古滑坡開(kāi)挖穩(wěn)定性分析及治理研究

陳鴻，吳娟

(1.四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局 物資供銷(xiāo)處，四川 成都 610081；2.四川順興園林景觀綠化工程有限公司，四川 成都 610045)

古滑坡復(fù)活往往與工程活動(dòng)和自然環(huán)境變化息息相關(guān)。特別是人類(lèi)工程活動(dòng)的強(qiáng)烈擾動(dòng)改變了坡體的力學(xué)平衡，造成滑坡的復(fù)活。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)古滑坡的復(fù)活和治理做了大量的研究工作,例如，何瑜等[1]以北川縣某公路路塹開(kāi)挖施工中遇到的古滑坡為例,在分析滑坡形成演化機(jī)制的基礎(chǔ)上進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià),并采用工程地質(zhì)比擬法進(jìn)行設(shè)計(jì)。杜安鵬等[2]分析了某小區(qū)古滑坡的地質(zhì)條件及破壞特征和古滑坡的復(fù)活過(guò)程及影響因素,提出了多種手段相結(jié)合的治理措施。丁恒等[3]通過(guò)調(diào)查地表變形跡象,對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析,采用數(shù)值模擬的方法研究古滑坡復(fù)活變形特征及復(fù)活成因。陳偉志等[4]為滿足鐵路路塹橫穿巨型古滑坡的穩(wěn)定控制技術(shù)要求,以框架式抗滑支擋結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,在若干計(jì)算假定的基礎(chǔ)上,推導(dǎo)框架式抗滑支擋結(jié)構(gòu)內(nèi)力計(jì)算方法。任三紹等[5]以2018年甘肅舟曲縣江頂崖古滑坡復(fù)活事件為例,基于試驗(yàn)測(cè)試和反演分析方法,研究了含礫滑帶土的復(fù)活啟動(dòng)強(qiáng)度。肖捷夫等[6]研究庫(kù)岸古滑坡的變形特征與失穩(wěn)機(jī)制,概化制作了大型物理試驗(yàn)?zāi)Ｐ?分別模擬庫(kù)水漲落和降雨工況,以及兩者聯(lián)合作用的工況, 研究結(jié)果揭示了庫(kù)岸古滑坡在庫(kù)水漲落和降雨條件下的變形特征及失穩(wěn)機(jī)制。以上研究成果證明，古滑坡的復(fù)活與工程活動(dòng)和外界環(huán)境的變化有直接的關(guān)系。

由于古滑坡地質(zhì)條件、氣候環(huán)境、地形地貌的差異，工程活動(dòng)中面對(duì)每個(gè)古滑坡都是一個(gè)新的挑戰(zhàn)。山區(qū)工程建設(shè)在面對(duì)復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境條件時(shí)，如果設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中控制不當(dāng)，將打破邊(斜)坡的原有應(yīng)力平衡，從而誘發(fā)坡體變形或滑坡災(zāi)害；輕者導(dǎo)致工程停工，重者會(huì)造成嚴(yán)重的工程事故。山區(qū)滑坡治理應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到坡體結(jié)構(gòu)、巖土體特性及地下水分布等內(nèi)在條件的復(fù)雜性、多樣性、多變性和非穩(wěn)定性，針對(duì)形成條件、誘發(fā)因素不同有目的地選擇治理措施，從而徹底根治滑坡。

1 古滑坡形態(tài)特征

成都市郊一個(gè)在建滲濾液處理二期工程位于獅子山村6組，總投資規(guī)模約1.8億元，場(chǎng)地位于一個(gè)體積約118萬(wàn)m3的古滑坡體中前部。平面布置為三級(jí)平臺(tái)(高程599、596、584 m)，分別形成三級(jí)土質(zhì)高邊坡(坡高12、3～9、12 m)。生化反應(yīng)池(池深9 m，地面以下池深4 m)布置在第二級(jí)平臺(tái)(地面高程596 m)。2012年10月31日，在建設(shè)場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行邊坡開(kāi)挖(切坡高度約5.6 m)。11月2日，場(chǎng)地中部邊坡開(kāi)始產(chǎn)生變形、開(kāi)裂，直至形成邊坡滑坡，為因施工開(kāi)挖導(dǎo)致古滑坡局部復(fù)活。該邊坡滑坡縱向長(zhǎng)約2～15 m，橫向?qū)捈s45 m；后緣裂縫延伸長(zhǎng)度約54 m，后緣錯(cuò)落高度80～110 cm。該邊坡滑坡已對(duì)工程建設(shè)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，為保障未來(lái)的運(yùn)營(yíng)安全，需要及時(shí)對(duì)該建設(shè)場(chǎng)地進(jìn)行徹底治理。

古滑坡平面形態(tài)呈“圈椅狀”， 前后緣相對(duì)高差56 m，整體地勢(shì)西高東低，呈上緩中陡下緩，滑體平均坡度8°～10°。古滑坡堆積體后緣外側(cè)為基巖順層坡(平均坡長(zhǎng)150 m，坡角18°～30°)。堆積體中—后緣見(jiàn)緩坡(平均沿滑動(dòng)方向長(zhǎng)50 m，平均寬100 m，坡角3°～5°)。中～前緣為斜坡，坡角8°～10°，沿斜坡分布3～4級(jí)緩坡平臺(tái)(單個(gè)平臺(tái)沿滑動(dòng)方向平均長(zhǎng)約10～20 m，平均寬約10～30 m，坡角3°～5°；前緣坎高一般1～3 m)。古滑坡主滑方向?yàn)?0°，縱向(沿滑動(dòng)方向)長(zhǎng)350 m，橫向?qū)?60 m，滑體平均厚度10 m，屬中層滑坡，體積約118萬(wàn) m3。堆積體后部厚度相對(duì)薄(2～7 m)，中部厚度較厚(7.8～13.5 m)，前部厚度較薄(5～9 m)。從橫向上看，兩邊厚，中間薄(圖1)。

圖1 古滑坡全貌

2 古滑坡成因及復(fù)活機(jī)理

野外調(diào)查結(jié)果表明，古滑坡的形成為內(nèi)、外因共同作用的結(jié)果。內(nèi)因上，地處金山寺背斜東翼，為蓬萊鎮(zhèn)組粉砂巖、泥巖組成的單斜構(gòu)造(緩傾順向坡)，發(fā)育兩組裂隙，將巖體切割成塊狀，巖石強(qiáng)度低；地形呈一略向外凸出的弧狀，南、北兩側(cè)及前緣因溝槽侵蝕均臨空，前、后緣高差將近56 m。外因上，滑坡體前緣早期因河流沖刷和暴雨的進(jìn)一步誘發(fā)。古滑坡體下滑后河流沖洪積土逐漸堆積壓腳，使得滑坡整體又處于穩(wěn)定狀態(tài)。

古滑坡所在區(qū)域基巖巖體破碎,風(fēng)化作用及地下水下滲使基巖層間軟弱層的抗剪強(qiáng)度降低，前緣被龍鳳河及1#溝切割形成臨空面。在降雨作用下，坡體飽水增重及基巖裂隙中靜水壓力增加，且層間軟弱層(飽水后軟化、泥化)抗剪強(qiáng)度降低，當(dāng)滑動(dòng)能量積蓄到一定程度時(shí)，坡體沿前緣臨空面突然下滑，滑體滑動(dòng)后發(fā)生解體，形成多級(jí)小規(guī)模緩坡平臺(tái)及陡坎。古滑坡是降雨誘發(fā)形成的大型推移式巖質(zhì)順層滑坡(圖2)。

圖2 古滑坡滑帶土

古滑坡局部復(fù)活顯然是受中前緣部位的在建工程場(chǎng)平施工中邊坡開(kāi)挖所致(切坡高度約5.6 m)，實(shí)際上相當(dāng)于對(duì)古滑坡中前部抗滑段削方減載，導(dǎo)致抗滑能力降低，古滑坡堆積體局部沿軟弱帶(面)滑動(dòng)，推動(dòng)、擠壓中前部變形滑動(dòng)，致使古滑坡局部復(fù)活，為牽引式破壞機(jī)制。

3 滑坡體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

為了準(zhǔn)確評(píng)價(jià)古滑坡體在不同工況下的穩(wěn)定性，對(duì)滑帶土做了大量的室內(nèi)原狀土和重塑土試驗(yàn)，并在滑坡體不同部位做了大量現(xiàn)場(chǎng)大重度試驗(yàn)，確定了相應(yīng)的計(jì)算參數(shù)(表1)。

表1 穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)取值

古滑坡穩(wěn)定計(jì)算采用極限平衡理論折線型滑動(dòng)面的傳遞系數(shù)法計(jì)算[7-10](圖3、圖4)，本次選定自重、自重+暴雨、自重+地震三種工況計(jì)算評(píng)價(jià)滑坡穩(wěn)定性(表2)。

圖3 古滑坡堆積體剖面條分圖

圖4 開(kāi)挖后古滑坡堆積體整體及邊坡次級(jí)滑面剖面條分圖

表2 穩(wěn)定性計(jì)算成果表

計(jì)算結(jié)果顯示：(1)古滑坡堆積體整體自重工況時(shí)穩(wěn)定；自重+暴雨工況時(shí)基本穩(wěn)定；自重+地震工況時(shí)基本穩(wěn)定。(2)開(kāi)挖后古滑坡堆積體整體自重工況時(shí)穩(wěn)定；自重+暴雨工況時(shí)不穩(wěn)定；自重+地震工況時(shí)欠穩(wěn)定。(3)開(kāi)挖后第一級(jí)邊坡(次級(jí)滑面，坡頂高程593 m)自重工況時(shí)穩(wěn)定；自重+暴雨工況時(shí)基本穩(wěn)定；自重+地震工況時(shí)穩(wěn)定。(4)開(kāi)挖后第二級(jí)邊坡(次級(jí)滑面，坡頂高程602 m)自重工況時(shí)穩(wěn)定；自重+暴雨工況時(shí)穩(wěn)定；自重+地震工況時(shí)穩(wěn)定。(5)開(kāi)挖后生化反應(yīng)池基坑邊坡(次級(jí)滑面，池底板高程581 m)自重工況時(shí)穩(wěn)定；自重+暴雨工況時(shí)不穩(wěn)定；自重+地震工況時(shí)欠穩(wěn)定。不能滿足擬建工程的Ⅰ級(jí)防護(hù)安全要求。

4 治理措施比選

由于該項(xiàng)目另行選址難度大，現(xiàn)狀只能利用古滑坡堆積體進(jìn)行工程建設(shè)。古滑坡堆積體整體穩(wěn)定性較好，不需考慮對(duì)建設(shè)用地影響范圍外的古滑坡堆積體進(jìn)行治理。由于該工程極其重要且對(duì)滑坡擾動(dòng)嚴(yán)重，特別是工程需在古滑坡堆積體下部及前緣抗滑段減載(已經(jīng)觸及滑面)，且在局部平整場(chǎng)地期間已經(jīng)發(fā)生邊坡滑坡，故必須開(kāi)展治理工程。本著區(qū)別對(duì)待、經(jīng)濟(jì)合理的原則，在類(lèi)比古滑坡堆積體上部局部成功治理經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，僅對(duì)工程建設(shè)影響區(qū)的古滑坡堆積體進(jìn)行先期工程治理。根據(jù)計(jì)算剩余下滑力、滑坡空間形態(tài)和地質(zhì)特征，并結(jié)合在建工程的實(shí)際情況，提出兩種治理方案，通過(guò)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等方面的綜合比較選定最佳方案。

方案一：場(chǎng)地平面布置調(diào)整+排樁+樁間擋板(圖5)。平面布置調(diào)整為兩級(jí)平臺(tái)?？够瑯栋鍓11-12]按分級(jí)治理，分級(jí)承當(dāng)推力；第二級(jí)邊坡位置處采用A型排樁60根(AI型樁長(zhǎng)22 m，樁徑1.5 m，樁間距2.5 m；AII型樁長(zhǎng)24 m，樁徑1.5 m，樁間距2.5 m)。第一級(jí)邊坡位置處采用B型排樁53根(BI型樁長(zhǎng)22 m，樁徑1.5 m，樁間距2.5 m；BII型樁長(zhǎng)23 m，樁徑1.5 m，樁間距2.5 m)。

圖5 滑坡治理平面布置圖

方案二：抗滑樁板墻3排。第三級(jí)邊坡位置處采用C型抗滑樁20根(C型抗滑樁截面尺寸為1.5×2.0 m，樁長(zhǎng)20.0 m，樁間距5.0 m)，第二級(jí)邊坡位置處采用A型抗滑樁24根(AⅠ型抗滑樁截面尺寸為1.5×2.0 m，樁長(zhǎng)20.0 m；AⅡ型抗滑樁截面尺寸為1.5×2.0 m，樁長(zhǎng)17.0 m；AIII型樁截面尺寸為2.0×2.5 m，樁長(zhǎng)20.0 m；AIV型抗滑樁截面尺寸為2.0×2.5 m，樁長(zhǎng)17.0 m；樁間距均為5.0 m)，第一級(jí)邊坡位置處采用B型抗滑樁27根(BⅠ型抗滑樁截面尺寸為1.5×1.8 m，樁長(zhǎng)18.0 m；BⅡ型抗滑樁截面尺寸為2×2.5 m，樁長(zhǎng)20.0 m；樁間距均為5.0 m)。

兩種治理方案均設(shè)截排水溝、樁間擋土板和坡面防護(hù)工程；建構(gòu)筑物及設(shè)備基礎(chǔ)改為樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，樁基礎(chǔ)應(yīng)進(jìn)入中風(fēng)化巖層。

方案一排樁可采用旋挖機(jī)械施工，成樁速度快，施工安全性控制好；場(chǎng)地平面布置調(diào)整減小了斜坡中下部抗滑段的削方量，對(duì)環(huán)境影響小；同時(shí)降低了邊坡規(guī)模，從而削減了抗滑樁的工程量。

方案二采用人工挖孔樁，施工難度較大，施工安全控制性差，需要對(duì)孔壁進(jìn)行圍護(hù)；因?yàn)闃遁^長(zhǎng)，開(kāi)挖深度較深，需要采取通風(fēng)措施。

從支護(hù)效果上分析，兩個(gè)支護(hù)方案均滿足坡體的穩(wěn)定性要求。方案一因?yàn)槭菣C(jī)械施工，所以施工難度、效率和安全性均好于方案二。根據(jù)市場(chǎng)詢價(jià)，旋挖成孔綜合單價(jià)約在235元/m3，人工開(kāi)挖成孔綜合單價(jià)約在737元/m3。根據(jù)表3價(jià)格和工程量對(duì)比結(jié)果，僅成孔工程這一項(xiàng)，旋挖成孔的方案價(jià)格要遠(yuǎn)低于人工成孔的方案總價(jià)(表3)。

表3 工程量及價(jià)格對(duì)比表

結(jié)合該工程項(xiàng)目的整體規(guī)劃、重要性和緊迫性，從經(jīng)濟(jì)性、施工進(jìn)度和施工安全性方面綜合考慮并進(jìn)行對(duì)比分析，最終確定方案一為實(shí)施方案。

5 治理工程設(shè)計(jì)

5.1 平面布置調(diào)整

平面布置調(diào)整為兩級(jí)平臺(tái)(高程596～593 m、586 m)。生化反應(yīng)池地面標(biāo)高調(diào)整到高程586 m平臺(tái)，生化反應(yīng)池底板標(biāo)高調(diào)整到高程581 m。場(chǎng)平邊坡由3級(jí)變?yōu)閮杉?jí)(坡高降低為7、6 m)。建構(gòu)筑物及設(shè)備基礎(chǔ)改為樁基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，樁基礎(chǔ)應(yīng)進(jìn)入中風(fēng)化巖層。

5.2 抗滑支擋工程

第二級(jí)邊坡位置處采用A型排樁60根(AI型樁長(zhǎng)22 m，樁徑1.5 m，樁間距2.5 m；AII型樁長(zhǎng)24 m，樁徑1.5 m，樁間距2.5 m)。第一級(jí)邊坡位置處采用B型排樁53根(BI型樁長(zhǎng)22 m，樁徑1.5 m，樁間距2.5 m；BII型樁長(zhǎng)23 m，樁徑1.5 m，樁間距2.5 m)?？够瑯恫捎肅30鋼筋砼結(jié)構(gòu)。排樁均設(shè)有冠梁，冠梁寬1.5 m，高1.0 m。排樁樁間均設(shè)有擋土板，擋土板厚0.3 m，高6.0 m，C30鋼筋砼結(jié)構(gòu)，預(yù)留排水孔。

5.3 截排水及坡面防護(hù)工程

一級(jí)邊坡開(kāi)挖平臺(tái)后緣布設(shè)一條截水溝，長(zhǎng)294.5 m，溝頂寬0.5 m，溝底寬0.5 m，凈高0.4 m，邊墻寬0.3 m，底厚0.3 m，M7.5漿砌石結(jié)構(gòu)。在上排抗滑樁(A型樁)冠梁上設(shè)有磚砌擋墻，擋墻高400 mm，寬240 mm，并用水泥砂漿抹面。在下排抗滑樁(B型樁)冠梁上設(shè)有不銹鋼欄桿，不銹鋼欄桿為直線型，欄桿高度不低于1.2 m。不銹鋼欄桿底部需加設(shè)不銹鋼擋板，擋板高30 cm，厚3 mm。

6 結(jié)論

1)古滑坡形成的內(nèi)因是地處金山寺背斜東翼蓬萊鎮(zhèn)組粉砂巖、泥巖組成的緩傾順向坡，發(fā)育兩組裂隙，將巖體切割成塊狀，巖石強(qiáng)度低；地形呈一略向外凸出的弧狀，南、北兩側(cè)及前緣因溝槽侵蝕均臨空，前、后緣高差將近56 m。外因上，滑坡體前緣早期因河流沖刷和暴雨的進(jìn)一步誘發(fā)。古滑坡局部復(fù)活顯然是受中前緣部位在建工程場(chǎng)平施工中的邊坡開(kāi)挖所致。

2)根據(jù)該工程場(chǎng)地的地質(zhì)環(huán)境條件和變形特征，對(duì)其提出了兩種治理措施，即“場(chǎng)地平面布置調(diào)整+排樁+樁間擋板”和“抗滑樁板墻3排” 方案，通過(guò)綜合比選，確定前者為實(shí)施方案。

3)因工程建設(shè)開(kāi)挖導(dǎo)致的古滑坡復(fù)活十分普遍，在項(xiàng)目另行選址難度大時(shí)可優(yōu)先選擇調(diào)整擬建工程平面布置。將建構(gòu)筑物、設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為進(jìn)入滑面以下樁基礎(chǔ)，是有效降低滑體附加外力及綜合治理費(fèi)用的有效措施。

4)根據(jù)工程量和總價(jià)對(duì)比，方案一的旋挖施工成孔更經(jīng)濟(jì)，安全性更高。