桐鄉(xiāng)應急備用水源地岸坡滑動變形的原因分析與處理

孫 菁 鄭小東

桐鄉(xiāng)應急備用水源地岸坡滑動變形的原因分析與處理

孫 菁 鄭小東

桐鄉(xiāng)應急備用水源工程位于桐鄉(xiāng)市城區(qū)東部振東新區(qū)革新村。湖區(qū)主要功能定位為應急備用水源，并兼有城市景觀、區(qū)域水環(huán)境改善、城市防洪排澇調(diào)蓄等綜合功能。主湖區(qū)規(guī)模：湖區(qū)2.86～2.40m為蓄澇庫容，用于容蓄圩區(qū)內(nèi)的澇；2.40～-1.90m為蓄水庫容，用于應急供水；-1.90m以下是死庫容；湖區(qū)占地面積80.07萬m2，總庫容為278.6萬m3。工程于2012年4月開工。2013年8月～10月期間，庫區(qū)開挖施工過程中，多處土堤發(fā)生了向湖區(qū)中心方向的局部滑動變形。

一、產(chǎn)生滑動變形的原因分析

1.湖區(qū)范圍岸坡地質(zhì)情況

第1層：素填土。該層全場分布，各勘探點處揭露層厚0.30～3.20m，層底標高5.05～0.20m。雜色，松散，含植物根莖，以粘性素填土為主，局部為含建筑垃圾的雜填土。

第2-1層：粉質(zhì)粘土。該層基本全場分布，水域地段基本缺失，分布區(qū)域揭露層厚 0.80～4.90m，層頂埋深2.60～0.30m，層底標高2.00～-1.70m?；尹S色，可～軟塑，飽和，含渲染網(wǎng)紋狀鐵質(zhì)氧化物，搖振反應無，稍有光澤，干強度中等，中等韌性。

第2-2層：粉土。該層基本全場分布，水域地段基本缺失，分布區(qū)域揭露層厚1.20～4.10m，層頂埋深3.40～1.50m，層底標高-0.25～-3.77m?；尹S色～灰色，稍密，飽和，含云母屑，搖振反應迅速，切面無光澤，干強度低，韌性低。

第3-1層：淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土。該層分布于全場地，揭露層厚0.30～11.1m，層頂埋深6.70m，河道部位出露于河底，層底標高-0.60～-10.6m。灰色，流塑，飽和，含腐殖質(zhì)，具微層理，局部夾粘質(zhì)粉土薄層，搖振反應無，稍有光澤，干強度中等，韌性中等。

第3-2層：粉土。該層分布于全場地，揭露層厚1.80～22.6m，層頂埋深5.60～2.90m，層底標高-2.11～-22.0m?；疑?，稍密，濕，含腐殖質(zhì)、云母屑，具微層理，搖振反應迅速，切面無光澤，干強度低，韌性低。

2.湖區(qū)岸坡型式

湖區(qū)岸坡主要為兩種型式：西岸岸坡坡頂高程3.6m，自3.6m高程以下以1∶3的坡比至1.4m高程平臺，平臺以下再以1∶3的坡比至0.9m高程平臺，平臺邊緣處設置0.5m高固水坎，平臺以下再以1∶3的坡比至湖底-4.0m高程；北岸、東岸和南岸的岸坡坡頂高程3.6m，自3.6m高程以下以1∶3的坡比至1.6m高程平臺，平臺以下再以1∶3的坡比至1.2m高程平臺，平臺邊緣處設置0.5m高固水坎，平臺以下再以1∶3的坡比至湖底-4.0m高程。

根據(jù)工程區(qū)的地質(zhì)情況，結(jié)構(gòu)設計采用1∶3的邊坡坡度且分級放坡，整體抗滑穩(wěn)定堤防邊坡穩(wěn)定計算結(jié)果見表1。

表1 整體抗滑穩(wěn)定堤防邊坡穩(wěn)定計算結(jié)果

從表1的結(jié)果看，兩種工況條件下的護坡的整體穩(wěn)定均能滿足規(guī)范規(guī)定的穩(wěn)定要求。

3.產(chǎn)生局部滑動的原因分析

影響邊坡穩(wěn)定性的因素有內(nèi)在因素和外在因素。內(nèi)在因素有組成邊坡土體的性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造、土體結(jié)構(gòu)、地應力等。外在因素有地表水和地下水的作用、地震、風化作用、人工開挖、爆破以及工程荷載等，其中地表水和地下水是影響邊坡穩(wěn)定最重要、最活躍的外在因素。

根據(jù)現(xiàn)場實際開挖地層情況揭露可知，部分岸坡存在粉砂夾層和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土夾層（3-1層）出露，由于3-1層的特性為高含水量、高靈敏度、高壓縮性、低強度的軟土，工程地質(zhì)條件差，抗剪強度低，對岸坡抗滑不利，遇水后土體松散變形，失去凝聚力；粉砂夾層的特性為毛細壓力微弱，土粒與土中水的相互作用不明顯，表現(xiàn)出砂土的特性，若在地下水位之上，毛細水含量低，結(jié)構(gòu)緊密，強度高，壓縮性較?。划斂琢?nèi)充滿毛細水或重力水時，壓縮性高，力學強度低，在荷載作用下易液化，在水頭作用下易形成流砂。本工程在湖區(qū)岸坡開挖過程中，正好遭遇臺風季節(jié)，連日的強降雨使得岸坡表面3-1層和粉砂夾層土沖刷出溝渠，降雨使整個地區(qū)的地下水位抬高，施工來不及進行降水，大量的地下水需從岸坡排到湖區(qū)，岸坡向湖區(qū)滲出大量的水。根據(jù)水壓力原理，地下水位升高，和湖區(qū)水位產(chǎn)生一個水頭差，就產(chǎn)生了一個水對所開挖土堤的向湖區(qū)方向的推動外力。水頭差越大，水的推動力越大，直至滲水通過表面裸露的土層滲透到低洼處，帶走土粒形成局部土體流失和坍塌，形成滑坡。

由以上分析可知，本次滑坡主要是由于地下水排不出去和不良土質(zhì)裸露引起的，因此排出土體內(nèi)部的水和覆蓋裸露的不良土質(zhì)是解決問題的關鍵所在。

4.常用治理方法

（1）消除和減輕地表水和地下水的危害

滑坡的發(fā)生常和水的作用有密切關

系，因此，消除和減輕水對邊坡的危害尤其重要，其目的是降低孔隙水壓力和動水壓力，防止土體的軟化及溶蝕分解，消除或減小水的沖刷作用。具體做法有：防止外圍地表水進入滑坡區(qū)，可在滑坡邊界修截水溝；在滑坡區(qū)內(nèi)，可在坡面修筑排水溝。在覆蓋層上可用漿砌片石或人造植被鋪蓋，防止地表水下滲。排除地下水的措施很多，應根據(jù)邊坡的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特征和水文地質(zhì)條件加以選擇，常用的方法有：水平鉆孔疏干、垂直孔排水、豎井抽水、支撐盲溝。

（2）改善邊坡巖土體的力學強度

通過一定的工程技術(shù)措施，改善邊坡土體的力學強度，提高其抗滑力，減小滑動力。常用的措施有：削坡減載，用降低坡高或放緩坡角來改善邊坡的穩(wěn)定性，削坡設計應盡量削減不穩(wěn)定土體的高度，而阻滑部分土體不應削減；人工加固邊坡常用的方法有修筑擋土墻、護墻等支擋不穩(wěn)定土體，抗滑樁作為阻滑支撐工程，固結(jié)灌漿或電化學加固法加強邊坡土體的強度等。

二、專項處理措施

覆蓋裸露的不良土體和排除不良土體中的地下水。采用粘性土覆蓋并設置抗滑樁作為阻滑支撐。由于該工程為關乎民生的水源地工程，在滑坡體處理中不能采用對水體有害的固結(jié)灌漿或化學加固法，阻滑樁的選擇采用生態(tài)的松木樁。粘土鋪蓋下設排水管，導出不良土體中的地下水。

具體處理施工方法如下：

（1）先清除滑坡土體，清理完畢后挖除岸坡設計坡線1m深范圍內(nèi)岸坡上的粉砂土層和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層。

（2）將挖除粉砂土層和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層后的岸坡采用粘性土進行換填，形成一個粘土鋪蓋，粘性土的干容重不小于14.5kN/m3，滲透系數(shù)K≤1×10-6cm/s。分層碾壓，每層厚0.3m，壓實度不低于0.92。粘性土取自庫底，自庫底開挖用于回填的粘性土時，為保證邊坡的穩(wěn)定，開挖線距離邊坡坡腳10m以上，開挖深度不超過1m。

（3）為保證岸坡地下水排水通暢，粘土底部設置縱橫向袋裝碎石排水管。縱向袋裝碎石排水管直徑30cm，布置在換填粘性土與粉砂層和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層之間；橫向袋裝碎石排水管直徑30cm，間距2m，尾部和縱向袋裝碎石排水管相接可靠。橫向袋裝碎石排水管出口處所適當保護。

（4）粘性土回填完成后，沿填土底部打一排松木樁，樁身直徑100～120mm，樁長2m，間距1m，與袋裝碎石排水管間隔布置。

三、結(jié)語

經(jīng)過以上措施處理后，開挖邊坡經(jīng)過半年多的監(jiān)測，未發(fā)現(xiàn)新的變形，保持了穩(wěn)定，說明此次岸坡產(chǎn)生滑動變形的處理是有效的。在邊坡設計中，若碰到此類大開挖邊坡，且開挖后長期未蓄水，則需采取一些預防措施防止邊坡出現(xiàn)滑坡。可以從以下幾個方面進行：（1）加強排水。邊坡表面可布置防沖刷的排水通道，防止積水自然形成排水溝渠，沖刷邊坡表面，引起滑坡；若碰到邊坡土層中存在粉砂土和軟弱夾層土，坡后地下水易在粉砂土層內(nèi)形成排水通道，引起土層液化，形成流砂，在內(nèi)外水頭差的帶動下引起邊坡滑坡，須在粉砂土層中布置袋裝碎石排水通道，盡快降低坡后地下水位。（2）表面鋪蓋。邊坡土層若存在粉砂土和軟弱夾層土，從外因上解決可通過布置碎石排水通道來防止滑坡，從內(nèi)因上解決可考慮挖除粉砂土在邊坡上的表面土層，再換以抗沖刷能力強的粘性土層進行覆蓋，增強抗沖刷能力和抗液化能力。（3）加強監(jiān)測。對于長期未蓄水的邊坡，必須安排專門的監(jiān)測人員進行定時監(jiān)測，并提前準備處理預案，盡快解決滑坡，以免造成安全事故。（4）盡快蓄水■

（作者單位:上海勘測設計研究院200000）

（專欄編輯：周 權(quán)）