为垂线平均流速，取v=q/h，θ为边坡坡度。在河道弯曲严重的区段，考虑环流的作用，可考虑对上式计算的d值再加上5～15％，以策安全。据有关资料，湖北荆江大堤护岸工程，岸坡为
1:2，水深超过20m，利用粒径为0.2～0.45m的块石，在垂线平均流速为2.5～4.5m/s的水流作用下，岸坡是稳定的。在岸坡缓于1:3和流速不大的情况下，抛石也可采用较小的粒径。如江苏镇江市的江心洲头护岸，采用石块重量为5～50kg，约相当于粒径为0.15～0.33m，稳定效果也较好。3.抛石厚度和稳定坡度的要求
抛石厚度应不小于抛石粒径的2倍，水深流急处宜为3～4倍。一般厚度可为0.6～1.0m，重要堤段宜为0.8～1.0m。
抛石护岸坡度，枯水位以下可根据具体情况控制在1:1.5～1:4。
4.抛石区段滤层的设置
崩岸抢险可采用单纯抛石以应急。但抛石区段无滤层，易使抛石下部被掏刷导致抛石的下沉崩塌。无滤层或垫层的抛石护脚运用一段时间后，发生破坏的工程实例已不鲜见。为了保护抛石层及其下部泥土的稳定，就需要铺设滤层。
砂砾料滤层的铺设，有准则可依，各地也有较成熟的经验，这里不再赘述。
近来广泛采用的土工织物材料，可满足反滤和透水性的准则，且具有一定的耐磨损和抗拉强度、施工简便等优点。设计选用土工织物材料时，必须按反滤准则和透水性控制织物的孔径。
（二）
抛石护脚方案的实施1.抛石落距定位的估算
抛石护脚施工中，抛石落点不易掌握，常有部分石块散落河床各处，不能起到护岸护滩作用，造成浪费。
根据分析研究和实测资料，以下经验公式可用以估算抛石位移。
L=kHV/W1/6 (4-11)
式中 L为抛石位移，m；H为平均水深，m；V为水面流速，m/s；W为石块重量，kg；k为系数，一般取为0.8～0.9，根据荆江堤防工程多年的实测资料取k=1.26（见表4—3）。
表4-3 抛石位移(m)查对表
块石重量 (kg) |
水深=10m |
水深=15m |
水深=20m |
|||||||||
流速(m/s) |
||||||||||||
| 0.5 | 0.8 | 1.1 | 1.4 | 0.5 | 0.8 | 1.1 | 1.4 | 0.5 | 0.8 | 1.1 | 1.4 | |
30 |
3.6 |
5.7 |
7.9 |
10.0 | 5.4 |
8.6 |
11.8 |
15.1 |
7.2 |
11.4 |
15.7 |
20.1 |
50 |
3.2 |
5.2 |
7.2 |
9.2 | 4.9 |
8.0 |
10.8 |
13.8 |
6.6 |
10.5 |
14.4 |
18.5 |
70 |
3.1 |
5.0 |
6.9 |
8.7 | 4.7 |
7.5 |
10.3 |
13.1 |
6.3 |
10.0 |
13.8 |
17.4 |
90 |
3.0 |
4.8 |
6.6 |
8.4 | 4.5 |
7.2 |
9.9 |
12.5 |
6.0 |
9.6 |
13.1 |
16.7 |
110 |
2.9 |
4.6 |
6.4 |
8.1 | 4.4 |
7.0 |
9.6 |
12.2 |
5.8 |
9.3 |
12.7 |
16.2 |
130 |
2.8 |
4.5 |
6.2 |
7.9 | 4.2 |
6.8 |
9.3 |
11.8 |
5.6 |
9.0 |
12.4 |
15.8 |
150 |
2.7 |
4.4 |
6.0 |
7.7 | 4.1 |
6.6 |
9.0 |
11.5 |
5.5 |
8.8 |
12.1 |
15.4 |
河湾抛石受环流影响，其落点较抛点略趋向河心。群体抛石落点在横向呈扇面分布，小石块落在下游偏河心一方，大石块落在上游偏凹岸一方。
据此估算分析，就可设计抛石船的定位和抛石施工程序。通常应由上游向下游抛石，可先抛小碎石块，再于其下游抛大石块，力求达到碎石垫底的目标。考虑弯道环流作用，可采用抛石船靠岸侧先抛小碎石块，另一侧抛大石块等施工程序。
2.抛石护脚的施工
抛石护脚宜在枯水期组织实施，要严格按施工程序进行，设计确定好抛石船位置。抛投应由上游而下游，由远而近，先点后线，先深后浅，顺序渐近，分层抛匀，不得零抛散堆。
一般施工前、后均应进行水下抛护断面的测量。特别是施工过程中，应按时测记施工河段水位、流速，检验抛石位移，随抛随测抛石高程，不符合要求者，应及时补充。
(三)
其它护脚型式和材料的介绍护脚的结构型式和材料种类较多，其它还有石笼、柴枕、柴排、塑枕、混凝土块体、混合型式等，可单独使用，也可结合使用。应从材料来源、技术经济等方面的比较确定。下面重点介绍几种：
柴枕和柴排是传统的护岸型式，造价低，可就近取材，各地都有许多经验。但因施工技术复杂，护脚工程中已较少使用。特别因其与老的护脚工程不宜均匀连接以保护坡脚和床面，故一般不用于加固。
利用柴枕和柴排对崩岸除险加固，有以下事项需特别注意：
柴枕、柴排的上端应在常年枯水位以下1m处，以防枕、排外露而腐烂。柴枕、柴排要与上部护坡妥善连接，一般应加抛护坡石，外脚需加抛压脚大石块或石笼。岸坡较陡，不宜采用柴排，因陡岸易造成排体下滑，起不到护脚作用；一般其岸坡应不陡于1:2.5，排体的下部边缘应达到使排体下沉至估算最大冲刷深度后仍能保持缓于1:2.5的坡度。柴枕、柴排的体形规格、抛护厚度和面积等，可按有关规范规定执行。
塑枕是一种土工织物的沙土充填物护脚，有单个枕袋、串联枕袋和枕袋与土工布构成软体排等多种型式。近年来，塑枕已先后在长江中游、黄河和松花江护岸中有所应用，取得了一定的效果。
塑枕所用的土工布应质轻、强度高、抗老化，满足枕体抗拉、抗剪、耐磨的要求。土工布的孔径应满足保护充填物的要求。
在崩岸的除险加固中，应注意在流速较大的部位，可用3～5个单枕串联抛护。塑枕具体抛护厚度和结构型式，可按有关规范规定选择。在岸坡很陡、岸床坑洼多或有块石尖锐物、停靠船舶，以及施工时水流不平顺，流速大于1.0m/s之处，不宜抛塑枕。
3.石笼
当现场石块尺寸较小，抛投后可能被水冲走时，可采用抛石笼的方法。以预先编织、扎结成的铅丝网、钢筋网，在现场充填石料后抛投入水。这种方法各地均有所运用。
石笼抛投防护的范围等要求，与抛石护脚相同。石笼体积一般可达1.0～2.5m3，具体大小应视现场抛投手段和能力而定。
在崩岸除险加固中，抛投石笼一般在距水面较近的坝顶或堤坡平台上、或船只上实施。船上抛笼，可将船只锚定在抛笼地点直接下抛，可较准确地抛至预计地点。在流速较大的情况下，可同时从堤顶和船只上抛笼，以增加抛投速度。
抛笼完成后，要全面进行一次水下探摸，将笼与笼接头不严之处，用大块石抛填补齐。
4.模袋混凝土排
模袋混凝土护脚是用以土工织物加工成形的模袋内充灌流动性混凝土或水泥砂浆后护岸的一项新技术。这种方法已在一些崩岸险工的处理中获得成功运用。
与其它型式相比，这一方法具有施工人员少、施工速度快、操作方便等特点。特别适合于在水下施工，适用于各种复杂地型。
土工织物模袋在工厂按具体施工要求尺寸缝制而成。施工前，先把模袋就位，要绑扎固定牢固，然后用砼泵将砼混合物充填到模袋内。填充用的混凝土要求有良好的流动性，但对砼的强度要求可放低。因此，可加入大量的粉煤灰、矿渣等掺合料，以降低其工程造价。
5.四面六边透水框架
四面六边透水框架是一种新开发的护脚型式和材料，可以混凝土，或简易地以毛竹为框架，内充填沙石料、两头以砼封堵构成（见图4—19）。目前，已在长江九江东升堤和彭泽金鸡堤段运用，取得了较好的成效。
图4—19 四面六边透水框架结构图
四面六边透水框架能局部改变水流流态，降低近岸流速，达到落淤效果，逐步使岸坡的冲淤态势发生变化。
采用四面六边透水体护脚，需注意与上部护岸的连接。为保证抛投效率，可三个或四个一组串接抛投，以形成稳定的框架群。
其它还有一些护脚型式和材料，这里就不再逐一介绍。
二、丁坝导流
丁坝是一种间断性的有重点的护岸型式，具有调整水流作用，在一定条件下常为一些河堤除险加固时所采用。在河床宽阔、水浅流缓的河段，常易采用这种护岸型式。如：我国黄河下游，因泥沙淤积，河床宽浅，主流游荡，摆动频繁，常出现水流横向、斜向顶冲堤防造成威胁的情况。因此，较普遍地采用丁坝、垛（短丁坝、矶头）以及坝间辅以平顺护岸的防护工程布局，保护堤防安全。又如：长江在河口段江面宽阔、水浅流缓，也多采用丁坝、顺坝，保滩促淤，保护堤防安全。
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但必须指出，这种护岸型式虽有稳定河势的作用，但也破坏了河道中原有的水流结构。改变近岸流态，势必增强坝头附近局部河床的冲刷危险性。常有坝头附近形成较大冲刷坑、危及丁坝自身安全的情况发生（见图4—20）。而且在同等情况下，这种护岸型式较平顺护岸的石方量大2～3倍。因此，一般情况下凡适宜修平顺护岸的则不修丁坝，尤其不宜修长丁坝。 1.丁坝导流的规划 为崩岸除险加固，修建丁坝导流，促淤保滩，在设计规划时必须统筹兼顾上下游、左右岸的利益，如防洪、航运、港埠、取水、工矿企业、农田水利等的要求，切忌根据局部塌岸孤立修建工程，不顾整体影响的做法。 |
图4—20 丁坝、矶头局部冲坑示意图 |
丁坝一般均布置在河道的凹岸、成组，坝根与原有堤岸固接，坝头在新计划岸线之边缘（见图4—21）。 为了取得最好的固堤效果，应根据整治规划、水流流势、河岸冲刷情况，参照已建同类工程的经验，必要时通过河工模型试验，确定丁坝的布置规划。 2.丁坝坝位的确定 （1）丁坝的长度 丁坝的长度决定于岸边至新计划岸线的距离。在堤防前滩地狭窄，或为保护下游某建筑物（如闸涵、码头等）安全情况下，应以有利于导引水流的原则确定坝长，一般坝长不宜大于50～100m。 （2）丁坝的间距 丁坝间距的确定与河流的性质有关，要求在丁坝的掩护下，急流不流入坝间，发生冲刷破坏，挟沙缓流能顺畅流入坝间、达到落淤护滩的目标。一般其间距可为坝长的1～3倍。水流流向变化大的河段，所设丁坝的间距宜小。黄河下游丁坝间距一般采用坝长的1～1.2倍，长江河口区采用1.5～3.0倍,美国密西西比河为1.5～2.5倍，欧洲一些河流为2～3倍。 |
图4—21 丁坝布置 |
（3）丁坝的方向 丁坝坝轴线与水流方向夹角应根据具体情况确定，其交角影响落淤效果。非淹没不透水丁坝一般采用下挑式，使水流平顺、坝前冲刷坑浅，有利于航运。我国黄河下游修建的大量丁坝均为下挑式，夹角一般为30° ～45° 。感潮河口段，为适应两个方向的交替水流，应修建正挑丁坝，或略向上游斜交。
（4）丁坝的坝高 丁坝的坝高通常等于或略高于河道的常年水位（中水位或低水位），即此区分淹没丁坝和非淹没丁坝。通常坝根不可高出河岸，以防阻碍洪水。
3.丁坝坝型和断面的选择
不透水丁坝以抛石丁坝和土心丁坝两种结构最为常见。丁坝的坝顶宽度、坝的上下游坡度等结构尺寸应根据水流条件、运用要求、稳定需要并参照已建同类工程的经验分析确定。
（1）抛石丁坝坝顶宽度宜采用1～3m，坝的上下游坡度不宜陡于1:1.5；
（2）土心丁坝坝顶宽度宜采用5～10m，坝的上下游护砌坡度宜缓于1:1，护砌厚度一般可采用0.5～1.0m。
4.丁坝的施工
丁坝坝头底脚常有垂直漩涡发生，以致冲刷成为深塘，故坝前应予保护或将坝头构筑坚固。丁坝坝根需深埋入堤岸内，以保证汛期不至为洪水所冲淘。丁坝其它部分的护坡和护脚的结构、型式与前述坡式护岸基本相同。
土心丁坝在土与护坡之间应设置垫层，按反滤要求，可采用砂石垫层或土工织物垫层。沙石垫层厚度宜大于0.1m，土工织物垫层的上面宜铺薄层沙卵石保护。
在中细砂组成的河床或在水深流急处修建不透水丁坝，宜采用沉排护底。沉排的宽度应保证在河床产生最大冲刷的情况下坝体不受破坏。坝头部分应加大护底范围
不透水丁坝，尤其对不透水淹没丁坝的坝顶面，宜做成坝根斜向河心的纵坡，一般可采用1％～3％的坡底。
三、退堤还滩
退堤还滩是处理崩岸险工最简单、直接的方法。只要地形条件许可，这种方法不失为一种行之有效的应急措施。
退堤还滩就是在堤外无滩或滩极窄、堤身受到崩岸威胁的情况下，重新规划堤线，主动将堤防退后重建，以让出滩地，形成对新堤防的保护前沿。在河道变动逼近堤防，而保护堤岸又有一定困难时，往往采有这种退守新线的作法。在长江中游干堤上，许多崩岸险工的处理都采取了这一方法。
退堤还滩不可避免地要丧失原堤外的大片土地。因此，一般需进行技术经济方案比较，全面认证这一方法的可行性。在城市等重要区段，这一方法的运用难免受到限制。
退堤还滩要重新规划堤线。新堤线应大致与洪水流向平行，并照顾到中水河床岸线的方向。岸线弯曲曲率半径不宜过大，以使洪水时水流情况良好，避免急流顶冲情况的发生。新堤线与中水河床岸线应保持一定距离。这一距离大小应随当地岸滩冲刷强度而异，一般应保证
5～10年内岸滩淘刷不会危及堤身。退堤还滩方案实施后，在滩地淘刷继续发展的河段，要采取必要的护滩措施，如抛石护脚、丁坝导流等。
四、其它措施
1.墙式防护
在河道狭窄、堤外无滩易受水流冲刷、保护对象重要、受地形条件或已建建筑物限制的崩岸堤段，常采用墙式防护的方法除险加固。
墙式防护为重力式挡土墙护岸，它对地基要求较严，造价也较高。
墙式护岸的结构型式，一般临水侧可采用直立式，背水侧可采用直立式、折线式、卸荷台阶式等。在满足稳定要求的前提下，断面宜尽量小些，以减少占地。
墙体材料可采用钢筋混凝土、混凝土和浆砌石等。墙基应嵌入堤岸坡脚一定深度，以满足墙体和堤岸整体抗滑稳定和抗冲刷的要求。如冲刷深度大，还需采取抛石等护脚固基措施，以减少基础埋深。
墙体的其它结构设计、基础设计等，可按有关规范规定执行。
2.桩式防护
桩式防护是崩岸险工处置的重要方法之一。它对维护陡岸的稳定，保护堤脚不受急流的淘刷，保滩促淤的作用明显。
桩式护岸应根据设桩处的水深、流速、地质、泥沙等情况，分析确定桩的长度、直径、入土深度、桩距、排数等。
维护陡岸稳定的阻滑桩可采用木桩、钢筋混凝土桩、钢桩、大孔径灌注桩等，常在抢险中运用。保护堤脚不受急流淘刷的护岸桩，常与墙式护岸配合采用，一般宜设于石砌脚外的滩面。目前，这种护岸桩已逐渐为板桩或地下连续墙所取代。护岸保滩促淤的桩坝常用于多沙河流的护岸。按顺坝型式布置的桩坝，可采用桩间留有适当间隙的成排大直径灌注桩组成；按透水短丁坝群布置的桩坝，可以木桩或预制混凝土桩为骨架，配以编篱、堆石等构成屏蔽。
桩式护岸在采用钢筋混凝土桩、钢桩、灌注桩等型式时，施工比较复杂，造价也较高。需进行技术经济比较，以确定其在崩岸除险加固中的适用性。
