庫岸滑坡成因分析及治理方案

高 駿，張有文，陳金輝，范 濤，紀(jì) 鵬

(1.紅河州水利水電工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督站，云南 蒙自 661100；2.紅河州水利水電工程地質(zhì)勘察咨詢規(guī)劃研究院，云南 蒙自 661100)

1 概述

滑坡是指在重力或其他荷載的作用下，地質(zhì)體沿著地質(zhì)軟弱面向下向外滑動的現(xiàn)象，它是水庫主要地質(zhì)災(zāi)害類型之一[1]，其治理工程是復(fù)雜的巖土工程問題[2]?；掳l(fā)育主要受控于滑坡所處地質(zhì)環(huán)境，如氣象水文、地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等，其產(chǎn)生往往是所處地質(zhì)環(huán)境與外界誘發(fā)條件共同作用的結(jié)果[3]?；聲λ畮煸斐蓸O大危害：如滑坡體滑入庫盆，將直接威脅水工建筑物安全，堵塞輸水隧洞建筑物；產(chǎn)生的巨大涌浪將對大壩形成巨大的沖擊荷載，甚至漫頂導(dǎo)致潰壩，其危害不容忽視。庫區(qū)一旦發(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害，必須采取適當(dāng)工程措施進行處理。

2 工程概況

2.1 工程簡介

云南省元陽縣東觀音山水庫為分區(qū)土石壩，正常蓄水位高程1937.00m，總庫容約168.42萬m3，為小(1)型水庫，最大壩高42m。人工開挖引起庫岸三處滑坡：HP1(左岸)滑坡體長約167m，寬約101m，堆積物厚約10～15m，滑坡體方量約11.8萬m3，為中型中層滑坡；HP2(中部)滑坡體長約224m，寬約166m，堆積物厚約5～17m，滑坡體方量約13.3萬m3，為中型中層滑坡；HP3(右岸)滑坡體長約90m，寬約58m，堆積物厚約3～13m，滑坡體方量約2萬m3，為小型中層滑坡。滑坡危及水庫施工及蓄水安全，對其進行綜合治理刻不容緩。

本著經(jīng)濟、安全及減少環(huán)境影響的原則，HP1滑坡采用開挖削坡+回填壓腳進行治理，HP3滑坡采用回填夯實土方+回填壓腳進行治理[5]，二者施工工藝較為簡單，下文僅對HP2(中部)滑坡治理進行詳述。

2.2 工程地質(zhì)條件

庫區(qū)屬于河流侵蝕低中山河谷地貌，地勢東南高西北低，壩址河底標(biāo)高介于1878.23～1960.41m之間，相對高差40～160m。河谷較為狹窄，為“V”形谷，最寬達44.0m，最窄約2.0m。河床多被第四系土層堆積覆蓋，其厚度一般在1.0～5.0m間，兩岸山坡坡度多為25～55°。庫區(qū)無區(qū)域性斷層及規(guī)模較大的褶皺構(gòu)造，巖層傾向北東，走向大體順河道，產(chǎn)狀為265～81°∠4～16°。壩區(qū)節(jié)理裂隙較發(fā)育，按產(chǎn)狀可分為三組：306～321°∠68～81°、175～190°∠72～88°、165～175°∠72～80°，其延伸性較差，延伸長度多為1.0～2.0m[4]。

根據(jù)滑坡地質(zhì)勘查，相關(guān)巖土體物理力學(xué)參數(shù)取值見表1[5]。

表1 東觀音山水庫滑坡區(qū)物理力學(xué)指標(biāo)建議值表

2.3 滑坡產(chǎn)生的原因分析

根據(jù)山體邊坡結(jié)構(gòu)特征及巖土體工程性質(zhì)分析及現(xiàn)場勘查，導(dǎo)致HP2滑坡產(chǎn)生的影響因素分析如下：

(1)巖土體工程性質(zhì)及構(gòu)造影響。①片麻巖(基巖)與花崗巖(脈狀)交錯分布，高含量云母(28%～61%)導(dǎo)致巖土體強度降低；②巖土體風(fēng)化強烈，工程力學(xué)性質(zhì)較差。全風(fēng)化深度5～17m，粉粒含量20%～35%，細砂含量30%～37%，粘粒含量少于8%，其余部分主要為砂粒含量；強風(fēng)化厚度10～18m，主要由砂粒及礫粒組成，含少量粉粒及碎石；③巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，節(jié)理面云母富集；④存在泥化條帶軟弱夾層。

(2)水文地質(zhì)條件。工程區(qū)位于河谷，滑坡體的兩壁地形較高，其地下水集中向滑坡區(qū)排泄，鉆孔地下水位較高，勘查孔地下水位距地表2～7m，全風(fēng)化層基本處于飽和狀態(tài)，物理力學(xué)性質(zhì)降低；滑坡體后緣見一下降泉點。

(3)氣象因素。降雨強度越大，在停雨時刻土層的孔隙水壓力越大，基質(zhì)吸力越小，使得邊坡有效應(yīng)力減小，降低了邊坡的穩(wěn)定性，邊坡的失穩(wěn)概率不斷增大[10]。工程區(qū)內(nèi)雨量充沛，多年平均降雨量2353.8mm，日最大降雨量169.3mm，雨季(5—10月)降水量968mm，占全年71.5%。該滑坡發(fā)生于雨季，氣象條件為誘發(fā)滑坡因素之一。

(4)開挖方式。施工取料時采取自下而上開挖且未分平臺，形成較高陡土質(zhì)邊坡，加之未采取有效截排水措施，改變了山體應(yīng)力平衡條件，減小了山體斜坡的穩(wěn)定性。

綜上所述，導(dǎo)致HP2滑坡產(chǎn)生的內(nèi)因是巖土體工程性質(zhì)、內(nèi)部構(gòu)造、水文地質(zhì)條件；滑坡破壞機制為剪切-滑移破壞，結(jié)構(gòu)面臨空，坡腳全強風(fēng)化巖層被切斷，或坡腳巖層擠壓剪切。錯誤的開挖方式是滑坡產(chǎn)生的主要外因；誘發(fā)因素是氣象因素。

3 滑坡體特征及穩(wěn)定性計算

3.1 滑坡體特征

HP2(中部)滑坡主滑方向約為258°，長約224m，寬約166m，滑面呈弧形，后緣滑面較陡，坡度36～60°，前緣較平滑，坡度8～17°，堆積物厚約5～17m，堆積方量約13.3萬m3，為中型中層滑坡?；露逊e物主要為全風(fēng)化基巖及第四系殘坡積土，其顆粒主要由粉粒及細砂組成(粉粒含量20%～35%，細砂含量30%～37%)，粘粒含量少于8%，其余部分主要為砂粒含量。按SL 386—2007《水利水電工程邊坡設(shè)計規(guī)范》第3.2.2條、3.2.3條的規(guī)定，東觀音山水庫為小(1)型水庫，主要建筑物為4級，庫岸邊坡影響大壩及輸水隧洞工程，邊坡級別為4級[6]。

3.2 滑坡體穩(wěn)定性計算

抗滑樁樁位確定方法主要為剩余推力法，該方法綜合考慮了地質(zhì)條件與施工條件[7]。庫區(qū)地下水位較高，土體天然狀況即處于飽和狀態(tài)，水平地震影響系數(shù)取a=0.10，采用河海大學(xué)軟件Autobank7.0計算HP2在工況Ⅰ(飽和狀態(tài))、工況II(地震狀態(tài))下的穩(wěn)定系數(shù)和剩余下滑力。根據(jù)SL 386—2007該邊坡等級為4級，滑坡安全系數(shù)對應(yīng)工況分別取1.1、1.05。

工況Ⅰ安全系數(shù)取1.1，穩(wěn)定系數(shù)為0.98，剩余下滑力為606.08kN，滑坡體不穩(wěn)定；工況II安全系數(shù)取1.05，穩(wěn)定系數(shù)為0.87，滑坡體剩余下滑力為741.21kN，見表2，滑坡體不穩(wěn)定。

表2 滑坡推力計算結(jié)果統(tǒng)計表

4 治理方案

庫岸滑坡嚴(yán)重危及大壩、輸水隧洞的安全，其治理為永久性工程，必須做到永久根治，防止滑坡體再次復(fù)活。通過現(xiàn)場勘察工作，了解清楚滑坡規(guī)模、特征，并及時取得必要的真實反映滑坡實際的巖土技術(shù)資料參數(shù)，進行科學(xué)的分析，確定合理的治理參數(shù)和治理措施[9]。

本著施工可行、技術(shù)可靠、經(jīng)濟合理的原則，綜合庫區(qū)地形條件、滑坡的發(fā)展?fàn)顩r與范圍、滑坡體的剩余下滑力等因素，HP2滑坡采用削坡+截排水溝+抗滑樁，結(jié)合坡面土工布防沖刷及固坡綠化等工程措施進行綜合治理[5]。如圖1所示。

圖1 HP2滑坡抗滑樁設(shè)計示意圖

4.1 削坡工程

通過削坡減載的措施來穩(wěn)定滑坡體使得其達到穩(wěn)定狀態(tài)是可行的[8]。減緩坡比及減載，具體為1918m高程至1938m高程位置開挖坡比為1∶4.0，壩頂高程1938m處設(shè)置15m寬平臺；1938m高程至1948m高程位置開挖坡比為1∶2.5，設(shè)置6m寬平臺；1948m高程至1958m高程位置開挖坡比為1∶2.5，設(shè)置3m寬平臺；1958m高程以上位置開挖坡比為1∶3.0，開挖至滑坡頂。

4.2 截排水工程

邊坡滲水是影響斜坡穩(wěn)定的重要因素之一，為快速排出水體，邊坡布置了截排水工程。在HP2滑坡外圍設(shè)置截水溝，防止雨水沖刷產(chǎn)生新滑坡體。滑坡體開挖1938m以上設(shè)置φ75mmPVC排水管，長3m，梅花型布置，間距、排距均為3m；平臺設(shè)置C20砼排水溝，排水溝斷面尺寸為0.4m×0.4m。

4.3 抗滑樁工程

為防止水庫蓄水引發(fā)新的滑坡，在滑坡體較為薄弱的1938m高程位置布設(shè)抗滑樁，確?；麦w的整體穩(wěn)定。根據(jù)滑坡體穩(wěn)定性計算，滑坡體最危險工況為工況Ⅱ(地震工況)，故選用工況Ⅱ(地震工況)為設(shè)計工況，地震綜合影響系數(shù)取0.25，建筑物抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)kc≥1.05，抗傾覆安全系數(shù)kt≥1.50。選取10-10′剖面，采用北京理正軟件抗滑樁設(shè)計模塊進行計算，由于滑面以下為全強風(fēng)化片麻巖，故采用M法計算?？够瑯对O(shè)計抗滑力為41.21kN/m，庫區(qū)中部抗滑樁里程為K0+000.00m～K0+155.00m，為單排布置，樁頂設(shè)計承臺聯(lián)系，單樁長10～18m，樁間距5m，共設(shè)抗滑樁32棵，總樁長466m；抗滑樁截面形狀為矩形，A型抗滑樁長度為18m，B型抗滑樁長度為15m，C型抗滑樁長度為10m；截面尺寸A型抗滑樁為2.0m×2.5m，B型、C型抗滑樁為1.5m×2.0m。由于滑面以下為全強風(fēng)化片麻巖，故采用M法計算，樁底自由支承，樁芯C25砼。樁井開挖從防護范圍兩端向主軸方向進行，隔樁開挖，及時做好鎖口和護壁，保證施工安全?？卓谝韵路止?jié)開挖，每節(jié)開挖高度控制在2m以內(nèi)并及時支護。開挖的棄渣棄出防護范圍之外，樁身澆筑砼連續(xù)進行。施工中保證抗滑樁成型的設(shè)計凈斷面尺寸。樁與樁之間采用0.6m×0.8m鋼筋砼連系梁連接，以發(fā)揮群樁效應(yīng)，增加抗滑樁的穩(wěn)定性。

5 工程治理效果

按照上述治理方案實施后，在其采用削坡壓腳的方式后，減少了滑坡體，中上部土方量從而有效地緩解了庫水位下降產(chǎn)生的動水壓力，增加了坡腳抗滑能力[11]。HP2滑坡體在地震工況下安全系數(shù)大于1.0，符合DZ/T 0219—2006《滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，表明在飽水狀態(tài)下仍能保證滑坡的安全穩(wěn)定。截排水溝能有效排泄雨季降雨形成的坡面徑流。重視相關(guān)解決對策的科學(xué)使用，促使這類工程設(shè)計工作得以高效開展，滿足水利工程設(shè)計質(zhì)量可靠性方面的要求[12]。樁頂承臺起到了重新分配彎矩的作用，承臺的存在改變了樁懸臂受力的模式，樁身形成了超靜定結(jié)構(gòu)[13]，充分發(fā)揮群樁效應(yīng)。滑坡體治理完工一年余，水庫歷經(jīng)多次水位升降，最大蓄水位高程約1933.00m，最大變形監(jiān)測值僅為49mm，遠小于允許偏差值100mm(如圖2所示)，表明地震狀態(tài)下仍能保證滑坡體穩(wěn)定性，綜合治理效果凸顯?；麦w治理確保了水庫平穩(wěn)運行，有效改善了庫區(qū)生態(tài)環(huán)境，庫內(nèi)水源達到了Ⅰ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)年供水量約219.74萬m3，解決了約19895城鎮(zhèn)人口、5869農(nóng)村人口、1967頭大牲畜、2180頭小牲畜飲水問題和1695畝農(nóng)田灌溉用水問題[4]，對工程、環(huán)境及社會均產(chǎn)生了巨大效益。

圖2 完工后變形監(jiān)測折線示意圖

6 結(jié)語

云南省元陽縣東觀音山水庫庫區(qū)工程地質(zhì)條件復(fù)雜，巖土體工程性質(zhì)及內(nèi)部構(gòu)造、氣象及水文地質(zhì)條件、施工活動等多因素造成了滑坡的產(chǎn)生，影響施工工期約3個月。建設(shè)單位在組織設(shè)計審查階段，應(yīng)根據(jù)建設(shè)工程特點、需求等逐一進行嚴(yán)格審查[14]，保證工程建設(shè)順利進行。文章鑒于篇幅有限，未對抗滑樁的詳細應(yīng)用及其它兩滑坡體的治理措施展開介紹說明。工程實施證明了治理措施在水庫滑坡治理中具有良好的可靠性，是能使庫岸滑坡體達到穩(wěn)定狀態(tài)，為類似工程的滑坡治理積累了借鑒經(jīng)驗。