滑坡形成的機理分析及治理實例

白保國

(陜西省一八五煤田地質有限公司，陜西 榆林 719000)

0 引言

橫山采油廠白狼城集輸站滑坡點地處大理河支流右岸，東距307國道約3 km，滑坡區旁側有采油廠廠區公路，交通較為便利。集輸站位于黃土溝壑區，造成滑坡地質災害的主要因素為地質條件及降水，文中就滑坡產生機理進行分析，并結合工程實際進行治理。

1 地質條件

1.1 地形地貌

采油廠集輸站地貌屬黃土丘陵地貌，溝壑縱橫，地形起伏大，相對高差約180 m；屬于典型的黃土地貌，黃土沖溝發育，切割強烈，溝谷多呈“V”形，形成梁峁塬溝谷相間分布區，植被稀疏，水土流失嚴重。治理區位于鄂爾多斯臺向斜東翼陜北斜坡上，地層近水平展布，傾角1°～3°，屬于黃河一級支流無定河流域，二級支流大理河流域。

滑坡所在地為黃土梁峁溝壑區，沖溝發育，切割強烈，溝谷多呈“V”形，基巖僅在溝谷地段出露，谷坡較陡，坡度15°～28°，地貌呈臺階狀，上部陡，下部變緩。

1.2 地層巖性

1.3 地質構造與地震

滑坡所在區域在大地構造上屬于中朝準地臺，按斷塊構造劃分和大地構造性質、新構造運動強度、塊體運動方式、斷裂、地震活動及應力場特征，本區屬于鄂爾多斯斷塊隆起區和陜北高原隆起區一、二級構造單元。

鄂爾多斯斷塊隆起內部構造簡單，塊體完整性較好，不發育活動斷裂，屬于穩定塊體區，地震活動微弱，無6級以上地震發生。根據《中國地震動參數區劃圖》(GB1830620)，區內地震動反應譜特征周期為 0.35 s，地震動峰值加速度小于0.05 g，相應的地震基本烈度為Ⅵ級。

1.4 水文地質條件

滑坡區地下水類型主要為第四系松散層孔隙水、基巖風化帶裂隙水。

第四系松散層孔隙水主要賦存于黃土孔隙中(孔洞和垂直節理發育)，由于區內沖溝發育，其潛水呈不連續分布，該地下水埋深變化大。滑坡區賦存高含水地層，含水層為上更新統馬蘭黃土，其相對隔水層為上更新統古土壤或中更新統離石黃土。滑坡區基巖風化帶裂隙水一般埋藏較深，部分區段受補給影響其地下水相對富集。

2 滑坡基本特征及危害

2.1 滑體空間形態

橫山采油廠白狼城集輸站滑坡點坡度較緩，前緣臨靠東支溝，后緣面與前緣面高差30～45 m，總坡度30°～35°。滑坡后緣寬度約150 m，中部寬度約180 m，前緣寬度約200 m，平均寬度約177 m，主滑長度85～110 m，滑坡平均厚度約8.0 m，體積約155 760 m3，如圖1所示。

圖1 滑坡體空間形態示意Fig.1 Spatial form of landslide mass

2.2 滑坡變形特征及其危害

滑坡體后緣出現弧形的張拉裂縫，有錯臺現象，滑坡體兩側呈“∩”型裂縫；后緣裂縫寬度2～36 cm，觀察深度0.5～1.5 m。后緣錯臺高度0.2～0.5 m，陡坡段伴生表土滑塌體，前緣有明顯的擠出鼓脹開裂現象，如圖2所示。

圖2 滑坡前緣擠脹開裂現象Fig.2 Expansion and cracking at the front edge of landslide

根據前、后緣的滑坡特征形態與地表的張拉裂縫現象及勘查中鉆孔所揭露的滑動面位置，該滑坡的滑動面剖面形狀為向東傾斜的緩坡。滑面垂直深度5.8～10.0 m。平均深度約8.0 m，滑面相對高差2.0～15.0 m。

2.3 滑坡變形破壞及形成機理分析

滑坡的形成，是由黃土的特性、邊坡地貌形態和基巖面起伏狀態決定的。集輸站場地后緣有高峻的山體，由于人工開挖，土體形成了新的空間形態，造成重力、地應力重新分布；黃土的結構和物質成分是形成黃土滑坡的物質基礎，黃土在沉積時，形成欠壓密、低濕度、高孔隙率的特性，物質成分主要為石英、長石，粘粒成分主要是中等親水性的伊利石。作為黃土骨架的砂粒和粗粉粒，在天然狀態下，由于上述膠結物的凝聚結晶作用被牢固的粘結著，故使濕陷性黃土具有較高的強度，而遇水時，水對各種膠結物具有溶解軟化作用，土的強度突然下降便產生濕陷，地表出現裂隙裂縫。地下水是土質滑坡最為重要的誘發因素。土體含水量，無論是人為用水還是降雨造成，含水量都是滑坡失穩的決定因素，當土體飽和失穩時，滑動帶以塑性摩擦滑移。大氣降水作為地下水補給來源，在黃土滑坡形成的條件中，地下水的活動為斜坡變形破壞提供了十分重要的動力條件。地下水沿裂隙空隙下滲并常在溝谷底部溢出，改變了斜坡的水文地質條件，一方面增加了斜坡土體的重量，對不穩定土體產生靜水壓力或動水壓力及向上的浮托力；另一方面降低了斜坡軟弱結構面的抗剪強度，并起著溶解、沖刷、軟化的作用，使不穩定土體和穩定土體之間的粘結力減小，降低了黃土斜坡土體的穩定性。場地4個臺階建成后原有沖溝被掩埋，地下水流場發生變化，雨后地表水疏導不暢，強烈下滲，局部形成滯水，造成地下水向古沖溝低洼地帶滲透或者向土體邊坡滲透。從山頂到溝谷，基巖面呈臺階狀分布，在地下水和重力的作用下，破壞了土體穩定結構，出現濕陷、張裂、失穩、蠕動或滑移，造成了黃土新生坡基滑坡的跡象或重大滑坡的征兆。馬蘭黃土是滑坡的主體，馬蘭黃土具有很強的濕陷性，節理裂隙發育，屬于易滑地層。

2.4 滑坡穩定性評價

根據實地踏勘及鉆探勘察，滑坡地貌明顯，滑坡基底基巖面呈臺階狀分布，濕陷性黃土在一定壓力作用下，遇水后發生顯著的沉陷。滑坡體呈現“簸箕狀”或“舌狀”，滑坡體后緣已出現高差1.5 m的錯臺及多處張裂隙、剪裂縫，并在雨季頻繁發生。溝谷地段地勢低洼，滑坡體向溝谷方向表現出不斷加重趨勢，前緣有順坡滑移的現象，出現鼓脹隆起，底部蠕滑錯動。在場地東部邊坡地段，同樣出現黃土濕陷及大小不等的裂隙，邊坡失穩，形成了黃土潛在滑坡威脅，均反映了場地目前處于不穩定狀態。對廠區的設施及辦公區造成直接威脅。

滑坡變形破壞表現形式為前緣剪出，后緣出現拉裂縫、漏水洞；站場建設期間，削坡場平，其填土區未有效夯實及硬化處理，包括排水渠滲漏、工業廢水等水源下滲，使得坡體土被反復浸潤，致其抗剪強度降低，又使隔水層形成的滯水帶致土體軟化，力學強度低，導致上部土體及自身重力增大而下滑，前緣臨空面在坡體上形成拉應力，前緣出現擠脹鼓起或出現溜滑現象，在后緣產生橫向的裂縫，由于前緣的滑動又引起后面土體拉裂縫，從而逐漸形成橫向的拉裂縫。目前裂縫處于潛在發展期，總體看，該滑坡為牽引-拉裂式滑坡，破壞模式為蠕滑-拉裂型。

3 滑坡地質災害的整治措施

對滑坡形成的主要因素以及不同的成因，實施不同工程的措施并進行治理。依據橫山采油廠白狼城集輸站滑坡的形成，分部分進行整治，依次為抗滑樁，坡面平整壓實，排水工程，其中抗滑樁工程為主體工程。

3.1 抗滑樁

3.1.1 抗滑樁

分A型抗滑樁和B型抗滑樁2種樁型，A型抗滑樁樁長14 m，設計滑坡推力為973.859 kN/m；B型抗滑樁樁長16 m，設計滑坡推力1 315.565 kN/m。推力按矩形分布進行設計，樁中心距為6 m。

施工A型抗滑樁數4根，采用全埋式，樁截面尺寸2 m×2.5 m，嵌入穩定巖層深度為樁長的2/5，即入巖深度為5.6 m，按最大剪力9 600.424 N，極限彎矩31 991.99 kN·m控制配筋。B型抗滑樁數為23根，樁長16.0 m，樁截面尺寸2 m×2.5 m，嵌入穩定巖層深度為樁長的2/5，即入巖深度為6.4 m，按最大剪力12 637.307 kN，極限彎矩52 683.09 kN·m控制配筋。

3.1.2 擋土墻

在抗滑樁的施工過程中，孔內會出現流泥、滲水、積水等問題，致使鎖口輕微下沉，為保證安全施工及施工質量，在抗滑樁靠山側施工擋土墻是必要的保證措施。在白狼城集輸站滑坡點治理中，完成17號抗滑樁靠山側擋土墻5.0 m×0.8 m×2.0 m(長×寬×高)、1～8號抗滑樁靠山側擋土墻(斷面呈“凸”狀，長47 m、下部寬1.3 m、上部寬0.8 m、高4.0 m)和1～8號抗滑樁上方重力式擋土墻(斷面呈階梯狀，長19.2 m，下部寬1.8 m，上部寬1.2 m，高3.8 m)3座，以保證孔口及孔底施工人員安全，如圖3所示。

圖3 施工完畢的擋土墻Fig.3 Completed retaining wall

3.1.3 高壓旋噴樁

在滑坡治理期間，在抗滑樁施工的過程中出現了流泥、滲水問題，致使正常的人工挖孔不能滿足施工需求，區域土層為馬蘭黃土，含水層厚度約6～8 m，含水量大、呈流塑狀，容易造成塌方，威脅人身安全。為確保工程進度、保證工程質量，采用“高壓旋噴樁帷幕支護方案”對抗滑樁四周進行加固處理。在預定位置以高壓設備使漿液成為20 MPa的高壓流用噴嘴中噴射出來，沖擊破壞土體，當流量大、速度快和呈脈動狀的噴射流超出土體強度時，在噴射流的沖擊力、離心力和重力等的作用下，與漿液攪拌混合，并按一定的漿土比例和質量大小有規律的重新排列。噴嘴一邊旋轉一邊提升，漿液凝固后則形成圓樁狀固結體旋噴樁。采用水灰比1∶1；形成樁徑φ500 mm的旋噴樁；施工中控制提升速度10～25 cm/min；漿壓20～25 MPa；漿液流量 80～120 L/min；旋轉速度15 r/min；旋噴提升速度 10～15 cm/min，以保證旋噴質量。

3.1.4 滲水井

針對抗滑樁樁孔內滲水嚴重，根據實際地質情況，分別在一標段和二標段各施工4個滲水井，采用2種規格，φ600 mm×7.5 m滲水井2個，φ360 mm×12.5 m滲水井2個，分別下入規格為φ325 mm×6.0 m和φ219 mm×10.5 m的濾水管，填入3～8 mm礫石作為濾料，經過不斷的抽排水，有效減少了抗滑樁樁孔內的滲水量，如圖4所示。

圖4 正在施工的滲水井Fig.4 Seepage well under construction

3.2 坡面平整

為保證治理后坡面的整體穩定性，對抗滑樁后側的坡體進行坡面平整壓實，根據坡面的不同分別進行削坡、填方，設置2～3級平臺，與現有坡體形成兩級邊坡，在第一級邊坡坡面進行漿砌片石坡面防護，漿砌片石護坡厚40 cm，如圖5所示。

圖5 抗滑樁上方漿砌片石護坡Fig.5 Mortar rubble slope protection above anti slide pile

3.3 排水工程

排水工程主要由排水溝與急流槽構成。

坡體上排水溝布置在坡頂、坡體中部和抗滑樁后側共3排。排水溝采用0.5 m×0.5 m尺寸，用M10水泥砂漿MU30片石內勾縫砌筑。水流順排水溝流入坡體中下部急流槽中，急流槽采用C20混凝土砌筑。在滑坡邊界外側設置A型截水溝，共施工4條排水溝，2條急流槽，如圖6所示。

圖6 排水溝與急流槽Fig.6 Drainage ditch and chute

4 治理效果

橫山采油廠白狼城集輸站滑坡點治理工程完成抗滑樁27根，其中A型抗滑樁4根，B型抗滑樁23根；抗滑樁擋土墻3座；每個抗滑樁周圍布置高壓旋噴樁36個，共計高壓旋噴樁為720個；施工4個滲水井；對抗滑樁上方坡體進行填方，形成人工填方邊坡，使上方的坡體與現有坡體形成兩級邊坡，在第一級邊坡面用漿砌片石進行坡面防護；施工排水溝4條，急流槽2條，抗滑樁、擋土墻、坡面平整和排水溝等部分工程經驗收符合設計及規范要求。

通過對滑樁進行高壓旋噴樁帷幕加固，成功解決了流泥、積水和滲水等問題，使抗滑樁施工得以順利進行。通過對抗滑樁坡體人工填方邊坡，有效增加了坡面的整體穩定性。

5 結論

滑坡地質災害的發生對人們的生產和生活帶來了嚴重影響，目前滑坡的治理方法有很多，其中支擋、排水在滑坡治理工程中具有靈活性、實用性；在進行滑坡治理的過程中，要結合實際地質、地形條件并綜合分析后選擇最佳治理方案，最大限度的避免滑坡現象的發生。建議日常及時對坡體上存在的裂縫、落水洞等下滲通道予以修復，以減少地表水的下滲，防止次生災害發生；對易產生滑坡的地段進行長期觀測，并適當布設滲水井，確保地下水排放，消除安全隱患。