微型組合樁在高位滑坡?lián)岆U(xiǎn)工程中的運(yùn)用

張波

摘 要： 本文通過(guò)一個(gè)工程實(shí)例，分析了白水河高位滑坡災(zāi)害鏈情況，介紹了采用微型組合樁進(jìn)行搶險(xiǎn)治理的思路和方法。工程實(shí)踐表明，微型組合樁具有施工高效快捷安全的優(yōu)點(diǎn)，在交通運(yùn)輸條件受限的高位滑坡處置中，取得了成功，可供類似項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)參考。

關(guān)鍵詞： 白水河； 高位滑坡； 穩(wěn)定系數(shù)

1. 引言

高位滑坡危險(xiǎn)區(qū)范圍大，除滑坡體上的人員、房屋等外，因滑坡從高位滑出后，可沿陡峭斜坡產(chǎn)生高速下滑，滑體物質(zhì)又鏟刮和攜帶下部斜坡表層較松散物質(zhì)產(chǎn)生大落距運(yùn)移，直接產(chǎn)生較大危害。高位滑坡一旦初期啟動(dòng)后，往往形成高陡臨空面，進(jìn)一步牽引其后坡體形成牽引式滑坡，若不及時(shí)處置，將發(fā)生更大規(guī)模、更大危害的災(zāi)害鏈。因?yàn)榈匦蔚孛?、交通等各種因數(shù)制約，處置的難度和時(shí)效限制受到較大制約，在選擇處置方案時(shí)，通常無(wú)條件短期內(nèi)進(jìn)行一次性治理，常規(guī)辦法也會(huì)受到局限。本文以四川省寧南縣白水河滑坡為例，介紹在滑坡初期啟動(dòng)后的搶險(xiǎn)治理中，選用微型組合樁的做法和效果。

2. 白水河滑坡特征及危害

2.1 滑坡基本特征

該滑坡地處橫斷山東北部、青藏高原東南邊緣，北東為大涼山余脈，西及西南為魯南山東坡，兩山之間形成一條由西北向東南傾斜的橫溝，即黑水河谷。兩岸整體陡峭，30°～52°，局部地段平緩，18°～25°，呈現(xiàn)陡緩相交的地形地貌特征，在陡緩地形變化一帶，形成滑坡，該滑坡位于黑水河右岸，地形總體上為深切割構(gòu)造侵蝕中-高山地形，地形陡峻，受構(gòu)造及巖性控制，地形臨空條件發(fā)育?；潞缶壍慕^對(duì)高程2000m左右，前緣剪出口高程1615m，坡下黑水河高程約為1076m，為一典型的高位滑坡?；聟^(qū)地處則木河斷裂以及高陡邊坡，滑床基巖節(jié)理裂隙發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化層較厚，鉆探巖芯較破碎?；w物質(zhì)主要為碎石及夾巖屑碎石土，稍濕，稍密，碎石成分主要為砂巖和泥巖，滑帶物質(zhì)為基覆界面處灰黃、黃色、褐黃色夾含黏性土角礫，滑床為灰白、灰綠、褐黃色砂巖、紫紅色泥質(zhì)砂巖、頁(yè)巖互層，滑體前沿厚度18m～25m。

2012年6月28日發(fā)生初次滑動(dòng)，部分滑坡物質(zhì)高位剪出后堵斷其下方公路。2012年8月16日，持續(xù)3天暴雨后滑坡前緣發(fā)生二次大規(guī)模的滑動(dòng)，滑體物質(zhì)又鏟刮和攜帶下部斜坡表層較松散物質(zhì)做大落距運(yùn)移，造成過(guò)往人員死亡2人、失蹤3人，公路阻斷長(zhǎng)達(dá)600余米，堵塞坡角河道長(zhǎng)100余米，河水位上漲近4米，河水?dāng)嗔鹘?個(gè)小時(shí)，阻斷交通15天?；录舫龊笤谄湎虏科麦w形成坡面碎屑流，在河谷形成不穩(wěn)定堆積體，經(jīng)測(cè)算，兩次剪出滑落的滑體體積共約87.0×104m3（見(jiàn)照片1、2）。后部坡體變形嚴(yán)重，坡體發(fā)育有明顯的多級(jí)錯(cuò)距明顯的圓弧形錯(cuò)坎，最高下錯(cuò)高度達(dá)4m，還發(fā)育大量拉裂縫。根據(jù)變形特征，可將剩余滑坡劃分為三個(gè)區(qū)：1區(qū)為強(qiáng)烈區(qū)，受前緣滑坡下滑的牽引變形嚴(yán)重，形成4m高錯(cuò)坎和深大裂縫，極不穩(wěn)定；2區(qū)為中等變形區(qū)，產(chǎn)生了大量的變形拉張裂縫；3區(qū)為一般變形區(qū)，僅少數(shù)變形裂縫產(chǎn)生。其對(duì)應(yīng)滑體體積分別為54.0×104m3、107.5×104m3和14.7×104m3（詳見(jiàn)圖1、圖2）?？辈旖Y(jié)論認(rèn)為滑坡整體穩(wěn)定狀態(tài)相對(duì)較好，天然狀態(tài)穩(wěn)定系數(shù)1.09，暴雨和天然+地震狀態(tài)穩(wěn)定系數(shù)分別為1.01和0.99，將出現(xiàn)失穩(wěn)；滑坡I區(qū)在天然狀態(tài)下處于臨界平衡，穩(wěn)定系數(shù)1.02，暴雨?duì)顟B(tài)和天然+地震狀態(tài)穩(wěn)定系數(shù)分別為0.97、0.94，將失穩(wěn)下滑。如果1區(qū)失穩(wěn)下滑后，將進(jìn)一步牽引滑坡2、3區(qū)，使其穩(wěn)定性進(jìn)一步降低，在暴雨?duì)顟B(tài)下也將會(huì)失穩(wěn)。

2.2 滑坡危害

2012年災(zāi)情發(fā)生后，在滑坡體上變形區(qū)仍然有14戶70余口人居住，為直接危害對(duì)象。

根據(jù)調(diào)查分析“8.16”滑坡滑動(dòng)后堵江情況，依據(jù)現(xiàn)有地形剖面對(duì)后期堵塞河道情況進(jìn)行估算分析其他危害情況。

2.2.1 滑坡區(qū)河流堵江的最小土石方估計(jì)

按照下列公式Vmin=L·Hr·Br-Hr2·Br（1/2tg14°+1/2tgφ）

當(dāng)壩底寬是壩高的8～10倍，如果取L=9Hr，則上式可簡(jiǎn)化為

Vmin=Hr2·Br（7-0.5ctgφ）

式中：河床寬度為Br ；河水平均深度為Hr ；河床縱向坡降角為β，一般情況河床坡降β較小，在距離較短時(shí)可近似視為水平，即β=0。一般天然堆石壩上游壩體較陡，其坡度應(yīng)滿足滑體物質(zhì)堵江的飽水內(nèi)摩擦角φ ，下游的坡角可以采用堵江物質(zhì)發(fā)生水石流的起始坡度，一般取14°，壩底寬度為L(zhǎng)。

通過(guò)上述公式可以計(jì)算出本滑坡后期完全堵江所需要的最小土石方量12.2×104m3。

由于滑坡前緣的黑水河經(jīng)過(guò)2012年堵江之后河道狹窄，而滑坡穩(wěn)定性較低，在暴雨或地震條件下1區(qū)54×104m3滑體將失穩(wěn)，滿足河段發(fā)生完全堵江所需的最小方量。

2.2.2滑坡區(qū)河流堵江高度預(yù)測(cè)

①經(jīng)驗(yàn)公式法：采用黃潤(rùn)秋、王士天等依據(jù)32個(gè)滑坡失穩(wěn)堵江資料的總結(jié)得出天然堆石壩的體積Vd和壩高Hd的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式：

（相關(guān)系數(shù)r=0.8736）

計(jì)算得出該滑坡失穩(wěn)后的堵江高度分別為1區(qū)失穩(wěn)堵江高度16.93m，1+2區(qū)失穩(wěn)堵江高度47.86m。

②形態(tài)法：根據(jù)可能的滑動(dòng)的區(qū)塊，參照滑坡前期啟動(dòng)的堵河特征，分別計(jì)算堵塞黑水河的高度分別為1區(qū)失穩(wěn)堵江高度14.3m，1+2區(qū)失穩(wěn)堵江高度41.2m。

2.2.3 滑坡區(qū)河流堵江回淤高度預(yù)測(cè)

按照上述滑坡不同分塊滑動(dòng)導(dǎo)致的堵河高度，結(jié)合河道縱剖面坡降，得到不同堵河高度下的回淤回水對(duì)上游重要建筑及人口密集區(qū)回水高度如下：

白水河滑坡不同區(qū)塊下滑造成回水深度統(tǒng)計(jì)表

[滑坡區(qū)塊＼&白水河電站回水高度（m）＼&大河壩集鎮(zhèn)回水高度（m）＼&1＼&11.65＼&＼&1+2＼&38.55＼&17.79＼&]

2.2.4 滑坡威脅對(duì)象分析

通過(guò)堵河計(jì)算，參照目前的黑水河河面坡度，堰塞湖的回水長(zhǎng)度會(huì)危及壩體上游約2502.02m～8611.66m的范圍，將淹沒(méi)上游距離滑坡點(diǎn)只有200米普格縣白水河電站、距離1000米的公德房電站，兩座電站總投資1.6億元、裝機(jī)容量1.66萬(wàn)千瓦、有從業(yè)人員110人。同時(shí)，嚴(yán)重威脅距離滑坡點(diǎn)只有3000米的大河壩普格縣花山鄉(xiāng)建設(shè)村、大坪鄉(xiāng)底古村、普基鎮(zhèn)紅軍樹(shù)村村民共108戶800人、2000多萬(wàn)元的生命財(cái)產(chǎn)安全。

考慮到堵江后可能完全潰壩，洪峰影響長(zhǎng)度約7.6km～23.9km，根據(jù)潰壩影響長(zhǎng)度，下游區(qū)的主要威脅對(duì)象有：一是直接威脅滑坡點(diǎn)下游約1500米的上游村8組實(shí)施集農(nóng)村改造和地質(zhì)災(zāi)害避讓搬遷安置為一體的新建上游新村，涉及45戶230人財(cái)產(chǎn)1500萬(wàn)元。二是威脅下游約10公里的松新鎮(zhèn)安全。松新鎮(zhèn)屬寧南縣第二大集鎮(zhèn)，目前松新鎮(zhèn)五一村下壩的白鶴灘電站移民安置暨新農(nóng)村綜合體正在建設(shè)中，該新區(qū)一旦建成將涉及15300人的生命財(cái)產(chǎn)。

其他還存在坡面滾石和坡面泥石流兩種危害方式。因此，該滑坡將會(huì)產(chǎn)生一系列災(zāi)害鏈，必須立即處置。

3. 應(yīng)急搶險(xiǎn)治理

3.1 應(yīng)急搶險(xiǎn)的緊迫性和必要性

由于滑坡特別是在1區(qū)54萬(wàn)方天然狀況處于臨界平衡狀態(tài)，暴雨時(shí)將失穩(wěn)下滑，對(duì)黑水河將堵江，形成較大的災(zāi)害鏈，因項(xiàng)目程序等諸多原因，勘察結(jié)束時(shí)已至2013年4月底，6月中旬即將進(jìn)入主汛期，如果按照常規(guī)程序進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)、財(cái)政評(píng)審、招投標(biāo)等，2013年汛期將無(wú)法安全度汛，為此分兩步進(jìn)行治理，即應(yīng)急搶險(xiǎn)治理+綜合治理。搶險(xiǎn)治理目標(biāo)是確保2013年汛期滑坡不產(chǎn)生較大規(guī)?；瑒?dòng)造成堵江形成災(zāi)害鏈，同時(shí)盡量保障寧南縣唯一的出縣通道的基本暢通；汛期后再進(jìn)行徹底整治的綜合治理；應(yīng)急治理要與后期綜合治理相結(jié)合考慮。

3.2 應(yīng)急搶險(xiǎn)總體方案選擇

應(yīng)急搶險(xiǎn)治理工程的總體方案如下：由于汛期臨近，搶險(xiǎn)治理工程要以最快速度在45天內(nèi)有效發(fā)揮作用，因此選擇方案時(shí)應(yīng)以施工快捷為首選；鑒于滑坡位置交通運(yùn)輸條件很差，傳統(tǒng)人工挖孔抗滑樁既不能滿足工期要求，也存在施工安全隱患，而滑坡體又為松散土層、表面坡度較緩，錨索錨桿方案效果和發(fā)揮效果的時(shí)間也受到限制；經(jīng)比較最終主體工程選擇微型組合樁（鋼管樁）對(duì)強(qiáng)烈變形的滑坡Ⅰ區(qū)進(jìn)行支擋，盡可能將滑坡物質(zhì)攔擋于坡頂，在下部滑坡堆積區(qū)上設(shè)分流槽，將滑坡體下滑物質(zhì)和斜坡上堆積形成的坡面碎屑物質(zhì)產(chǎn)生碎屑流時(shí)向堆積區(qū)兩側(cè)分流堆積，減少滑坡物質(zhì)對(duì)黑水河主河道的淤積。另外在滑坡體外圍設(shè)一道截水溝，在滑坡體內(nèi)設(shè)兩條排水溝，封閉滑坡體內(nèi)的裂縫，防止地表水的下滲，以提高滑坡的穩(wěn)定性。

在滑坡前緣設(shè)置鋼管樁可支擋滑坡體物質(zhì)約為33×104m3，未進(jìn)行支擋的樁前滑坡體物質(zhì)方量為21×104方；在下部堆積區(qū)設(shè)“V”型分流槽，槽寬10m，建成后的分流槽可向兩側(cè)分流滑坡物質(zhì)約10×104m3，分流槽本身可停淤約5.4×104m3?？紤]滑坡中部碎屑?xì)埩趔w形成坡泥石流20年一遇沖出量固體物質(zhì)為0.44×104方，入河放量?jī)H有6×104m3不會(huì)造成堵江，可達(dá)到防治目標(biāo)。

3.3 主體工程設(shè)計(jì)

3.3.1 平面布置

微型組合鋼管樁布置分兩組，由于滑坡前沿比較破碎、穩(wěn)定性很差，為保證施工安全，第一組鋼管樁距滑坡前緣為15m，第二組鋼管樁距第一組鋼管樁10m，兩組間距是考慮后期綜合治理時(shí)，可能將在兩組樁之間實(shí)施人工挖孔抗滑樁。在主滑方向推力最大段達(dá)745kN每組鋼管樁均設(shè)為三排樁，推力較小部位后面1組設(shè)2排樁，兩側(cè)方設(shè)1組鋼管根。鋼管樁按梅花形布置，樁距、排距均為1.5m。

3.3.2 樁身構(gòu)造

鋼管樁成樁孔徑取250mm，采用氣動(dòng)潛孔錘成孔，跟管管徑245mm，成孔后內(nèi)下Φ168δ8無(wú)縫鋼管，鋼管連接采用內(nèi)幫外焊連接，鋼管內(nèi)外進(jìn)行注漿作為鋼管的保護(hù)層。嵌固端長(zhǎng)度根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，嵌固段不少于樁長(zhǎng)的1/4，該滑體由于滑體厚度大按1/3計(jì)?；w厚18m～25m，嵌固端分別取10m～13m。樁長(zhǎng)分別為A型樁長(zhǎng)28m、B型鋼管樁長(zhǎng)32m、C型鋼管樁長(zhǎng)38m。

3.3.3 聯(lián)系梁

為將鋼管樁連成整體，在樁頂部布置縱橫及斜向的聯(lián)系梁，梁的寬度為370mm，高度為440mm，樁伸入梁內(nèi)400mm。

4. 結(jié)語(yǔ)

（1）白水河高位滑坡為一牽引式滑坡，其滑動(dòng)破壞將形成災(zāi)害鏈，危害非常大，為安全度汛按搶險(xiǎn)治理和綜合治理分兩步進(jìn)行十分必要。

（2）鋼管樁施工采用氣動(dòng)潛孔錘成孔，施工速度快、安全性較高、無(wú)施工用水對(duì)滑坡的不利影響，且可以眾多設(shè)備同時(shí)作業(yè)，能較快發(fā)揮治理效果，是應(yīng)急搶險(xiǎn)治理工程較好的選擇手段之一。

（3）對(duì)于滑體厚度達(dá)18m～25m且臨空面較陡，不穩(wěn)定的滑坡采用微型組合樁支檔，尚無(wú)成熟經(jīng)驗(yàn)可借鑒，常規(guī)計(jì)算往往存在諸多的不滿足，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分分析和綜合判斷。同時(shí)，尚應(yīng)考慮到灌漿后對(duì)滑帶土體力學(xué)性能的增強(qiáng)作用。

（4）搶險(xiǎn)治理的微型組合樁既是臨時(shí)措施，又可永臨結(jié)合作為永久治理工程的一部分，避免了僅作為臨時(shí)措施造成的浪費(fèi)。

（5）該滑坡?lián)岆U(xiǎn)治理后，經(jīng)歷了兩個(gè)水文年均保證了很好的搶險(xiǎn)治理效果。

致謝

本項(xiàng)目應(yīng)急搶險(xiǎn)治理設(shè)計(jì)過(guò)程中，得到了蔣忠信等專家的大力指導(dǎo)和幫助，在此表示衷心感謝。