涪陵長江烏江匯合口東岸段綜合治理工程滑坡治理設計

黃大江 朱中煙 張 潔

（重慶市水利電力建筑勘測設計研究院 重慶 400020）

1 概述

綜合整治工程位于重慶市三峽庫區涪陵區長江烏江匯合口東岸，下游與已建長江涪陵污水處理廠護岸順接，上游端止于磨盤溝。堤線上分布有師專～群沱子、上渡口兩個大型滑坡以及中渡口小型滑坡，滑坡前沿總長度占堤線長度的1／3。

堤防工程滑坡受堤腳線、頂部加載等不利因素控制，與一般性滑坡治理相比，其技術難度更大，在堤防設計工作中滑坡治理設計是其最重要內容之一，滑坡治理的效果直接影響到堤防工程的安全性、整體性、美觀性、可操作性和經濟性。由于開發建設的需要在滑坡上部需進行陸域回填，加之三峽30m庫水位變幅的反復作用，致使下滑力增加，治理難度增大。因此，在堤防堤線選定前提下，滑坡段堤型選擇是堤防設計的關鍵環節，既要滿足穩定要求，又要節省投資，還要與堤防工程整體性相協調。

2 滑坡特征

2.1 中渡口滑坡

滑體前緣剪出口高程約145m，后緣高程177m，滑體順江寬約60～90m，縱長約400m，面積約3.6×104m2，滑體厚度1..3～8.6m，平均厚度約4m，滑體方量約11.48×104m3，為一小型松散堆積層滑坡。滑體主要物質為殘坡積的粘土夾碎石和河流沖積的粉土，滑帶土為紫紅色、灰綠色粘土夾碎石，滑坡地層為頁巖。

2.2 師專～群沱子滑坡

滑體前緣剪出口高程137m，滑體順江寬約320m，后緣高程307m，寬約100m，縱長約1300m，面積26.65×104m2，滑體厚度在6.10～34.72m，平均厚度約14.40m，滑體方量約384×104m3，為一大型松散堆積層滑坡。滑體土分三類：塊碎石土、粉土、粘土夾碎塊石，滑帶土為粉土、粉質粘土，置于塊碎石土、粘土夾碎石之上和粘土夾碎石置于粉土、粉質粘土之上。滑坡巖體地層巖性以泥巖為主，夾少量粉砂巖和砂巖。

2.3 上渡口滑坡

滑體前緣剪出口高程137m，后緣高程215m，滑體順江寬約900m，縱長170～300m，面積約14.9×104m2，滑體厚度5.4～24.1m，平均厚度10.7m，滑體方量約159×104m3，為一大型松散堆積層滑坡。滑體土分三類：塊碎石土、土夾碎塊石及沖積粉土、粉質粘土，滑帶土為紫紅色、灰綠色粘土夾碎石。滑坡巖體地層巖性為頁巖、泥巖、砂巖相間互層，夾粉砂巖。

3 滑坡治理設計與計算

滑坡治理通常可以采用繞避、清除滑移體、減少滑動力、增加抗滑力、改善滑帶或滑面力學參數等方法。本堤防工程結合開發建設用地，保護環境，應按 “先治坡，后建設”的原則進行。堤軸線所經之處，滑坡分布廣、范圍大、滑移體積大，施工時間受三峽水庫蓄水影響大，有效施工時間短。因此采用繞避、減少滑動力方式均不可取，經三維有限元分析計算表明，改善滑帶或滑面力學參數對滑坡整體穩定影響相當有限。

經綜合分析研究，針對滑坡段滑帶土性狀、厚度、埋置深度進行不同的設計是經濟合理的。中渡口滑坡因剪出口高程較高，滑坡體位于堤防建筑物開挖區，結合堤防工程布置，未采用抗滑支擋結構，而是清除全部滑坡體。上渡口滑坡、師專～群沱子滑坡因剪出口高程較低、滑坡帶長、滑體厚、滑體方量巨大而采用增加抗滑力的支擋結構。經比選，本堤防工程采用群樁承臺＋扶壁式擋墻的支擋結構。詳見圖1、圖2。

圖1 師專～群沱子滑坡治理圖

圖2 上渡口滑坡治理圖

3.2 計算模型及參數選擇

群樁承臺主要作用是增加抗滑力，擋墻主要作用是支擋上部回填土壓力和地面荷載，并將力傳遞至下部群樁，因此，將擋墻和群樁設計成整體結構。

在選取各滑坡典型斷面的基礎上，經多次試算，最后確定樁徑2.5m、樁間距5.0m、嵌入基巖深度10m。計算采用傳統方法 （二維極限平衡傳遞系數法、m法計算彈性樁水平位移和作用效應以及K法計算單樁內力等方法），并利用有限元對邊坡穩定和樁承臺位移和作用效應進行了輔助分析，滑坡計算模型詳見圖3、群樁承臺＋扶壁式擋墻結構見圖4。

圖3 滑坡治理三維有限元模型

圖4 群樁承臺模型

表1 滑帶土地質參數

計算選用的地質參數詳見表1，計算工況采用自重＋地表荷載＋壩前水位從175m降至145m＋汛期50年一遇暴雨（q全），現狀工況下，由于勘查時間段不同，水位線也不相同，同時水位在不段變化，故考慮了一定的水力坡度。由于滑坡體滲透性一般，在汛期50年一遇暴雨時考慮滑體2／3處于飽水狀態。

扶壁擋土墻及樁的混凝土強度等級采用C30，根據《水工混凝土結構設計規范》（SL 191－2008），C30混凝土參數如下：重度γ＝25kN／m3，軸心抗壓強度標準值：20.1N／mm2；軸心抗拉強度標準值：2.01N／mm2。

3.2 計算成果分析

單位寬度群樁結構計算成果詳見表2。

表2 單位寬度群樁結構計算成果表

根據計算成果分析，靠岸坡側第1、2排樁承受主要推力，分擔的彎矩、軸力和剪力較大，根據混凝土結構設計驗算，均未超過極限承載力。

樁體結構未出現明顯塑性區，且滑帶土內塑性區未貫通，滑帶土對邊坡穩定不起控制作用；塑性區主要分布在墻背回填土及滑帶以上部分粉質粘土層，因此粉質粘土層對滑坡的穩定和變形影響敏感。

滑坡整體變形趨勢是水平位移向河床，鉛直向位移向下；擋墻有向岸坡側轉動的趨勢；抗滑樁變形形狀呈“S型”，即滑帶附近向河床彎曲，反映了抗滑樁的懸臂效應，承臺附近向岸坡彎曲，這是由于承臺對樁頂約束，增強了樁頂的整體性。節點位置應加強縱向受力鋼筋和箍筋配置。

3.3 群樁配筋計算

3.3.1 縱向鋼筋設計

抗滑樁縱向鋼筋設計按受壓構件計算。

（1）計算偏心距增大系數。按《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62－2004）第5.3.10條計算。

（2）計算受壓區高度系數。抗滑樁截面為圓形柱，圓截面直徑d＝2.5m，半徑r＝1.25m，縱向鋼筋所在圓周半徑γ0與圓截面半徑之比g＝r0／r＝1170／1250＝0.936。圓形截面偏心受壓構件正截面強度的計算基本公式按《規范》第5.3.9條計算。

3.3.2 箍筋設計

根據《水工混凝土結構設計規范》（SL191－2008）第6.5.9條規定，偏心受壓構件，其斜截面的受剪承載力應符合下式要求。

式中：N——與剪力設計值V相應的軸向壓力設計值（N），當N ＞0.3fcA 時，取N＝0.3fcA，此處，A為構件的截面面積（mm）。如能符合KV ≤Vc＋0.07 N時，則可不進行斜截面受剪承載力計算，僅需根據10.3.2條的規定，按構造要求配置箍筋。

3.3.3 受沖切構件承載力驗算

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62－2004），截面抗沖切承載力按《規范》公式（5.6.1）計算：

3.3.4 裂縫寬度驗算

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D62－2004）第6.4.5條，圓形截面鋼筋混凝土偏心受壓構件，其最大裂縫寬度Wfk按下列公式（6.4.5－1；6.4.5－2）計算。

3.3.5 計算成果（見表3）

表3 配筋計算成果

支擋結構配筋計算略。

4 滑坡治理設計的特點

本工程滑坡治理設計是在總結國內外成功經驗，根據二維有限元計算成果分析，并結合滑坡特征完成的。其主要特點如下。

（1）滑坡治理常采用截排水、錨桿、錨索、抗滑樁、擋墻以及削坡等措施，但單一措施對于下滑力太大、基巖埋置深度較深、滑帶平緩的師專－群沱子滑坡和上渡口滑坡不適宜，對兩段滑坡采用群樁承臺承擔推力，上部支擋結構承擔回填區土壓力的綜合措施是經濟、合理、可行的。

（2）分析計算表明，設置4排群樁時，第1、2排樁承擔主要推力，分擔的彎矩、軸力和剪力較大，第3、4排較小。因此，本工程對群樁布置進行了優化，減少了第4排一根樁，調整了樁的布置，但樁間距維持不變。

（3）樁計算長度、嵌巖深度的確定是配筋計算的難點。

根據《水工混凝土結構設計規范》（SL191－2008）和《三峽庫區三期地質災害防治工程設計技術要求》，樁底部考慮為鉸支，樁計算長度按樁長的0.7倍考慮；根據《地質災害防治工程設計規范》DB50／5029－2004、《三峽庫區三期地質災害防治工程設計技術要求》、《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTG D63－2007）、《港口工程嵌巖樁設計與施工規程》（JTJ 285－2000）、《港口工程灌注樁設計與施工規程》（JTJ 248－2001）各規程規范中對嵌巖深度的描述，考慮到滑坡治理的重要性，嵌巖深度取相應規范計算的最大值，同時滿足一個承臺內相鄰樁之間的樁底高程差不大于2.5m。

目前，滑坡治理正在施工中，如何保證群樁、承臺及上部支擋結構的施工質量尤為關鍵，特別是水下混凝土的施工方法和施工工藝以及樁基深度的確定將對滑坡的整體穩定、結構應力起重大作用，必須予以高度重視。

1 武漢大學土木建筑工程學院.《涪陵長、烏江匯合口東岸段綜合治理工程邊坡穩定性分析及治理方案評估研究》，2010.6

2 鄭穎人、陳祖煜、王恭先、凌天清.《邊坡與滑坡工程治理（第2版）》

3 《地質災害防治工程設計規范》DB50／5029－2004

4 《三峽庫區三期地質災害防治工程設計技術要求》

5 《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTG D63－2007）

6 《港口工程嵌巖樁設計與施工規程》（JTJ 285－2000）

7 《港口工程灌注樁設計與施工規程》（JTJ 248－2001）

8 《水工混凝土結構設計規范》（SL191－2008）