鵝公帶古滑坡體防治方案分析*

黃錦林，楊光華，鐘志輝

(1.廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東廣州510635;2.廣東省巖土工程技術(shù)研究中心，廣東廣州510635;3.武漢大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，湖北武漢430072)

水庫依河流山川而建，庫岸地質(zhì)條件復(fù)雜，加上受降雨、庫水及地震等因素的影響，容易產(chǎn)生滑坡。水庫庫岸滑坡是水庫工程建設(shè)中普遍存在的問題，尤其是河道型水庫，由于庫區(qū)狹長(zhǎng)，滑坡點(diǎn)多面廣，象三峽工程，庫岸綿延上千公里，已查出庫區(qū)較大規(guī)模的崩滑體就達(dá)2 490個(gè)［1］，給水庫的正常運(yùn)用帶來極大影響。鑒于水庫庫岸滑坡的危害性，為了避免庫岸滑坡帶來災(zāi)害損失，在水庫建設(shè)及運(yùn)用過程中，必須對(duì)已發(fā)現(xiàn)的潛在滑坡體進(jìn)行治理，特別是庫岸大型滑坡體。目前，針對(duì)水庫庫岸滑坡的治理方法很多，包括地表排水措施、地下排水措施、削坡減載措施、反壓阻滑措施、支擋抗滑措施、錨固措施、注漿改善滑帶措施等，每種方法都各有利弊。對(duì)于具體的庫岸滑坡而言，有時(shí)還不只是單一的處理手段，需要多方法聯(lián)合處理措施對(duì)其進(jìn)行綜合加固處理。針對(duì)庫岸滑坡而言，選擇何種防治措施和手段不僅關(guān)系到工期和投資，更牽涉到日后的處理效果，如防治措施和手段不恰當(dāng)，后續(xù)的補(bǔ)救工作成本高、難度大，因此，研究庫岸滑坡防治思路和方法有著十分重要的意義。

1 庫岸滑坡防治原則

對(duì)庫岸滑坡體的治理必須有針對(duì)性和選擇性，要遵循有所為有所不為的理念，貫徹及早發(fā)現(xiàn)、預(yù)防為主、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)、因地制宜、綜合治理的基本原則，從以下幾方面來開展庫岸滑坡防治工作。

(1)選擇庫岸滑坡治理措施時(shí)，應(yīng)針對(duì)滑坡體的未來工作狀態(tài)，科學(xué)合理選定巖土體力學(xué)參數(shù)進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算分析?？紤]到水庫庫岸滑坡點(diǎn)一般都交通不便且治理施工難度大，選定治理方案時(shí)要充分考慮施工條件，選擇成本低、便于實(shí)施的治理方案。

(2)在滑坡區(qū)或潛在滑坡區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)時(shí)，應(yīng)先治坡，后建設(shè)。位于滑坡區(qū)范圍內(nèi)的建筑物基礎(chǔ)宜采用樁基礎(chǔ)或樁錨基礎(chǔ)，使建筑物荷載能夠直接傳遞到滑床內(nèi)的穩(wěn)定地層中，避免因?yàn)槿藶榻ㄔO(shè)造成庫岸滑坡。為了減少削坡減載外運(yùn)土石方，可結(jié)合造地，將削坡土石方堆存在滑坡體前緣或擋土墻后形成平臺(tái)，以利滑坡體的穩(wěn)定。

(3)對(duì)危害工程設(shè)施安全和人身安全，短期內(nèi)難以查清的滑坡，可分期進(jìn)行治理，優(yōu)先選擇易實(shí)施、見效快的地面及地下排水、消坡減載、壓坡加載等措施和方法作為應(yīng)急工程進(jìn)行處理，先穩(wěn)住滑坡，再構(gòu)造其他永久工程進(jìn)行處理。

(4)應(yīng)針對(duì)導(dǎo)致滑坡滑移的主導(dǎo)因素進(jìn)行治理，采取有針對(duì)性的相應(yīng)工程處理措施。當(dāng)水為主要誘因時(shí)，應(yīng)以排水為主，輔以支擋措施;切割坡腳導(dǎo)致的牽引式滑坡，應(yīng)以支擋為主，輔以排水、減重等措施;推移式滑坡的主滑段、牽引段宜優(yōu)先采用削坡減載、拆除已有建(構(gòu))筑物，阻滑段采用壓坡加載，輔以支擋、排水等措施。

(5)庫岸滑坡治理宜早不宜遲，宜在水庫建設(shè)期尚未蓄水前進(jìn)行，蓄水后對(duì)涉水邊坡治理難度會(huì)增大很多。工程施工時(shí)宜安排在枯水季或誘發(fā)因素弱的期間進(jìn)行，并盡可能少擾動(dòng)滑坡體，施工過程中應(yīng)加強(qiáng)滑坡體動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

2 庫岸滑坡防治思路和方法

水庫庫岸滑坡防治方法很多，不同的方法都有自己的適用條件和布置原則。對(duì)于具體的庫岸滑坡工程而言，應(yīng)針對(duì)滑坡體的具體情況，綜合分析選用滑坡防治方法，力求做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。

2.1 基于治水思路的庫岸滑坡防治方法

水是引起水庫庫岸滑坡的最主要因素之一，由于水的作用，導(dǎo)致庫岸滑坡巖土體物理力學(xué)參數(shù)改變。水對(duì)滑坡體的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面:一是直接影響，即滑坡體浸水后強(qiáng)度下降;另一是間接影響，即水位上升造成浸水滑面上有效應(yīng)力減少或抗滑阻力減少，導(dǎo)致蠕滑復(fù)活或加速過程中滑帶土強(qiáng)度隨剪切變形產(chǎn)生變化。治理水是防治水庫庫岸滑坡的重要思路，包括截、排、堵、引、護(hù)等多種方法。

(1)截水

截水方法主要是在滑坡體可能發(fā)展的邊界2.0～4.0 m以外的穩(wěn)定地段依地形變化趨勢(shì)設(shè)置截水溝，攔截滑坡體以外的地表水進(jìn)入滑坡體內(nèi)，避免直接沖刷滑坡體。

(2)排水

排水方法是在滑坡區(qū)域范圍內(nèi)充分利用自然地形，開挖明溝、明槽，形成網(wǎng)狀暢通的排水系統(tǒng)，減少雨水下滲和表層沖刷。

(3)引水

引水方法是將滑坡體內(nèi)的積水或滑坡體外進(jìn)入體內(nèi)的地下水(包括承壓水等)通過盲溝、盲管、排水孔等引出滑坡體內(nèi)或阻止其進(jìn)入滑坡體內(nèi)。

(4)堵水

堵水方法是用黏性土、水泥漿等防滲材料堵塞滑坡體內(nèi)或周邊的土體裂縫，減少地表水(包括雨水、生活水等)滲入滑坡體內(nèi)。

(5)護(hù)坡防沖刷

護(hù)坡防沖刷包括生態(tài)措施和工程措施。生態(tài)措施主要有植樹、植草等;工程措施包括漿砌塊石護(hù)面、干砌塊石護(hù)面、噴混凝土護(hù)面、網(wǎng)格護(hù)面、拋石護(hù)面或在水流較急、沖刷嚴(yán)重地段修筑丁壩改變水流流向，以防止地表水對(duì)滑坡坡面沖刷或江河水流對(duì)滑坡體坡腳的沖刷。

2.2 基于力學(xué)平衡思路的庫岸滑坡防治方法

滑坡體之所以滑動(dòng)，主要是滑坡體的力學(xué)平衡被打破，下滑力大于阻滑力造成的。改善滑坡體力學(xué)條件是滑坡體治理的另一重要方法，其思路主要是通過改善滑坡體力學(xué)條件，減少下滑力，增加阻滑力來防止滑坡體發(fā)生滑動(dòng)?；诹W(xué)平衡思路的庫岸滑坡防治方法包括:改變滑坡體幾何形狀、支擋、錨固、增設(shè)阻滑件等。

(1)改變滑坡體幾何形狀

改變滑坡體幾何形狀包括滑坡體前填后挖、全部清除、部分清除等措施。通過對(duì)主滑動(dòng)剖面分析，對(duì)于滑床后緣陡峭、前緣平緩，滑坡體頭重腳輕或推移式滑坡體，可在滑坡體后緣的主滑地段減重卸載或在前緣的阻滑地段加載壓腳，以達(dá)到滑坡體的力學(xué)平衡。對(duì)于比較小的滑坡體，或經(jīng)比選清理比治理更經(jīng)濟(jì)的滑坡體，可以采用全部或部分清除的方法進(jìn)行處理。

(2)支擋

支擋方法是通過支擋體來平衡滑坡體的下滑力，抵抗滑坡體的滑動(dòng)，來確?；麦w的穩(wěn)定安全。支擋方法很多，包括重力式擋墻、拉釘擋墻、加筋土擋墻、格構(gòu)框架擋墻、“L”型懸臂擋墻、抗滑樁等。支擋結(jié)構(gòu)較少破壞滑坡體植被，且能有效地改善滑坡體的力學(xué)平衡條件，是目前用來穩(wěn)定滑坡體的有效措施之一。

(3)錨固

錨固方法是通過安設(shè)在巖土層深處的受拉桿件而起作用，它的一端與工程構(gòu)筑物(或支擋結(jié)構(gòu))相連，另一端錨固在巖土層中，必要時(shí)對(duì)其施加預(yù)應(yīng)力，以承受土壓力、水壓力等所產(chǎn)生的拉力，用以有效承擔(dān)滑坡體下滑力，防止滑坡體變形，維護(hù)滑坡體的穩(wěn)定。

(4)增設(shè)阻滑件

阻滑件對(duì)阻止滑坡巖石體層面間滑動(dòng)作用效果明顯，主要是在滑帶或滑面處設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)件，阻止滑坡體沿滑帶或滑面處滑動(dòng)。

2.3 基于滑帶置換思路的庫岸滑坡防治方法

滑帶是庫岸滑坡體的薄弱面，滑帶的強(qiáng)度及穩(wěn)定性往往決定了整個(gè)滑坡體的穩(wěn)定性?；瑤е脫Q是通過灌漿、灌漿加筋、群樁、疏干滑面以及麻面爆破、焙燒、電化學(xué)加固等方法改善滑帶土或滑面力學(xué)性質(zhì)，提高滑坡體穩(wěn)定性的滑坡防治措施。采用這種防治措施，在某些特定條件下具有阻滑效果快、施工簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，但由于提高穩(wěn)定性效果有限，且難以檢驗(yàn)，對(duì)于重要工程，只宜作為輔助或應(yīng)急工程手段。

3 鵝公帶古滑坡體防治方案

鵝公帶庫岸邊坡位于某新建水利樞紐壩址上游1.3 km，分布在右岸。研究表明，鵝公帶為一古滑坡體，滑動(dòng)帶已經(jīng)產(chǎn)生，坡頂?shù)孛嬉惨殉霈F(xiàn)裂縫，水庫蓄水后出現(xiàn)高速滑坡的概率極高［2］，必須對(duì)其進(jìn)行治理?；路植荚诟叱?00～295 m之間，滑坡體相對(duì)高度大(約195 m)、方量大(約240萬m3)，且該地區(qū)降雨量較大(多年平均降雨量1 488 mm)，水庫蓄水后滑坡體受水位變動(dòng)影響大(正常蓄水位154.5 m，汛限水位144.5 m，經(jīng)常性的水位變動(dòng)幅度達(dá)10 m)。針對(duì)該滑坡體的這些特點(diǎn)，采用基于治水或基于滑帶置換思路的庫岸滑坡防治方法對(duì)其作用有限，且效果也不會(huì)理想，不能根本解決該古滑坡體的蓄水復(fù)活滑動(dòng)問題，因此，從大的方案上來看，要對(duì)其進(jìn)行根治，必須采用基于力學(xué)平衡思路的庫岸滑坡防治策略?；诹W(xué)平衡思路的庫岸滑坡防治方法包括:改變滑坡體幾何形狀、支擋、錨固、增設(shè)阻滑件等，結(jié)合鵝公帶古滑坡體的地形地質(zhì)條件及工程的實(shí)際情況，經(jīng)分析比較，決定采用抗滑樁加固和填土反壓加固兩種方案來加固處理鵝公帶古滑坡體。

圖1是鵝公帶古滑坡體的土層分布示意圖。考慮到鵝公帶為含軟弱滑帶的古滑坡體，計(jì)算時(shí)采用FLAC3D軟件進(jìn)行穩(wěn)定分析。表1是通過現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)直剪試驗(yàn)［3－4］以及滑帶土參數(shù)反演分析［5］得到的該古滑坡體土層參數(shù)。

圖1 鵝公帶古滑坡體的土層分布示意圖

表1 鵝公帶古滑坡體土層參數(shù)

3.1 抗滑樁加固方案

抗滑樁加固方案考慮在距離坡腳75 m處和260 m處施加抗滑樁，距離坡腳75 m處的抗滑樁1長(zhǎng)約80 m，嵌入強(qiáng)風(fēng)化以下深度為25 m;距離坡腳260 m處抗滑樁2長(zhǎng)約70 m，嵌入強(qiáng)風(fēng)化以下深度為20 m。在利用FLAC3D軟件進(jìn)行滑坡體穩(wěn)定分析時(shí)，抗滑樁材料參數(shù)取為:彈性模量30 GPa，泊松比0.2，粘聚力1.5 MPa，內(nèi)摩擦角45°。

圖2是抗滑樁加固方案FLAC3D計(jì)算模型，表2是該方案下計(jì)算得到的鵝公帶古滑坡體邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)，表中規(guī)范要求的安全系數(shù)由《水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL386－2007)確定［6］。從計(jì)算結(jié)果可以看出，采用該方案能夠滿足規(guī)范規(guī)定的抗滑穩(wěn)定安全要求。

圖2 抗滑樁加固方案FLAC3D計(jì)算模型

表2 抗滑樁加固方案鵝公帶古滑坡體邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)

3.2 填土反壓加固方案

采用填土反壓加固方案時(shí)，考慮在高程141.5 m(水庫死水位)處布置16 m寬的石渣平臺(tái)，壓坡外側(cè)坡度1∶2.0。在利用FLAC3D軟件進(jìn)行滑坡體穩(wěn)定分析時(shí)，填土材料參數(shù)取值為:重度19 kN/m3、粘聚力0，內(nèi)摩擦角30°，變形模量32.5 MPa，泊松比0.25。

圖3是填土反壓加固方案FLAC3D計(jì)算模型，表3是該方案下計(jì)算得到的鵝公帶古滑坡體邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)。從計(jì)算結(jié)果可以看出，采用此方案也能夠滿足規(guī)范規(guī)定的抗滑穩(wěn)定安全要求。

圖3 填土反壓加固方案FLAC3D計(jì)算模型

表3 填土反壓加固方案鵝公帶古滑坡體邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)

4 鵝公帶古滑坡體防治方案比選

對(duì)于鵝公帶古滑坡體而言，從計(jì)算結(jié)果可以看出，采用抗滑樁加固方案和填土反壓加固方案都能夠滿足規(guī)范規(guī)定的穩(wěn)定安全要求，要選定最終的加固處理措施，尚需針對(duì)工程的實(shí)際特點(diǎn)，從施工難易程度、工程投資和加固處理可靠性等方面進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。本文針對(duì)鵝公帶古滑坡體的實(shí)際情況，從以下幾方面對(duì)加固處理方案進(jìn)行對(duì)比分析。

4.1 施工難易程度對(duì)比

鵝公帶古滑坡體坡高、坡陡，且為山區(qū)峽谷地形，施工場(chǎng)地十分有限。如采用抗滑樁加固方案，要將施工材料和施工機(jī)械運(yùn)輸?shù)缴缴?，難度很大;施工場(chǎng)地布置困難，材料堆放(儲(chǔ)備)、攪拌站、鋼筋加工點(diǎn)、人員生產(chǎn)和生活場(chǎng)所等都很難安排;此外，由于該滑坡為古滑坡體，且滑坡體中下部厚度達(dá)50～60 m，要在不影響滑坡體穩(wěn)定的前提下開展抗滑樁施工難度極大，施工人員的安全也很難保證(特別是降雨期)。當(dāng)采用填土反壓加固方案時(shí)，以上問題都迎刃而解，施工僅在坡腳進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)不需要設(shè)置專門的施工場(chǎng)所，只需建一條臨時(shí)施工道路;反壓體材料可利用工程開挖渣料直接運(yùn)至坡腳堆填，運(yùn)輸方便，且平整和碾壓也十分容易，可直接上施工設(shè)備;施工過程中對(duì)古滑坡體的干擾小，基本不會(huì)影響到滑坡體，只要做好降雨時(shí)的河道防洪措施和安全準(zhǔn)備，施工人員的人身安全不會(huì)受到影響。因此，從施工難易程度對(duì)比來看，填土反壓加固方案優(yōu)于抗滑樁加固方案。

4.2 工程投資對(duì)比

抗滑樁加固方案需構(gòu)建大尺寸的鋼筋混凝土抗滑樁結(jié)構(gòu)，由于現(xiàn)場(chǎng)缺乏相關(guān)建筑材料，需從較遠(yuǎn)的地方購(gòu)入，還要運(yùn)至山上，相對(duì)填土而言，價(jià)格高、運(yùn)距遠(yuǎn)且難度大，材料成本高;對(duì)于這種大尺寸鋼筋混凝土抗滑樁，施工時(shí)需要現(xiàn)場(chǎng)挖孔，孔深、需要的施工和防護(hù)設(shè)備要求高，現(xiàn)場(chǎng)的施工費(fèi)用高;此外，抗滑樁加固方案要在施工現(xiàn)場(chǎng)搭建施工人員生產(chǎn)、生活場(chǎng)所和材料、設(shè)備存放場(chǎng)所，增加了施工時(shí)的間接成本。采用填土反壓加固方案時(shí)，可以充分利用工程開挖渣料，外購(gòu)少，運(yùn)輸容易，運(yùn)輸距離短，材料成本低;施工時(shí)不需要過多的專門設(shè)備，僅常規(guī)設(shè)備就能夠解決現(xiàn)場(chǎng)施工問題，施工費(fèi)用低;此外，填土反壓加固方案無需在施工現(xiàn)場(chǎng)搭建施工人員生產(chǎn)、生活場(chǎng)所和材料、設(shè)備存放場(chǎng)所，廢物利用還可以減小渣場(chǎng)數(shù)量，無形中節(jié)約施工成本。經(jīng)初步測(cè)算，采用抗滑樁加固方案的工程投資比采用填土反壓加固方案的工程投資更大。因此，從工程投資對(duì)比來看，填土反壓加固方案優(yōu)于抗滑樁加固方案。

4.3 加固的可靠性對(duì)比

采用抗滑樁加固方案時(shí)，雖然從平面二維計(jì)算成果來看，穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，但由于樁是間隔布置，計(jì)算時(shí)在將三維問題簡(jiǎn)化為二維問題時(shí)進(jìn)行了概化處理，實(shí)際情況會(huì)與計(jì)算條件有一定差異。設(shè)計(jì)時(shí)樁間距的選擇也存在很大靈活性，方案實(shí)施后，設(shè)計(jì)人員選擇的樁間距是否能使樁間土體在水庫蓄水運(yùn)行后形成土拱效應(yīng)，取決于設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)水平。此外，由于施工時(shí)挖孔的深度較大，抗滑樁斷面尺寸大且長(zhǎng)度長(zhǎng)，施工質(zhì)量難以控制，施工過程中對(duì)滑坡體的影響和干擾大，施工過程中的可靠性也存在一定問題。施工可靠性取決于施工隊(duì)伍的施工經(jīng)驗(yàn)和施工水平，如操作不當(dāng)，將影響滑坡體的穩(wěn)定。因此，從加固的可靠性因素來看，抗滑樁加固方案的不可靠因素較多，將影響方案的實(shí)施效果。當(dāng)采用填土反壓加固方案時(shí)，計(jì)算條件與工程實(shí)際情況比較一致，設(shè)計(jì)可靠性與設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)和水平關(guān)聯(lián)性相對(duì)更小;此外，從方案實(shí)施來看，施工只是常規(guī)的運(yùn)土和填土碾壓，不需要特別的施工手段，施工簡(jiǎn)便，施工質(zhì)量容易控制，施工過程中對(duì)滑坡體的影響和干擾小，施工可靠性容易得到保證。因此，從加固的可靠性對(duì)比來看，填土反壓加固方案也優(yōu)于抗滑樁加固方案。

綜上可以看出，對(duì)于鵝公帶古滑坡體而言，填土反壓加固方案比抗滑樁加固方案更為實(shí)用、經(jīng)濟(jì)、合理可行。經(jīng)分析比較，推薦采用坡腳填土反壓加固方案來對(duì)鵝公帶古滑坡體進(jìn)行加固處理。為了提高鵝公帶古滑坡體的加固處理效果，除采用坡腳填土反壓加固處理措施外，在滑坡體范圍內(nèi)的原始邊坡表面還布置縱橫向的系統(tǒng)排水溝，使降水盡快形成地表徑流排出滑坡體;在壓坡項(xiàng)高程至校核洪水位之間的滑坡體表面布置系統(tǒng)排水孔，內(nèi)置塑料盲溝管并外敷土工布，使庫水位消落時(shí)邊坡內(nèi)的水能盡快排出，利于邊坡穩(wěn)定;在滑坡體范圍外布置截水天溝，阻止滑坡體外的地表水匯入到滑坡體內(nèi)。

5 結(jié)語

庫岸滑坡治理是水庫建設(shè)中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，其加固治理方法很多，在實(shí)際工作中，應(yīng)針對(duì)工程特點(diǎn)選擇合適的處理方法。當(dāng)大的處理方案選定后，尚需輔以一些小的加固處理措施，以便使加固方案實(shí)施效果更佳。

［1］鄭穎人，陳祖煜，王恭先，等．邊坡與滑坡工程治理［M］．北京:人民交通出版社，2007．

［2］黃錦林，趙吉國(guó)，張婷，等．基于層次分析法的庫岸高速滑坡危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)［J］．自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2011，20(5):95－99．

［3］張有祥．庫岸邊坡穩(wěn)定性及抗滑樁加固研究［D］．武漢:武漢大學(xué)，2009．

［4］廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院．廣東省樂昌峽水利樞紐工程可行性研究報(bào)告［R］．廣州:廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2008．

［5］黃錦林．庫岸滑坡涌浪對(duì)壩體影響研究［D］．天津:天津大學(xué)，2011．

［6］SL386－2007水利水電工程邊坡設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京:中國(guó)水利水電出版社，2007．