古滑坡開挖穩定性分析及治理研究

陳鴻，吳娟

(1.四川省地質礦產勘查開發局 物資供銷處，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)

古滑坡復活往往與工程活動和自然環境變化息息相關。特別是人類工程活動的強烈擾動改變了坡體的力學平衡，造成滑坡的復活。國內學者對古滑坡的復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挖施工中遇到的古滑坡為例,在分析滑坡形成演化機制的基礎上進行穩定性評價,并采用工程地質比擬法進行設計。杜安鵬等[2]分析了某小區古滑坡的地質條件及破壞特征和古滑坡的復活過程及影響因素,提出了多種手段相結合的治理措施。丁恒等[3]通過調查地表變形跡象,對實時監測數據分析,采用數值模擬的方法研究古滑坡復活變形特征及復活成因。陳偉志等[4]為滿足鐵路路塹橫穿巨型古滑坡的穩定控制技術要求,以框架式抗滑支擋結構為研究對象,在若干計算假定的基礎上,推導框架式抗滑支擋結構內力計算方法。任三紹等[5]以2018年甘肅舟曲縣江頂崖古滑坡復活事件為例,基于試驗測試和反演分析方法,研究了含礫滑帶土的復活啟動強度。肖捷夫等[6]研究庫岸古滑坡的變形特征與失穩機制,概化制作了大型物理試驗模型,分別模擬庫水漲落和降雨工況,以及兩者聯合作用的工況, 研究結果揭示了庫岸古滑坡在庫水漲落和降雨條件下的變形特征及失穩機制。以上研究成果證明，古滑坡的復活與工程活動和外界環境的變化有直接的關系。

由于古滑坡地質條件、氣候環境、地形地貌的差異，工程活動中面對每個古滑坡都是一個新的挑戰。山區工程建設在面對復雜地質環境條件時，如果設計和施工過程中控制不當，將打破邊(斜)坡的原有應力平衡，從而誘發坡體變形或滑坡災害；輕者導致工程停工，重者會造成嚴重的工程事故。山區滑坡治理應充分認識到坡體結構、巖土體特性及地下水分布等內在條件的復雜性、多樣性、多變性和非穩定性，針對形成條件、誘發因素不同有目的地選擇治理措施，從而徹底根治滑坡。

1 古滑坡形態特征

成都市郊一個在建滲濾液處理二期工程位于獅子山村6組，總投資規模約1.8億元，場地位于一個體積約118萬m3的古滑坡體中前部。平面布置為三級平臺(高程599、596、584 m)，分別形成三級土質高邊坡(坡高12、3～9、12 m)。生化反應池(池深9 m，地面以下池深4 m)布置在第二級平臺(地面高程596 m)。2012年10月31日，在建設場地內進行邊坡開挖(切坡高度約5.6 m)。11月2日，場地中部邊坡開始產生變形、開裂，直至形成邊坡滑坡，為因施工開挖導致古滑坡局部復活。該邊坡滑坡縱向長約2～15 m，橫向寬約45 m；后緣裂縫延伸長度約54 m，后緣錯落高度80～110 cm。該邊坡滑坡已對工程建設產生嚴重影響，為保障未來的運營安全，需要及時對該建設場地進行徹底治理。

古滑坡平面形態呈“圈椅狀”， 前后緣相對高差56 m，整體地勢西高東低，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為基巖順層坡(平均坡長150 m，坡角18°～30°)。堆積體中—后緣見緩坡(平均沿滑動方向長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級緩坡平臺(單個平臺沿滑動方向平均長約10～20 m，平均寬約10～30 m，坡角3°～5°；前緣坎高一般1～3 m)。古滑坡主滑方向為90°，縱向(沿滑動方向)長350 m，橫向寬460 m，滑體平均厚度10 m，屬中層滑坡，體積約118萬 m3。堆積體后部厚度相對薄(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 古滑坡成因及復活機理

野外調查結果表明，古滑坡的形成為內、外因共同作用的結果。內因上，地處金山寺背斜東翼，為蓬萊鎮組粉砂巖、泥巖組成的單斜構造(緩傾順向坡)，發育兩組裂隙，將巖體切割成塊狀，巖石強度低；地形呈一略向外凸出的弧狀，南、北兩側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一步誘發。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定狀態。

古滑坡所在區域基巖巖體破碎,風化作用及地下水下滲使基巖層間軟弱層的抗剪強度降低，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)抗剪強度降低，當滑動能量積蓄到一定程度時，坡體沿前緣臨空面突然下滑，滑體滑動后發生解體，形成多級小規模緩坡平臺及陡坎。古滑坡是降雨誘發形成的大型推移式巖質順層滑坡(圖2)。

圖2 古滑坡滑帶土

古滑坡局部復活顯然是受中前緣部位的在建工程場平施工中邊坡開挖所致(切坡高度約5.6 m)，實際上相當于對古滑坡中前部抗滑段削方減載，導致抗滑能力降低，古滑坡堆積體局部沿軟弱帶(面)滑動，推動、擠壓中前部變形滑動，致使古滑坡局部復活，為牽引式破壞機制。

3 滑坡體穩定性評價

為了準確評價古滑坡體在不同工況下的穩定性，對滑帶土做了大量的室內原狀土和重塑土試驗，并在滑坡體不同部位做了大量現場大重度試驗，確定了相應的計算參數(表1)。

表1 穩定性計算參數取值

古滑坡穩定計算采用極限平衡理論折線型滑動面的傳遞系數法計算[7-10](圖3、圖4)，本次選定自重、自重+暴雨、自重+地震三種工況計算評價滑坡穩定性(表2)。

圖3 古滑坡堆積體剖面條分圖

圖4 開挖后古滑坡堆積體整體及邊坡次級滑面剖面條分圖

表2 穩定性計算成果表

計算結果顯示：(1)古滑坡堆積體整體自重工況時穩定；自重+暴雨工況時基本穩定；自重+地震工況時基本穩定。(2)開挖后古滑坡堆積體整體自重工況時穩定；自重+暴雨工況時不穩定；自重+地震工況時欠穩定。(3)開挖后第一級邊坡(次級滑面，坡頂高程593 m)自重工況時穩定；自重+暴雨工況時基本穩定；自重+地震工況時穩定。(4)開挖后第二級邊坡(次級滑面，坡頂高程602 m)自重工況時穩定；自重+暴雨工況時穩定；自重+地震工況時穩定。(5)開挖后生化反應池基坑邊坡(次級滑面，池底板高程581 m)自重工況時穩定；自重+暴雨工況時不穩定；自重+地震工況時欠穩定。不能滿足擬建工程的Ⅰ級防護安全要求。

4 治理措施比選

由于該項目另行選址難度大，現狀只能利用古滑坡堆積體進行工程建設。古滑坡堆積體整體穩定性較好，不需考慮對建設用地影響范圍外的古滑坡堆積體進行治理。由于該工程極其重要且對滑坡擾動嚴重，特別是工程需在古滑坡堆積體下部及前緣抗滑段減載(已經觸及滑面)，且在局部平整場地期間已經發生邊坡滑坡，故必須開展治理工程。本著區別對待、經濟合理的原則，在類比古滑坡堆積體上部局部成功治理經驗的基礎上，僅對工程建設影響區的古滑坡堆積體進行先期工程治理。根據計算剩余下滑力、滑坡空間形態和地質特征，并結合在建工程的實際情況，提出兩種治理方案，通過經濟、技術等方面的綜合比較選定最佳方案。

方案一：場地平面布置調整+排樁+樁間擋板(圖5)。平面布置調整為兩級平臺。抗滑樁板墻[11-12]按分級治理，分級承當推力；第二級邊坡位置處采用A型排樁60根(AI型樁長22 m，樁徑1.5 m，樁間距2.5 m；AII型樁長24 m，樁徑1.5 m，樁間距2.5 m)。第一級邊坡位置處采用B型排樁53根(BI型樁長22 m，樁徑1.5 m，樁間距2.5 m；BII型樁長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20.0 m，樁間距5.0 m)，第二級邊坡位置處采用A型抗滑樁24根(AⅠ型抗滑樁截面尺寸為1.5×2.0 m，樁長20.0 m；AⅡ型抗滑樁截面尺寸為1.5×2.0 m，樁長17.0 m；AIII型樁截面尺寸為2.0×2.5 m，樁長20.0 m；AIV型抗滑樁截面尺寸為2.0×2.5 m，樁長17.0 m；樁間距均為5.0 m)，第一級邊坡位置處采用B型抗滑樁27根(BⅠ型抗滑樁截面尺寸為1.5×1.8 m，樁長18.0 m；BⅡ型抗滑樁截面尺寸為2×2.5 m，樁長20.0 m；樁間距均為5.0 m)。

兩種治理方案均設截排水溝、樁間擋土板和坡面防護工程；建構筑物及設備基礎改為樁基礎設計，樁基礎應進入中風化巖層。

方案一排樁可采用旋挖機械施工，成樁速度快，施工安全性控制好；場地平面布置調整減小了斜坡中下部抗滑段的削方量，對環境影響小；同時降低了邊坡規模，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，需要對孔壁進行圍護；因為樁較長，開挖深度較深，需要采取通風措施。

從支護效果上分析，兩個支護方案均滿足坡體的穩定性要求。方案一因為是機械施工，所以施工難度、效率和安全性均好于方案二。根據市場詢價，旋挖成孔綜合單價約在235元/m3，人工開挖成孔綜合單價約在737元/m3。根據表3價格和工程量對比結果，僅成孔工程這一項，旋挖成孔的方案價格要遠低于人工成孔的方案總價(表3)。

表3 工程量及價格對比表

結合該工程項目的整體規劃、重要性和緊迫性，從經濟性、施工進度和施工安全性方面綜合考慮并進行對比分析，最終確定方案一為實施方案。

5 治理工程設計

5.1 平面布置調整

平面布置調整為兩級平臺(高程596～593 m、586 m)。生化反應池地面標高調整到高程586 m平臺，生化反應池底板標高調整到高程581 m。場平邊坡由3級變為兩級(坡高降低為7、6 m)。建構筑物及設備基礎改為樁基礎設計，樁基礎應進入中風化巖層。

5.2 抗滑支擋工程

第二級邊坡位置處采用A型排樁60根(AI型樁長22 m，樁徑1.5 m，樁間距2.5 m；AII型樁長24 m，樁徑1.5 m，樁間距2.5 m)。第一級邊坡位置處采用B型排樁53根(BI型樁長22 m，樁徑1.5 m，樁間距2.5 m；BII型樁長23 m，樁徑1.5 m，樁間距2.5 m)。抗滑樁采用C30鋼筋砼結構。排樁均設有冠梁，冠梁寬1.5 m，高1.0 m。排樁樁間均設有擋土板，擋土板厚0.3 m，高6.0 m，C30鋼筋砼結構，預留排水孔。

5.3 截排水及坡面防護工程

一級邊坡開挖平臺后緣布設一條截水溝，長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漿砌石結構。在上排抗滑樁(A型樁)冠梁上設有磚砌擋墻，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不銹鋼擋板，擋板高30 cm，厚3 mm。

6 結論

1)古滑坡形成的內因是地處金山寺背斜東翼蓬萊鎮組粉砂巖、泥巖組成的緩傾順向坡，發育兩組裂隙，將巖體切割成塊狀，巖石強度低；地形呈一略向外凸出的弧狀，南、北兩側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一步誘發。古滑坡局部復活顯然是受中前緣部位在建工程場平施工中的邊坡開挖所致。

2)根據該工程場地的地質環境條件和變形特征，對其提出了兩種治理措施，即“場地平面布置調整+排樁+樁間擋板”和“抗滑樁板墻3排” 方案，通過綜合比選，確定前者為實施方案。

3)因工程建設開挖導致的古滑坡復活十分普遍，在項目另行選址難度大時可優先選擇調整擬建工程平面布置。將建構筑物、設備基礎設計為進入滑面以下樁基礎，是有效降低滑體附加外力及綜合治理費用的有效措施。

4)根據工程量和總價對比，方案一的旋挖施工成孔更經濟，安全性更高。