川東北氣田A井場(chǎng)滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及治理方案設(shè)計(jì)

周記萌

（四川蜀渝石油建筑安裝工程有限責(zé)任公司，四川 成都 610084）

0 引言

川東北高含硫氣田宣漢開縣區(qū)塊內(nèi)部集輸工程之A井場(chǎng)位于重慶市開縣高橋鎮(zhèn)齊力鄉(xiāng)新安村八組。A井場(chǎng)滑坡工程位于羅家11H井組南側(cè)單面山堆積體斜坡中下部。在修建放空區(qū)及敷設(shè)管道的過程中，由于修建臨時(shí)施工道路及連續(xù)降雨等因素，導(dǎo)致該區(qū)域覆蓋層開始變形，為確保該區(qū)域的穩(wěn)定及后期井場(chǎng)運(yùn)營安全，防止產(chǎn)生邊坡整體失穩(wěn)，故需要對(duì)滑坡進(jìn)行整治。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和勘察資料查明A井滑坡形態(tài)、規(guī)模、地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)等，結(jié)合滑坡的基本特征及類型，分析滑坡成因機(jī)制，對(duì)滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，預(yù)測(cè)滑坡未來發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合工程實(shí)際，綜合考慮技術(shù)、安全、施工等各方面因素，分析探討得出合理的滑坡治理方案。

1 A井場(chǎng)滑坡工程地質(zhì)特征

1.1 滑坡分布形態(tài)、類型及地形地貌

如圖1所示，該滑坡整體上形態(tài)呈“簸箕”形。區(qū)域內(nèi)地貌形態(tài)整體上為構(gòu)造侵蝕低山丘陵嶺谷地貌，勘查區(qū)微地貌形態(tài)為整體陡緩的斜坡地形，坡長約130 m，滑坡區(qū)平均坡度為20°～30°，主滑方向?yàn)?37°。滑坡地貌明顯，上部有圈椅狀滑坡壁，坡面呈臺(tái)階狀，上部陡、下部變緩?；滤幮逼缕履_一般高程為790 m，后緣最大高程為840 m，相對(duì)高差約50 m，前緣寬度約為58 m，順主滑方向長約95.5 m，滑體最大厚度約為7.8 m，體積約2.5×104m3，為一小型土質(zhì)滑坡。

圖1 A井場(chǎng)滑坡工程平面布置圖

1.2 滑坡地層巖性特征及地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)勘察，滑坡的覆蓋層為第四系全新統(tǒng)崩坡積碎石土（Q4col+dl）：雜色，稍密-中密，稍濕，碎石含量約50%～60%，空隙內(nèi)填充為粉質(zhì)粘土，碎石粒徑主要為0.05～0.2 m，最大粒徑約3.0 m，級(jí)配較連續(xù)，成分基本為強(qiáng)風(fēng)化～中風(fēng)化泥、砂巖碎塊，如圖2所示。

圖2 A井場(chǎng)4-4′滑坡地質(zhì)剖面圖

下伏基巖為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組（J2s）泥巖：區(qū)域內(nèi)泥巖與砂巖呈互層分布，產(chǎn)狀330°∠17°，揭露段為泥巖，褐色、磚紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄—中厚層狀構(gòu)造，主為高嶺土、蒙脫石等粘土礦物，次為巖屑，夾薄層砂巖，按風(fēng)化程度分為強(qiáng)風(fēng)化泥巖和中風(fēng)化泥巖，層位較穩(wěn)定。

A井場(chǎng)區(qū)域內(nèi)構(gòu)造體系屬新華夏系構(gòu)造體系，為燕山—喜山期成生之北北東向構(gòu)造，滑坡位于平樓山向斜的南東翼和溫泉井背斜的北西翼，斷裂及次級(jí)褶曲均不發(fā)育。區(qū)域內(nèi)歷史上地震活動(dòng)較弱，未發(fā)生過VI級(jí)以上的強(qiáng)震，根據(jù)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2001，1∶400萬），勘察區(qū)地震動(dòng)峰值加速度值為0.05 g（相應(yīng)地震基本烈度為VI度），地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期值為0.35 s。

1.3 地下水

地下水分為基巖裂隙水和第四系松散堆積層孔隙水兩類。松散堆積層孔隙潛水分布在堆積體內(nèi)，其含水介質(zhì)由粉質(zhì)粘土及碎塊石組成?；鶐r裂隙水指賦存于沙溪廟組泥巖淺層風(fēng)化帶中的網(wǎng)狀裂隙水及基巖層間裂隙水?；聟^(qū)地形為斜坡狀，致使地下水補(bǔ)給滲入條件較差，基巖富水性較弱。大氣降水是地下水的主要補(bǔ)給來源，受降雨量、地貌、植被和巖石裂隙、巖溶發(fā)育等因素影響，補(bǔ)給隨地面條件而變化，季節(jié)性變化較大。地下水及土對(duì)混凝土及混凝土中的鋼為微腐蝕。據(jù)調(diào)查顯示，A井區(qū)域內(nèi)93.61%以上的地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與地下水活動(dòng)有關(guān)，尤其在雨季，當(dāng)連續(xù)下幾天暴雨之后，滑坡、崩塌、地面塌陷等也隨之發(fā)生。

2 A井滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

2.1 滑坡成因分析

1）地形地貌：滑坡區(qū)地面自然坡度20°～30°，在區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用下，滑坡體內(nèi)部原有應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生變化，坡體內(nèi)出現(xiàn)部分與坡面平行的裂隙，向斜坡的臨空面方向張開，為深層變形的形成提供了條件?；鲁霈F(xiàn)平臺(tái)、面積不大，且有向下緩傾現(xiàn)象，滑坡前緣土石松散，有局部坍塌現(xiàn)象。

2）地層巖性：滑坡體主要為軟質(zhì)巖，抗風(fēng)化能力弱，組織結(jié)構(gòu)大部分破壞,節(jié)理裂隙十分發(fā)育，巖層破碎，巖質(zhì)軟,巖表層遇水產(chǎn)生粘土化現(xiàn)象，易被水軟化，在滲流、重力、風(fēng)化等作用下，巖土分界面易變?yōu)檐浫趺?，易產(chǎn)生滑移，為滑坡的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

3）地下水和降水：大氣降水及地表水的滲透浸蝕作用增大了土體重度，并降低土體的抗剪強(qiáng)度。一方面，地下水產(chǎn)生的動(dòng)水壓力和靜水壓力，促進(jìn)巖土體的破壞；另一方面，地下水交替強(qiáng)烈，在巖土體相對(duì)富集處，增加重量，且滲透破壞作用增強(qiáng)，滑坡土體的透水性總體較差，地下水多沿侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組（J2s）泥巖頂面的中風(fēng)化界面一帶徑流，對(duì)巖土體進(jìn)行潛蝕軟化，形成了軟弱泥滑面（帶），降低其抗剪強(qiáng)度，為滑坡的形成提供了滑動(dòng)介質(zhì)。

根據(jù)以上滑坡成因分析，判斷滑坡變形破壞模式為：①蠕滑—拉裂：在重力作用下沿軟弱夾層內(nèi)部發(fā)生蠕動(dòng)，形成折線型滑動(dòng)面，在降雨外力作用下發(fā)生淺層坡體拉裂破壞。②滑移—壓致拉裂：上覆松散體沿巖土分界面產(chǎn)生的折線型深層滑動(dòng)［1］。

2.2 穩(wěn)定性計(jì)算

2.2.1 計(jì)算方法

根據(jù)滑坡類型,采用傳遞系數(shù)法來評(píng)價(jià)滑坡的穩(wěn)定性和計(jì)算滑坡推力，截取滑坡單位寬度（1 m）進(jìn)行穩(wěn)定系數(shù)和推力計(jì)算。按《巖土工程勘察規(guī)范》（GB50021-2001）中的公式進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算［2］。

式中，Ti為第i條塊下滑力（出現(xiàn)與滑動(dòng)面方向相反的滑動(dòng)分力時(shí)取負(fù)值），kN／m；Ri為第i條塊的抗滑力，kN／m；Di為第i條塊的動(dòng)水壓力（由于滑體內(nèi)無統(tǒng)一地下水位，本次安全論證不考慮動(dòng)水壓力，公式中取值0），kN／m；Wi為第i條塊有效重量（水位線以上取天然重，水位線以下取浮重），kN／m；Qi為地震水平力，kN／m；li為第i條塊滑面長度，m；ci為第i條塊的滑面粘聚力，kPa；φi為第i條塊內(nèi)摩擦角；Ψj為第i條塊剩余下滑力傳遞至i+1塊段時(shí)的傳遞系數(shù)（j＝i時(shí)）；αi為第i條塊滑面傾角，（°）；βi為第i條塊地下水位線平均傾角（一般情況下取浸潤線傾角與滑面傾角平均值，反傾時(shí)取負(fù)值），（°）；Fs為滑坡穩(wěn)定性系數(shù)。

滑坡剩余推力計(jì)算公式如下：

式中，Pi、Pi-1分別為第Pi條塊、第Pi-1條塊的剩余推力（如果Pi-1＜0，則計(jì)算Pi時(shí)式中Pi-1取0），kN／m；Fst為滑坡剩余推力計(jì)算安全系數(shù)（地質(zhì)災(zāi)害防治工程等級(jí)為Ⅲ級(jí)，F(xiàn)st取值1.05［3］）。

2.2.2 參數(shù)選取

根據(jù)滑坡類型,穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)按巖土工程《勘查報(bào)告》和《施工圖設(shè)計(jì)》選取，詳見表1。

表1 滑坡體巖土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

2.2.3 計(jì)算剖面選取及計(jì)算工況

根據(jù)勘察和滑坡特征，選取可能產(chǎn)生滑動(dòng)的滑坡滑面（3-3′剖面、4-4′剖面和5-5′剖面，見圖1）進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性驗(yàn)算分析。荷載類型為邊坡巖體自重。荷載組合考慮兩種工況：①工況一為“自重”狀態(tài)（取天然重度和天然抗剪指標(biāo)）；②工況二為“自重+暴雨+地下水”狀態(tài)（取飽和重度和飽和抗剪指標(biāo)）。由于滑坡區(qū)地震基本烈度為VI度，所以邊坡穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)未考慮地震工況。工況一為設(shè)計(jì)工況，工況二為驗(yàn)算工況。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)參照《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》（DZ／T0219-2006）的有關(guān)要求執(zhí)行。

2.3 計(jì)算結(jié)果及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

根據(jù)勘察，綜合巖土物理力學(xué)參數(shù)以及運(yùn)用以上計(jì)算方法，可得出邊坡穩(wěn)定性的計(jì)算結(jié)果，詳見表2。

表2 A井滑坡穩(wěn)定性系數(shù)表

以安全穩(wěn)定系數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，將穩(wěn)定性系數(shù)Fs劃分為四個(gè)區(qū)間：Fs≥1.05為基本穩(wěn)定，1.05＞Fs≥1.0為欠穩(wěn)定，F(xiàn)s＜1.0為不穩(wěn)定［4］。

從表2的計(jì)算結(jié)果看，在不同工況下Fs為0.841～1.045，該滑坡為不穩(wěn)定狀態(tài)，存在局部潛在滑動(dòng)模式。在天然工況下Fs為0.949～1.045，滑坡體為欠穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨飽和工況下Fs為0.841～0.968，滑坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)；3-3′剖面在暴雨飽和工況下穩(wěn)定系數(shù)最小，該面為潛在最不穩(wěn)定滑面。

根據(jù)對(duì)滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)認(rèn)為，滑坡體在天然狀態(tài)下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在飽和工況條件下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，總體來說A井場(chǎng)滑坡地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。未來滑坡受暴雨影響較大，若遇雨季連續(xù)降雨，洪流暴漲，滑坡體受暴雨沖刷易失穩(wěn)破壞，產(chǎn)生滑坡，對(duì)井場(chǎng)內(nèi)裝置、施工機(jī)具及人員安全構(gòu)成威脅，造成的直接及間接經(jīng)濟(jì)損失巨大，故需要提出滑坡綜合治理方案，采取相應(yīng)措施提前整治。

3 A井滑坡治理方案

3.1 設(shè)計(jì)思路

根據(jù)以上分析，滑坡自身穩(wěn)定性差，為從整體上提高A井滑坡的穩(wěn)定性，可采用分層綜合治理的方法。

1）阻斷進(jìn)入邊坡的水體：對(duì)于邊坡上方及兩側(cè)地表水主要采取“截?cái)唷钡拇胧?，?duì)于坡面上大氣降水主要采取“封閉”的措施。

2）削方減載：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形及勘測(cè)資料對(duì)滑坡體進(jìn)行削方減載，減少滑體體積。

3）錨桿及錨索框架梁主動(dòng)支護(hù)：由于邊坡內(nèi)土層主要為碎塊石土，自身穩(wěn)定性差，因此采用錨桿框架梁以穩(wěn)固坡腳及第一級(jí)邊坡，邊坡中部采用錨索框架梁支護(hù)，增強(qiáng)其穩(wěn)定性，進(jìn)而達(dá)到促進(jìn)邊坡穩(wěn)定的目的。

4）重力式路塹擋土墻：根據(jù)滑坡剩余推力計(jì)算結(jié)果可知，滑坡前緣較穩(wěn)定，擋土墻能有效抵擋前緣較小推力，起到穩(wěn)固作用。

5）生物工程：在錨桿及錨索框架梁隔構(gòu)內(nèi)噴播植草，防止大氣降水沖刷坡面，對(duì)坡體起到穩(wěn)固護(hù)坡作用。

3.2 具體方案

根據(jù)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件，將A井滑坡按照高程由低至高劃分為五級(jí)邊坡，從高程最高一級(jí)邊坡（第五級(jí)邊坡）開始開挖，開挖一級(jí)加固一級(jí)，坡面清方采用人工清方的自上而下分級(jí)分段開挖方式進(jìn)行，清理后的坡比為1∶1.5～1∶2。第一級(jí)邊坡坡腳處設(shè)置4 m高重力式路塹擋土墻。墻頂?shù)诙?、三、四?jí)邊坡采用錨索框架梁內(nèi)噴播植草護(hù)坡防護(hù)，錨索間距3.5 m呈正方形布置，錨索長18～24 m，其余邊坡采用錨桿框架梁內(nèi)噴播植草護(hù)坡防護(hù)，錨桿間距3.5 m，呈正方形布置，錨桿長10 m。滑坡開挖邊坡線外5 m設(shè)置矩形天溝，將坡頂部天溝水截?cái)嗯湃胂路焦愤厹蟽?nèi)。邊坡各級(jí)采用M7.5漿砌片石封閉，并設(shè)置截水溝，截水溝中水接入天溝內(nèi)，每級(jí)框架梁均設(shè)置截水緣。

3.2.1 錨桿及錨索框架梁加固

錨桿框架梁加固適用于地形較陡，橫向基巖不深的中淺層滑坡，錨固力要求不高的小噸位錨固工程，這均符合A井滑坡的地貌地形及巖層特性。錨桿的使用對(duì)加固土層起到加筋作用，同時(shí)通過錨桿使框架梁結(jié)構(gòu)與地層連鎖在一起，形成一個(gè)共同作用體系，增強(qiáng)了地層的強(qiáng)度，改善了地層的力學(xué)性能，能有效調(diào)用和提高巖土自身強(qiáng)度和自穩(wěn)能力［5］。

考慮到地層巖性以及地質(zhì)構(gòu)造，如果單獨(dú)使用預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行邊坡加固，錨索拉力過大會(huì)引起表層坡體的變形，甚至破壞，而坡體過大的變形又會(huì)導(dǎo)致錨索預(yù)應(yīng)力的損失。預(yù)應(yīng)力錨索框架作為一種輕型支擋結(jié)構(gòu),可以適應(yīng)一定規(guī)模的各種地層巖性的邊坡病害整治工程的要求。將預(yù)應(yīng)力錨索與框架梁結(jié)合，貼于坡面的鋼筋混凝土框架由于土拱效應(yīng)對(duì)邊坡體表層巖土起框箍作用，限制表層巖土變形和破壞［6］。采用錨桿及錨索框架梁還具有便于動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，施工簡(jiǎn)易，結(jié)構(gòu)輕便，可靠性高，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的特點(diǎn)。

3.2.2 削方減載

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形及勘測(cè)報(bào)告可知，A井滑坡滑動(dòng)面土體上陡（重）下緩（輕），為推移式滑坡，且滑坡后緣及兩側(cè)有明顯的邊界。削方減載對(duì)于潛在變形面(滑動(dòng)面)為上陡下緩的推移式滑動(dòng)邊坡在坡頂進(jìn)行減荷和在下部阻滑段的壓腳具有明顯的支護(hù)效果。由于開挖擾動(dòng)時(shí)，應(yīng)力釋放及地下水朝開挖面溢出產(chǎn)生的滲透壓力等作用，易導(dǎo)致周邊土體的牽動(dòng)，產(chǎn)生新的變形體坡面，因此人工開挖時(shí)，要盡量把臨近坡面的順傾坡外的陡傾結(jié)構(gòu)面切割的巖塊清除，以免形成局部失穩(wěn)，削方過程中要根據(jù)坡體實(shí)際情況，采用合適的開挖坡率，避免形成新的高邊坡，開挖坡面的形態(tài)要與周圍的環(huán)境協(xié)調(diào)［7］。

3.2.3 截排水措施

結(jié)合A井滑坡地形地貌特征及區(qū)域構(gòu)造特性，滑坡區(qū)地表水、地下水較多，且受自然降水影響較大，滑坡界限固定，牽引范圍不大，適合對(duì)邊坡上方及兩側(cè)的地表水采取“截?cái)唷钡拇胧簩⑺胂路礁囊乒放潘疁现?，?duì)地表水進(jìn)行阻斷，避免地表水沖刷浸潤邊坡。對(duì)于坡面上大氣降水主要采取“封閉”的措施：將大氣降水與地下水間進(jìn)行有效“阻隔”，減輕地下水對(duì)巖土體的潛蝕軟化作用，降低其抗剪強(qiáng)度,避免對(duì)巖土體進(jìn)一步破壞。

3.2.4 擋土墻

擋土墻依靠墻身自重來平衡土壓力，承受側(cè)向壓力，防止土坡坍塌。通常擋土墻是在缺乏使邊坡延伸到足夠長度空間的情況下使用，常用于基巖埋藏淺、滑動(dòng)面淺的淺層滑坡，如A井場(chǎng)這樣的淺層滑坡的坡腳處。在設(shè)計(jì)中還要考慮擋土墻本身的穩(wěn)定性，在特殊情況下，一座重力式路塹擋土墻可能還不夠，有必要采用多道擋土墻或是多道扶壁來滿足其穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語

1）以A井滑坡為研究對(duì)象，通過資料采集和野外勘察，分析滑坡成因機(jī)制，進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，預(yù)測(cè)滑坡發(fā)展趨勢(shì)，并結(jié)合A井滑坡實(shí)際，提出適合該滑坡的治理方案。

2）每一種滑坡的治理措施都有其對(duì)應(yīng)的使用范圍及特點(diǎn)，整治前必須搞清楚斜坡變形的規(guī)律和邊界條件。變形破壞規(guī)律不同，處理方案及相應(yīng)處理措施也不同，要根據(jù)斜坡變形的規(guī)律大小采取相應(yīng)的措施［8］。

3）治理滑坡要因地制宜，要把“方案優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行、不留后患”作為滑坡防治的總體方針，早預(yù)防、早治理，加強(qiáng)防滑措施的維護(hù)與保養(yǎng)，將滑坡治理的措施落到實(shí)處，最大程度減少地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生及其影響。