淤泥質(zhì)土河道施工階段滑坡原因分析及處理方案

吳 楠

（江蘇省水利勘測設(shè)計研究院有限公司，江蘇揚(yáng)州 225000）

1 概況

通榆河北延送水工程在連云港灌南縣境內(nèi)灌河～新沂河新開河道長6.27 km，工程所在地面高程約為2.6 m。地質(zhì)條件：上部表層厚1 m 左右為A 層粉質(zhì)粘土，其下為2 層淤泥質(zhì)重粘土、粘土；地面以下2～4 m 為32層淤泥質(zhì)土，層厚10 m 左右，為灰、淺灰色重粘土質(zhì)淤泥，局部夾粉砂及砂壤土透鏡體，含較多腐殖質(zhì)、碎貝殼，流塑狀態(tài)，其物理力學(xué)指標(biāo)凝聚力C 為12 kPa、內(nèi)摩擦角φ 為5°，地基允許承載力為60 kPa；再以下為51層灰黃色砂壤土，其物理力學(xué)指標(biāo)凝聚力C 為4 kPa、內(nèi)摩擦角φ 為24°，地基承載力較高。河道設(shè)計斷面為：河底高程-1.0 m，河底寬20 m，邊坡1∶3，堤頂高程3.8 m，堤頂寬6 m；自堤肩向外13 m 為棄土區(qū)，棄土區(qū)頂高程4.5 m，臨河道坡比1∶3，外坡為1∶2.5。設(shè)計河底高程-1.0 m 分布在32淤泥層上，河底以上約有2.0 m 厚的淤泥質(zhì)土層，河底以下約有8 m 厚的淤泥質(zhì)土層。河道的工程級別確定為3 級，河道邊坡抗滑穩(wěn)定計算成果：施工期K＞1.1，運(yùn)行期K＞1.7。

本段河道分為3個標(biāo)段施工，主要采用挖掘機(jī)、農(nóng)用自卸車、推土機(jī)等機(jī)械開挖河道和填筑堤防。施工期間在K0+050～0+090 和K2+640～2+700 兩個地段的河坡發(fā)生3次滑坡，其中在K2+640～2+700 處同一位置發(fā)生2次滑坡。

2 K0+050～0+090 段滑坡

2.1 滑坡情況

2008年1月10日，東堤K0+050～0+090 段河道開挖筑堤完成后發(fā)生了40 m 長的塌方，在滑坡體南、北和東邊緣可見1～2 組張裂隙，滑坡體靠近河道側(cè)可見少量軟土滑出，滑坡體中間部位西半側(cè)堤頂塌落約2 m，河道迎水坡面坡度變緩。根據(jù)江蘇省工程勘測研究院有限公司的調(diào)查，滑坡的滑動面在堤基中部和坡面中部發(fā)生在A 與32層土的交界面上，在堤肩處發(fā)生在32層土上部，滑動面處于上部土層中，滑坡已破壞了堤防，但滑坡范圍均不算太大，屬淺層滑動。

2.2 滑坡原因分析

2.2.1 堤基處溝塘的影響

滑坡體位置原來是溝塘，由于上覆的土層較薄，比其它地段的土層力學(xué)強(qiáng)度低，再加上地表水的長期浸潤，進(jìn)一步降低了土體的力學(xué)強(qiáng)度。堤防施工時，清除了塘底的淤泥和雜質(zhì)，以重粘土分層壓實回填，回填土濕密度1.80～1.87 g/cm3，干密度1.41～1.46 g/cm3，由于回填不久即填筑堤防，因此不能起到無溝塘處地表的“硬殼層”作用。地表的“硬殼層”缺失，進(jìn)一步降低了土體的力學(xué)強(qiáng)度，堤防堆筑時對地基重粘土質(zhì)淤泥容易產(chǎn)生較大的擾動，導(dǎo)致滑坡。

2.2.2 未按規(guī)范要求對溝塘邊坡進(jìn)行處理

堤基位置處有一條寬約20 m的溝塘，溝塘底平均高程約1.2 m，與地面有1.5 m 左右的高差，溝塘清理后，施工單位沒有按施工規(guī)范的要求將地面坡度整至緩于1∶5，致使回填土體與原狀土結(jié)合效果較差，當(dāng)上部再加載時易導(dǎo)致滑坡。

2.2.3 施工對土層的擾動

塘底土層為32層淤泥，靈敏度高，為4.8～6.0，易受到擾動。堆筑堤防對水塘進(jìn)行清淤、除雜質(zhì)處理時，不可避免地對塘底土層產(chǎn)生擾動，降低塘底土層的強(qiáng)度，容易產(chǎn)生滑坡。此外，由于工期要求，筑堤填土施工速度過快，使地基強(qiáng)度降低。

2.3 滑坡的處理

經(jīng)研究，滑坡處理采用在坡腳施打木樁方案。在河坡下部1/3 處施打3 排6 m 長的木樁，木樁小頭直徑不小于16 cm，樁距1.5 m×1.5 m。木樁全部施打到位后用小型機(jī)械進(jìn)行上部2/3的堤防土方填筑壓實，并嚴(yán)格控制堤防填筑速度。經(jīng)過處理后效果很好，本段堤防已經(jīng)穩(wěn)定。

3 K2+640～2+700 段滑坡

3.1 滑坡情況

2008年2月19日，Ⅱ標(biāo)段K2+640～2+700 段東側(cè)發(fā)生滑坡現(xiàn)象，本段現(xiàn)狀地面高程約2.6 m 左右，堤身下的堤基溝塘口寬約5 m 左右，溝底高程1.6 m 左右，溝深約為1 m 左右，新筑堤防是在溝塘上經(jīng)清淤、回填處理后筑成。2008年2月19日，本段河道已基本達(dá)到設(shè)計斷面（寬20 m、底高-1.0 m），用挖掘機(jī)作最后的河坡修整，在堤頂距迎水坡堤肩3.3 m 左右處順堤方向堆放了臨時棄土，堆高約1.6 m，寬約6 m，由于當(dāng)天未及時將其清除至指定棄土區(qū)內(nèi)，夜間發(fā)生了滑坡，滑坡段縱向（南北向）長60 m，橫向為西側(cè)堤向東18 m 整體滑動，堤頂下沉了1.88～0.88 m 不等，堤身滑至河道內(nèi)15 m 處。根據(jù)江蘇省工程勘測研究院有限公司對滑坡段的工程地質(zhì)勘察報告，K2+640～2+700 段滑坡的滑動面在堤基處發(fā)生在A 與32層土的交界面附近，在坡面處發(fā)生在32層土中，滑動面最深處約-5.0 m，屬深層滑動。

3.2 滑坡原因分析

滑坡體位置原來是溝塘，其滑坡原因除部分與K0+050～0+090 段類似外，還有另外兩個原因：

3.2.1 堤身西側(cè)臨空面的影響

河道底高程為-1.0 m，位于32層淤泥中，東堤西側(cè)為河道的迎水坡面，存在臨空面，坡底土層為32層淤泥，強(qiáng)度低，現(xiàn)場十字板測得其原狀土峰值抗剪強(qiáng)度平均僅19.2～19.6 kPa，在東側(cè)土體的土壓力推動下易剪切破壞，向臨空面移動，有導(dǎo)致滑坡趨勢。

3.2.2 堤頂臨時堆土的影響

滑坡發(fā)生后，對現(xiàn)場情況進(jìn)行了測量，發(fā)現(xiàn)施工單位沒有按照施工圖指定的堆土區(qū)范圍堆置河道開挖堆土，而是在堤頂距離堤肩3.3 m 處順堤方向堆放了臨時棄土，臨時堆土堆高為1.6 m，堆寬為6 m，沒有按設(shè)計要求將棄土堆至堤頂平臺13 m 寬以外的棄土區(qū)內(nèi)，見圖1。設(shè)計單位根據(jù)現(xiàn)場實際施工斷面進(jìn)行抗滑穩(wěn)定計算復(fù)核，經(jīng)計算，施工期河坡抗滑穩(wěn)定最小安全系數(shù)Kmin=0.946，抗滑穩(wěn)定系數(shù)K＜1，不能滿足邊坡抗滑穩(wěn)定要求。因此，堤頂臨時堆土是K2+640～2+700 段滑坡產(chǎn)生的主要誘因。

圖1 河道設(shè)計斷面及臨時堆土示意圖

3.3 滑坡的處理

圖2 堤基加固方案示意圖

建設(shè)單位組織設(shè)計、監(jiān)理、施工單位研究討論了滑坡段的處理方案，設(shè)計單位提出4 種處理方案，分別為：①放緩河坡；②加水泥土墊層；③粉噴樁處理；④管樁處理。經(jīng)分析比選各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)合本工程具體的工期、質(zhì)量等要求，設(shè)計單位建議采用管樁方案或加水泥土墊層方案進(jìn)行滑坡處理。

施工單位最終采用粉噴樁處理方案，該處理方案具體做法是在滑坡段河坡下部1/3（即高程0.6 m）處梅花型布置3 排粉噴樁，樁底打穿32層淤泥土進(jìn)入51層砂壤土0.5 m，固化劑采用425#普通硅酸鹽水泥，摻入量為12%。經(jīng)抗滑穩(wěn)定計算，待粉噴樁樁體達(dá)到設(shè)計抗壓強(qiáng)度（2 MPa）后，抗滑安全系數(shù)Kmin=1.464，可滿足安全要求。該方案的缺點(diǎn)是工期長，粉噴樁樁體需3個月后才能達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度。施工單位在此基礎(chǔ)上增加7排粉噴樁，樁直徑為50 cm，間距1.5 m，底高程至-6.0 m，認(rèn)為可以提高地基承載力，堤基加固方案見圖2。

2008年3月21日滑坡處理工作開始實施，施工單位首先將滑坡體堤身土及堤后堆土挖除至高程1 m，在此工作面上，粉噴樁施工于3月23日開始，至4月7日結(jié)束。連云港市質(zhì)量檢測中心于2008年5月7日對粉噴樁進(jìn)行了檢測，經(jīng)鉆芯取樣抽測2 根樁，其無側(cè)向抗壓強(qiáng)度值分別為2.12 MPa、2.658 MPa，均達(dá)到不小于2.0 MPa的設(shè)計要求。

3.4 第二次滑坡

設(shè)計單位獲悉施工單位決定采用粉噴樁處理方案后，提醒該方案樁體固結(jié)時間長，需3個月后方能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度，加固效果不理想，建議在3個月后再進(jìn)行后續(xù)施工。

施工單位于5月13日開始對堤身進(jìn)行回填，回填從高程1 m 處開始，至5月16日回填至高程3.5 m，距設(shè)計堤頂高程3.8 m 尚欠0.3 m。5月17～23日期間該段暫停施工，5月24日施工單位將滑坡處理段填土筑堤至設(shè)計頂高程3.8 m。5月26日下午發(fā)現(xiàn)該段堤身出現(xiàn)滑動，堤頂后部出現(xiàn)弧形裂縫（長約60 m），裂縫寬約20 cm，第二次滑動體較第一次滑動體小。

3.5 第二次滑坡原因分析

3.5.1 水泥粉噴樁齡期短

水泥粉噴樁受施工條件限制，實際需較長時間才能達(dá)到預(yù)定的強(qiáng)度，設(shè)計單位要求3個月后才能進(jìn)行后續(xù)施工填筑堤防，而施工單位僅1個多月就開始填筑堤防。根據(jù)施工記錄，堤頂粉噴樁先施工，而起抗滑作用坡面上的3 排粉噴樁在堤頂粉噴樁施工完成后才開始施工，其抗剪強(qiáng)度不足。

3.5.2 加固方法不當(dāng)

經(jīng)查看資料，施工單位沒有按照設(shè)計要求實施土體加固，其加固實際方案是先在堤頂位置處施打7 排粉噴樁，底高程在-6.0 m，后施打堤身1/3 處的3 排粉噴樁，底高程至-9.2 m。從圖2 看，32層底面高程在-8.8 m，在堤頂位置處施打的7 排粉噴樁，底高程在-6.0 m，沒有打穿32層淤泥土進(jìn)入承載能力好的51層砂壤土，僅固結(jié)了滑弧線以上的土體，不加載時可能處于平衡狀態(tài)，若加載即可能出問題，因此，這些樁起不到應(yīng)有的作用。當(dāng)?shù)躺硖钔習(xí)r，被粉噴樁加固過的硬土體向下傳遞荷載，粉噴樁樁底以下還有近3 m 厚的32層淤泥土，由于32層淤泥土承載能力差，無法承受上部荷載，淤泥土被上層加固過的硬土體向下擠壓而導(dǎo)致土體變形，因此，第二次滑坡實際上應(yīng)該是堤身下沉所致。從現(xiàn)場情況看，23日施工將堤頂高程從3.5 m 加高至3.8 m，24日便發(fā)現(xiàn)堤頂開始下沉，發(fā)生第二次滑坡。

3.6 第二次滑坡的處理

經(jīng)研究，第二次滑坡采用打圓木樁處理方案，在河坡下1/3 處按4 排布置樁，即原粉噴樁行中，兩頭超出原塌方段，樁長8 m，小頭直徑16～18 cm，行距120 cm，株距100 cm。將滑坡段堤頂開挖至高程1.0 m，打樁部位第1 排樁頂高程0.0 m，第4 排樁頂高程1.0 m，樁與樁之間用8#鐵絲縱向絞結(jié)。打樁結(jié)束后筑堤，填筑至高程2.0 m 暫停，將河底滑坡土方暫留河底。待堤身穩(wěn)定后用小型機(jī)械上土，每上一層土都要注意觀測，待穩(wěn)定后再上另一層土直至達(dá)到高程3.0 m，剩余0.8 m 待放水后補(bǔ)齊。6月7日完成圓木樁施工，6月14日完成了堤頂土方回填，高程至3.0 m，經(jīng)過后期的沉降觀測，該滑坡段堤防已穩(wěn)定，無變形跡象。河道放水經(jīng)觀測河坡穩(wěn)定后，將堤頂土方填筑壓實到設(shè)計高程，再用長臂挖機(jī)將塌入河道中的土方清理到設(shè)計高程。

4 預(yù)防滑坡的措施

4.1 加強(qiáng)對老溝塘的處理

除兩處滑坡段外，灌河～新沂河6.27 km 新開河道沿線堤基還有多處溝塘，有些溝塘是外露的，還有些廢棄的老溝塘被地表土掩埋。堤身處老溝塘處理，原設(shè)計是將雜物及淤泥清除后用粘土分層回填壓實。自K2+640～2+700 段發(fā)生軟弱層沉陷坍塌后，設(shè)計單位根據(jù)現(xiàn)場溝塘情況，提出對沿線堤身位置的老溝塘清基后，全部采用換1 m 厚10%水泥土處理，待其固結(jié)后再筑堤，這樣可以在溝塘基底以上形成“硬殼層”，使32層淤泥土能較均勻的通過“硬殼層”承受上部加載的堤基土體。采取該措施后，未發(fā)生類似滑坡。

4.2 嚴(yán)格按要求施工

在淤泥質(zhì)土體上開挖河道及填筑堤防，極易擾動土體使邊坡發(fā)生坍塌，必須嚴(yán)格按照招標(biāo)文件的要求施工。主要措施有：

（1）河道土方明挖應(yīng)從上至下分層分段依次進(jìn)行，嚴(yán)禁自下而上或采取倒懸的開挖方法。施工中隨時作成一定的坡勢，以利排水，開挖過程中應(yīng)避免在邊坡穩(wěn)定范圍內(nèi)形成積水。

（2）主體工程的臨時開挖邊坡，應(yīng)按施工圖紙所示進(jìn)行開挖。

（3）對老溝塘處理后，換土?xí)r一定要分層壓實，放緩填筑施工速度。

（4）施工單位必須根據(jù)施工圖所指定的堆土區(qū)范圍堆置河道開挖堆土，棄土堆放要平整、順直、密實。

（5）土方明挖過程中，如出現(xiàn)裂縫和滑動跡象時，應(yīng)立即暫停施工并采取應(yīng)急搶救措施，及時觀測邊坡變化情況，做好記錄。

5 結(jié)語

在淤泥質(zhì)土條件下進(jìn)行河道施工，地質(zhì)條件較差，施工稍有不慎，即可能出現(xiàn)滑坡等情況，一般來說，在長達(dá)幾公里范圍的淤泥質(zhì)地質(zhì)條件下開挖河道，滑坡是很難避免的。因此，施工單位要對淤泥質(zhì)土體特性有足夠的認(rèn)識和處理經(jīng)驗，嚴(yán)格按規(guī)范施工，才能避免施工滑坡。另外，6.27 km 長的灌河～新沂河新開河道施工期安全系數(shù)K 僅為1.115，設(shè)計單位應(yīng)充分估計到如老溝塘等較差的地質(zhì)條件，在施工圖中提出可靠的處理預(yù)案，盡可能避免滑坡。