大開挖河道的滑坡成因分析及應(yīng)急加固方案

王穎聰，吳成駿，朱 浩,李 益

(1.南京市水利投資有限公司,江蘇 南京 211000;2.南京市滁河河道管理處,江蘇 南京 211000)

大開挖河道的滑坡成因分析及應(yīng)急加固方案

王穎聰1，吳成駿1，朱 浩1,李 益2

(1.南京市水利投資有限公司,江蘇 南京 211000;2.南京市滁河河道管理處,江蘇 南京 211000)

某大開挖河道在施工過程中發(fā)生了滑坡，通過對地質(zhì)條件、施工方法等方面的深入分析，得出滑坡產(chǎn)生的原因：①施工擾動(觸變性)。②施工期降雨頻繁，水位反復(fù)漲落。③工程地下水位居高不下。④施工組織不盡合理。結(jié)合工程實際情況，提出了應(yīng)急處理措施及加固方案。本案例總結(jié)，可為其他類似工程提供經(jīng)驗和參考。

堤防；施工；滑坡；原因分析；應(yīng)急加固

為了滿足城內(nèi)防洪排澇的要求，水利工程中，常會進(jìn)行城市河道拓寬，擴(kuò)大城市河道行洪流量。但當(dāng)?shù)袒挥谟倌噘|(zhì)土層上，地質(zhì)條件相對復(fù)雜時，經(jīng)常會發(fā)生理論計算中堤防抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，實際施工過程中發(fā)生堤防滑坡的案例[1]。

目前，在堤防的施工過程中往往會采用多種防護(hù)機(jī)制[2]，但由于施工管理人員技術(shù)的不全面和施工期對現(xiàn)場情況估計不足，亟需一種合理的堤防施工方案來滿足工程質(zhì)量和安全的需求[3]。

1 工程滑坡情況

南京市某河道工程位于棲霞區(qū)仙林大學(xué)城，自羊山壩至312國道，河道長度2.62 km，對應(yīng)樁號J6+180～J8+800，兩岸堤防總長5.24 km。規(guī)劃控制用地范圍寬66 m。河道斷面確定為河底高程2.5 m，河道在用地范圍內(nèi)向右岸拓寬，左右岸坡比均為1∶2.5，迎水坡8.5 m高程處設(shè)2.5 m寬平臺。河道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計斷面見圖1。

圖1 河道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計斷面圖(單位：m)

河道工程于2015年11月23日開工建設(shè)，2016年5月20日停工度汛，2016年9月8日復(fù)工。在工程施工過程中，右岸先后發(fā)生了三次較大規(guī)模的滑坡，發(fā)生于2016年3月份和11月份，施工期左右岸坡面變形頻次較多，對工程的投資控制、工程質(zhì)量、進(jìn)度造成較大影響。

1.1 第一次滑坡

2016年3月21日凌晨，在天工路橋南側(cè)東岸樁號6+496～6+630段河底開挖成型的坡面發(fā)生了一次滑坡，滑坡土體南北長134 m，東西長53 m?；聲r河道已開挖至設(shè)計高程2.50 m，坡面基本按1∶2.5完成整坡，河底導(dǎo)流溝深約1.5 m，滑動后導(dǎo)流溝由河道中間推移至西岸坡腳。坡頂下沉超過3 m，整個河底隆起約2 m。岸上原狀地面15.0 m，上部有3 m多高的施工堆土。

1.2 第二次滑坡

2016年3月27日11時，緊鄰上次滑坡位置，在天工路橋南側(cè)東岸樁號6+630～6+675段河底開挖成型的坡面發(fā)生了第二次滑坡，滑坡土體南北長45 m，東西長43 m。滑坡時坡面及河底情況基本同第一次滑坡，第一次滑坡土方已部分挖除，與第一次滑動相比，滑坡的上滑弧起弧位置更靠近河道，滑弧深度明顯比第一次淺，坡腳遷移約5 m，坡頂施工道路有挖掘機(jī)和自卸汽車通行。

1.3 第三次滑坡

2016年11月13日16時，在緯地路橋北側(cè)東岸(即下游右岸)樁號8+030～8+140段，斷面開挖基本成型、高程7.0 m以下護(hù)坡完工的迎水坡發(fā)生滑坡。滑坡面順?biāo)飨蜷L110 m，由圍堰至排水口；寬50 m，由高程11.75 m平臺后邊至河底中心?；孪戮壋雎兜臑橛倌噘|(zhì)土。滑坡發(fā)生前，無降雨，滑帶上緣外的坡頂有少量堆土，后方22萬V 高壓鐵塔處有一水塘，水由滑坡體下游排出。

1.4 其他局部坡面變形及現(xiàn)場處理情況

河道工程自2016年汛后復(fù)工以來，發(fā)生了3次下部坡面隆起，造成護(hù)坡、格埂嚴(yán)重變形。

前兩次坡面隆起的位置為：8+540～8+600、8+370～8+420和8+170～8+270。采用的措施是坡面土方換填、坡腳設(shè)置木樁2～3排。第三次坡面隆起發(fā)生在12 d降雨后，位置與首次發(fā)生變形位置基本一致。

2 滑坡原因分析

2.1 施工擾動(觸變性)降低了土體的強(qiáng)度指標(biāo)

根據(jù)地勘報告，高程7.0 m以下存在深厚的淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土，該層土在大面積大深度開挖情況下，因大幅度卸載或直接暴露，土體的強(qiáng)度特性發(fā)生變化(觸變性)；補(bǔ)充勘察成果表明，滑坡發(fā)生后滑弧以下的淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土土體強(qiáng)度由原來的黏聚力C=18.4 kPa、內(nèi)摩擦角φ=12.8°降低為C=17.6 kPa、φ=11.1°?，F(xiàn)行規(guī)范對觸變性無明確的規(guī)定，因此前期設(shè)計對此考慮不足。施工荷載的往復(fù)作用也加劇了土體力學(xué)指標(biāo)的降低。淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土層的存在，使滑坡的嚴(yán)重程度加劇[4]。

2.2 施工期降雨頻繁，河道水位反復(fù)漲落

2016年汛后降雨較為頻繁，僅10月份，下雨天數(shù)達(dá)20 d，雨水下滲致使上部土體自重增加，土體抗剪強(qiáng)度降低，也易導(dǎo)致滑坡變形[5]。河坡裸露，導(dǎo)致堤身處于飽和狀態(tài)。九鄉(xiāng)河流域92%為山丘區(qū)，每次降雨，河道中的水位迅速上漲(據(jù)現(xiàn)場觀測，施工階段降雨期河道水位最高達(dá)8.8 m)，由于下游長江水位較低(11月份河口長江水位均在5.0 m以下)，雨后河道水位又迅速降落。河道水位的反復(fù)快速漲落，對剛開挖形成的坡面穩(wěn)定影響極大，左岸坡面多次淺層變形均與此有關(guān)。

2.3 工程范圍內(nèi)地下水豐富，地下水位居高不下

分析歷史地形圖和補(bǔ)充勘察成果表明：現(xiàn)狀左岸道路和右岸公園的高地均為2003年之后隨著大學(xué)城的開發(fā)建設(shè)逐步填高形成，填土高度普遍在2.5～3.0 m，右岸局部填高達(dá)10 m，由于填土?xí)r未經(jīng)過碾壓，土質(zhì)較為松散，透水性較強(qiáng)，降雨時地下水位上升較快。地勘顯示，不下雨的情況下，地下水穩(wěn)定在高程9.00～9.50 m，據(jù)現(xiàn)場實測，雨后地下水位達(dá)11.0～11.5 m；另外，右岸堤后高壓鐵塔低洼處長期有積水存在，施工現(xiàn)場反應(yīng)，開挖坡面發(fā)現(xiàn)多處有排水暗管和不明滲水；左岸堤后有衡陽泵站前池及泵站進(jìn)水河道，河道水位維持在7.5 m以上，坡頂又散布少量水塘。大坡降的地下滲流對岸坡整體穩(wěn)定極為不利。

2.4 施工組織不盡合理

工程開工時，右岸1萬V高壓線未能及時遷移，坡頂土方開挖作業(yè)無法進(jìn)行，造成岸坡土方無法按正常施工順序進(jìn)行開挖；同時因土場及市容要求等原因，下部開挖的土方不能及時運(yùn)出，大量堆積在坡頂；天工路上游段施工時，在河道底部開挖了導(dǎo)流溝，導(dǎo)流溝緊貼坡腳，深約1.5 m，在坡腳處形成了額外的臨空面。施工組織不合理是第一、二次滑坡的主要原因。第三次滑坡發(fā)生前，盡管該段河道施工基本完成，但土方運(yùn)輸車輛及施工機(jī)械仍在平臺上頻繁通行，這也是滑坡發(fā)生的誘因之一。

3 應(yīng)急加固處理方案

針對出現(xiàn)的情況及研究結(jié)果，提出改進(jìn)措施，包括：已發(fā)生滑坡段的處理和未施工地段的方案變更。對于目前已施工完成的地段，維持原狀。

3.1 左岸處理方案

地質(zhì)情況：除了最下游的425 m以外，均以淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土為主，地質(zhì)情況差。

因左岸施工時對坡面擾動小，計算采用原地勘指標(biāo)，抗滑安全系數(shù)普遍為1.20～1.25。岸坡主要不利土層為淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土層，選取淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土土層較厚的7-7′地勘斷面(圖2)進(jìn)行穩(wěn)定復(fù)核，位于樁號7+950(第三次滑坡中心的上游150 m)。計算結(jié)果抗滑穩(wěn)定系數(shù)K=1.22，滿足規(guī)范要求。

圖2 7-7′地層橫剖面(樁號7+950)圖

參照前期施工過程中左岸岸坡處理的成功經(jīng)驗，結(jié)合本次右岸的加固處理方案(河底標(biāo)高抬高至4.0 m)，對左岸未實施段(樁號J6+880～J8+030，長1105 m)采用如下加固措施：高程7.0 m格埂下部、高程6.0 m、高程5.5 m和高程5.0 m設(shè)木樁，樁長為4.0 m，小頭樁徑不小于100 mm，順河道向間距1.0 m，梅花型布置；對于局部坡面不易成型或發(fā)生流砂的地段，坡腳處拋石固腳，拋石厚度約1 m。左岸處理方案斷面詳見圖3。

3.2 右岸處理方案

3.2.1 抗剪指標(biāo)反演計算

(1) 淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土土層的指標(biāo)反演計算。經(jīng)分析，淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土土層的強(qiáng)度指標(biāo)對岸坡穩(wěn)定計算結(jié)果的影響最為明顯，通過同時折減地質(zhì)報告提供的該層土的力學(xué)指標(biāo)(黏聚力C、內(nèi)摩擦角φ)，直至發(fā)生滑坡的河道斷面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.0。根據(jù)第三次滑坡的反演計算(考慮施工機(jī)械荷載)，淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土土層折減后的強(qiáng)度指標(biāo)為C=17.48 kPa、φ=12.16°?，F(xiàn)場補(bǔ)充勘察淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土層的強(qiáng)度指標(biāo)為C=17.6 kPa、φ=11.1°，變更方案穩(wěn)定計算時淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土土層采用兩者φ值最小的值，即C=17.6 kPa、φ=11.1°。

(2) 滑動帶指標(biāo)反演計算。滑動帶位置根據(jù)滑坡發(fā)生后現(xiàn)場斷面測量圖并參照補(bǔ)充勘察成果分析選取，滑動帶厚度取2 m。經(jīng)反演分析，得到滑動帶指標(biāo)為C=6.07 kPa、φ=4.22°，比補(bǔ)堪所得指標(biāo)小(C=9 kPa、φ=5°)，因此，已滑段變更方案穩(wěn)定計算時滑動帶土體指標(biāo)取反演值。

圖3 左岸擬加固方案斷面圖(單位：m)

3.2.2 右岸處理措施

該方案對已滑段采用減緩綜合坡比(經(jīng)試算，增加平臺寬度比單純放緩坡比更有利邊坡穩(wěn)定，因此本次減緩綜合坡比指增加平臺寬度)和設(shè)置抗滑樁，未實施段采用減緩綜合坡比，局部坡面采用木樁和拋石加固，以滿足岸坡抗滑穩(wěn)定的要求。

(1)土層強(qiáng)度指標(biāo)及地下水位的選擇。全線淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土土層強(qiáng)度指標(biāo)采用補(bǔ)堪成果，即C=17.6 kPa、φ=11.1°。已滑段的滑動帶土層的強(qiáng)度指標(biāo)采用反演計算成果，即C=6.07 kPa、φ=4.22°。

地下水位采用勘察報告提供的地下水位，約在高程9.5～10.0 m。

(2)抗滑樁的位置及樁頂標(biāo)高的選擇。根據(jù)最不利滑弧位置及便于施工，本次變更設(shè)計將抗滑樁樁頂高程設(shè)置在8.5 m。

(3)計算斷面及工況選取。根據(jù)《地質(zhì)勘察報告》，選取以下最不利斷面進(jìn)行計算(表1)。計算工況選擇最不利的施工期工況。

表1 右岸加固處理方案(計算斷面)

(4)計算采用的軟件。采用北京理正軟件設(shè)計研究院編制的《理正邊坡穩(wěn)定性分析軟件》計算邊坡整體穩(wěn)定；采用上海易工工程技術(shù)服務(wù)有限公司的《板樁碼頭CAD計算軟件》復(fù)核抗滑樁穩(wěn)定。

(5)計算結(jié)果及變更方案。計算結(jié)果匯總見表2、表3。

表2 右岸加固處理方案——滑坡段抗滑樁及岸坡整體穩(wěn)定計算結(jié)果

表3 右岸加固處理方案——未實施段岸坡整體穩(wěn)定計算結(jié)果

由計算結(jié)果可知，變更后右岸滑坡段及未實施段的邊坡整體抗滑穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求。因此，右岸滑坡段及未實施段河道斷面采取如下方案(表4)。

表4 右岸加固處理方案——河道斷面分段匯總表

注：未滑坡段不設(shè)抗滑樁，高程8.5 m平臺增寬至15.0 m。

5 結(jié) 語

河道發(fā)生滑坡后，通過對地質(zhì)條件、施工方法等方面的深入分析，獲得滑坡產(chǎn)生的原因：①施工擾動(觸變性)。②施工期降雨頻繁，水位反復(fù)漲落。③工程地下水位居高不下。④施工組織不盡合理。

經(jīng)過實地考察和補(bǔ)勘后，提出加固方案，左岸：設(shè)樁長為4 m的木樁，梅花型布置；對于局部坡面坡腳處拋石固腳。右岸：滑坡段高程8.5 m設(shè)抗滑樁一排，8.5 m平臺增寬至15.0 m；未滑坡段高程8.5 m平臺增寬至15.0 m。

另外，在項目的設(shè)計及實施過程中，施工方案的確定要充分考慮施工段及周邊的地質(zhì)條件，在選擇施工方案時，做到技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上合理，還應(yīng)嚴(yán)格控制施工順序和施工速度，選用擾動小的施工工藝，以免造成不必要的人力、物力及財力的損失。

大開挖河道施工過程中，河道邊坡的變形觀測、土體含水率監(jiān)測和日常巡視極為重要，在土體出現(xiàn)異常變形時，應(yīng)立即停止施工，分析其原因，并采取措施及時處理，避免事故的進(jìn)一步發(fā)展。

[1] 邱乾勇, 徐彬, 李茂平.堤防滑坡原因分析及處理[J].江蘇水利，2015(6)： 23-26.

[2] 潘廣良.堤防工程施工質(zhì)量控制探討[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2012(4)：100.

[3] 楊俊杰.堤防工程施工技術(shù)及質(zhì)量控制[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012(1)：103.

[4] 陽良芯，侯群英.某水庫土壩迎水坡滑坡成因分析及應(yīng)急加固方案[J].廣東水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2008(3)：72-75.

[5] 王國棟，喻桂成.揚(yáng)中市長江堤防興隆港段滑坡成因分析和治理方案研究[J].湖南水利水電， 2014(4)：42-43.

Cause analysis and emergency reinforcement scheme of landslide in large excavation

WANG Yingcong1,WU Chengjun1,ZHU Hao1,LI Yi2

(1.NanjingWaterResourcesInvestmentCo.,Ltd,Nanjing211000,China;2.NanjingChuheRiverManagementOffice,Nanjing211000,China)

A large excavation of River landslide occurred in the construction process, through in-depth analysis of geological conditions, construction methods, obtained the causes of landslide: (1) The construction disturbance (thixotropy); (2) During the construction of the rainfall is frequent, the water level fluctuation repeatedly; (3) Engineering underground water level is high; (4) Construction organization is not reasonable. Combined with the actual situation of the project, proposed the emergency measures and reinforcement schemes. Summary of experiences and lessons in this case, can provide experience and reference for other similar projects.

dike; construction; landslide; causes analysis; emergency reinforcement

王穎聰(1985-)，女，河北衡水人，工程師，主要從事水利工程管理工作。E-mail:8583192@qq.cm。

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2096-0506(2017)03-0048-06