南京市棲霞區(qū)笆斗山滑坡穩(wěn)定性分析及治理

李業(yè)興, 錢建平, 張紀(jì)星

(1. 桂林理工大學(xué), 廣西 桂林541006; 2. 江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院, 江蘇 南京210000)

笆斗山滑坡地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)位于南京市棲霞區(qū)燕子磯街道太新路北側(cè)、 藍(lán)燕賓館西側(cè), 所處位置為侵蝕堆積崗地區(qū), 笆斗山山體整體呈北東-南西向展布, 山體主要由上更新統(tǒng)下蜀組粉質(zhì)粘土組成。 修路建房等人類工程滑坡對笆斗山進(jìn)行了不同程度的切坡, 切坡后邊坡平均坡度大于45°, 局部可達(dá)70°。 近年來受強(qiáng)降雨影響, 笆斗山面向太新路、 藍(lán)燕賓館一側(cè)的山體發(fā)生了多次滑坡災(zāi)害, 并且呈現(xiàn)日益加重的趨勢, 滑坡導(dǎo)致?lián)跬翂ψ冃伍_裂、 樹木傾倒, 對太新路過往行人以及車輛、 藍(lán)燕賓館及周邊居民的安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅(圖1), 同時(shí)也影響到笆斗山古墓葬群遺址保護(hù)工作以及坡下燕子磯街道高壓1 萬伏雙回路輸電線路太平1 號線、 2 號線正常運(yùn)行的安全。 笆斗山滑坡地質(zhì)災(zāi)害威脅人口多、 危害范圍廣、危害大, 對笆斗山滑坡地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行穩(wěn)定性分析和實(shí)施工程治理十分必要而緊迫。

圖1 南京市棲霞區(qū)笆斗山滑坡全貌圖Fig 1. Birds's-Eye View of Badoushan Slide of Qixia Area, Nanjing

1 地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 地形地貌

笆斗山滑坡所處地貌單元屬侵蝕堆積崗地, 崗地整體呈北東-南西向展布, 坡頂標(biāo)高42. 8m; 坡底標(biāo)高12. 6m～19. 8m, 邊坡高差23. 0m～30. 2m, 邊坡自然坡度20° ～45°, 后因工程建設(shè)等因素的影響,地形變化比較大, 邊坡平均坡度大于45°, 局部坡度大于70°。

1.2 地層巖性

根據(jù)勘探深度范圍內(nèi)揭露的巖土層特征, 按其成因、 類型、 物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的差異劃分為7 個工程地層。 各巖土層自上而下工程地質(zhì)特征描述如下:

(1) 上更新統(tǒng)下蜀組粉質(zhì)黏土: 灰黑、 灰褐色, 硬塑, 刀切面光滑, 干強(qiáng)度中等, 韌性中等。 土層厚度2. 0m～8. 4m, 平均厚度6. 0m。

(2) 下蜀組粉質(zhì)黏土: 黃褐色, 可塑, 局部硬塑, 切面較光滑, 含少量鐵錳質(zhì)浸染, 干強(qiáng)度中等,韌性中等。 土層厚度0. 9m～8. 1m, 平均厚度4. 5m。

(3) 下蜀組粉質(zhì)黏土: 黃褐色, 硬塑, 局部可塑, 切面較光滑, 含少量鐵錳質(zhì)浸染, 干強(qiáng)度中等,韌性中等。 土層厚度1. 4m～9. 0m, 平均厚度4. 1m。

(4) 下蜀組粉質(zhì)黏土: 灰褐、 黃褐色, 可塑, 局部硬塑, 刀切面較光滑, 含少量鐵錳質(zhì)浸染, 干強(qiáng)度中等, 韌性中等。 土層厚度1. 0m～13. 0m, 平均厚度5. 2m。

(5) 下蜀組粉質(zhì)黏土: 灰褐、 黃褐色, 硬塑, 局部可塑, 刀切面較光滑, 含少量鐵錳質(zhì)浸染, 干強(qiáng)度中等, 韌性中等。 揭露土層厚度2. 0m～11. 6m, 平均厚度7. 0m。

(6) 下蜀組黏土: 灰褐、 黃褐色, 硬塑～可塑, 局部堅(jiān)硬, 刀切面光滑, 含少量鐵錳質(zhì)浸染, 干強(qiáng)度中等, 韌性中等。 揭露土層厚度2. 3m～9. 9m, 平均厚度4. 3m。

(7) 下伏基巖白堊系上統(tǒng)浦口組石英砂巖: 灰褐、 黃褐色, 強(qiáng)風(fēng)化-中等風(fēng)化, 厚層狀, 屬較軟巖-較硬巖, 巖體破碎-較破碎, 巖體基本質(zhì)量分級為Ⅳ-Ⅴ級。 基巖埋置深度2. 2m～25. 8m, 埋置深度變化較大。

1.3 地下水

根據(jù)地下水賦存條件, 研究區(qū)及附近地下水類型主要為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水。

(1) 松散巖類孔隙水: 松散巖類孔隙水含水層由由上更新統(tǒng)粉質(zhì)黏土組成, 不同地貌區(qū)的巖性、富水性及補(bǔ)逕排條件等表現(xiàn)出較大的差異。 該含水層透水性和富水性差, 單井出水量一般小于50m3/ d。地下水水位埋深1. 0m～1. 5m, 水位變化主要受大氣降水和長江水位的影響, 年水位變幅一般在0. 5m ～1. 0m 間。

(2) 基巖裂隙水: 含水層主要由白堊系浦口組碎屑巖類組成, 淺部以風(fēng)化裂隙水為主, 基巖出露地區(qū)風(fēng)化現(xiàn)象較為嚴(yán)重; 深部風(fēng)化作用逐漸減弱, 以構(gòu)造裂隙水為主, 巖層構(gòu)造裂隙的發(fā)育程度總體較差, 多為閉合狀或被充填, 富水性較差, 單井涌水量一般小于100m3/ d; 但在構(gòu)造有利部位, 特別是在斷裂交匯部位, 構(gòu)造裂隙發(fā)育程度較高, 連通性較好, 可能形成相對富水塊段, 單井涌水量可超過100m3/ d。

1.4 人類工程活動

不穩(wěn)定滑坡區(qū)位于南京市主城區(qū), 人類工程活動對原始地形地貌的改造較強(qiáng)烈, 地質(zhì)環(huán)境也發(fā)生了不同程度的改變。

周邊人類工程活動主要表現(xiàn)為太新路、 藍(lán)燕賓館等工程建設(shè)存在的較多的切坡活動。 切坡后邊坡平均坡度大于45°, 局部可達(dá)70°, 坡腳采用不同高度的重力式擋土墻進(jìn)行支擋圍護(hù), 而坡面未采取有效的加固措施。

2 笆斗山滑坡災(zāi)害特征

通過現(xiàn)場地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查, 根據(jù)滑坡地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)育特征、 滑坡災(zāi)害的分布范圍、 坡體結(jié)構(gòu)以及邊坡走向等特征, 研究區(qū)可分為三個不穩(wěn)定邊坡區(qū)域(圖2), 1 號區(qū)位于研究區(qū)南部, 2 號區(qū)位于研究區(qū)東北部、 太新路西北側(cè), 3 號區(qū)位于研究區(qū)東北部、 藍(lán)燕賓館西側(cè)。

2.1 滑坡各分區(qū)基本特征

滑坡各分區(qū)形態(tài)及邊界特征:

1 號區(qū)不穩(wěn)定邊坡: 主要為土質(zhì)滑坡地, 邊坡總體地勢呈北高南低, 受切坡影響, 坡度下陡上緩,前緣平均坡度約45°, 坡頂?shù)貏萜教埂?潛在滑坡體總體形態(tài)呈圈椅狀, 滑動方向約134°。

2 號區(qū)不穩(wěn)定邊坡: 為土質(zhì)滑坡災(zāi)害, 邊坡總體地勢呈東北高西南低, 受切坡影響, 坡面較陡, 平均坡度約45°, 局部大于70°, 坡頂?shù)貏萋杂衅鸱?潛在滑坡體總體形態(tài)呈圈椅狀, 滑動方向約131°。

3 號區(qū)不穩(wěn)定邊坡: 為土質(zhì)滑坡災(zāi)害, 邊坡總體地勢呈南西高北東低, 受切坡影響, 坡度下陡上緩, 前緣平均坡度約45°, 坡頂?shù)貏萜教埂?潛在滑坡體總體形態(tài)呈圈椅狀, 滑動方向約56°。

2.2 各分區(qū)滑坡物質(zhì)組成及特征:

1 號不穩(wěn)定邊坡滑坡體主要由①層～⑤層粉質(zhì)黏土組成, 滑動面位于粉質(zhì)黏土層內(nèi)部, 滑動面呈圓弧形, 滑動面平均深度5m 左右。 潛在滑坡總方量約15000m3。

2 號不穩(wěn)定滑坡體主要由②層～③層粉質(zhì)黏土組成, 滑動面位于粉質(zhì)黏土層內(nèi)部, 滑動面呈圓弧形, 滑動面平均深度5m 左右。 潛在滑坡總方量約4000m3。

3 號不穩(wěn)定滑坡體主要由②層～③層粉質(zhì)黏土組成, 滑動面位于粉質(zhì)黏土層內(nèi)部, 滑動面呈圓弧形, 滑動面平均深度5m 左右。 潛在滑坡總方量約13000m3。

2.3 邊坡破壞模式分析:

通過現(xiàn)場調(diào)查、 鉆探以及室內(nèi)綜合分析, 笆斗山滑坡均為牽引式土質(zhì)滑坡, 坡體上部的粉質(zhì)黏土層遇水后膨脹飽和, 重度增加, 強(qiáng)度降低, 抗滑力減弱, 導(dǎo)致坡體軟化變形, 坡體易沿土體內(nèi)部形成的貫通滑動面, 滑坡體潛在滑動面為圓弧形, 1 號區(qū)和2 號區(qū)滑坡體剪出口位于坡腳擋墻底部附近, 3 號區(qū)滑坡體剪出口位于二級擋土墻的墻頂部位。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

研究區(qū)發(fā)育的地質(zhì)災(zāi)害類型為土質(zhì)滑坡, 滑動面呈圓弧形, 產(chǎn)生于邊坡坡體內(nèi)部, 根據(jù) 《滑坡防治工程勘查規(guī)范》 (GB / T32864-2016) 13. 4. 2 條, 采用畢肖普法進(jìn)行穩(wěn)定性評價(jià), 可用摩根斯頓-普賴斯法等方法進(jìn)行校核。 選取具有代表性1～1’ 剖面、 2～2’ 剖面、 3～3’ 剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算, 本次穩(wěn)定性計(jì)算工況分為兩種, 工況1: 自重工況; 工況2: 自重+暴雨工況。 根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果, 結(jié)合勘查區(qū)周邊類似滑坡的經(jīng)驗(yàn)值, 本次穩(wěn)定性計(jì)算選取參數(shù)如表1。

表1 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)表Tab 1. Parameter of Calculation of Slide Stability

3.2 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

根據(jù)巖土體各項(xiàng)物理力學(xué)參數(shù), 采用畢肖普法對滑坡的穩(wěn)定性計(jì)算, 并采用摩根普萊斯法對滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行校核, 計(jì)算校核結(jié)果見表2。 根據(jù)計(jì)算結(jié)果, 1-1’ 剖面在自重工況下處于穩(wěn)定狀態(tài), 在自重+暴雨工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。 2-2’ 剖面在自重工況下處于穩(wěn)定狀態(tài), 在自重+暴雨工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。 3-3’ 剖面在自重工況下處于穩(wěn)定狀態(tài), 在自重+暴雨工況下處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

表2 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Tab 2. Calculation Result of Side Slope Stability

3.3 滑坡治理穩(wěn)定性安全系數(shù)

根據(jù)受災(zāi)對象、 受災(zāi)程度等因素綜合考慮, 參考 《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》 ( DZ/T0219-2006) 工程分級標(biāo)準(zhǔn), 綜合確定南京市棲霞區(qū)笆斗山滑坡地質(zhì)災(zāi)害防治工程等級為II 級, 根據(jù)滑坡防治工程設(shè)計(jì)安全系數(shù)所示, 各工況下荷載組合及安全系數(shù)選取見表3。

表3 各工況下荷載組合及安全系數(shù)選取Tab 3. Various Load Assemblage and Safety Coefficient Selection

3.4 設(shè)計(jì)下滑推力

根據(jù)滑坡防治工程等級(II 級), 確定自重工況下安全系數(shù)取1. 3; 暴雨工況下安全系數(shù)取1. 15。參考規(guī)范提供的剩余下滑力的計(jì)算公式。 將各剖面穩(wěn)定性及下滑推力計(jì)算成果見表4。

表4 各個斷面滑坡穩(wěn)定性及滑坡推力計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表Tab 4. Calculation Result of Slide Stability and Thrust of Various Section

3.5 邊坡穩(wěn)定性綜述

笆斗山滑坡為土質(zhì)滑坡, 滑坡體組成巖性主要為下蜀組粉質(zhì)黏土, 下蜀組粉質(zhì)黏土在降雨等不利條件下抗剪強(qiáng)度易下降; 地表水下滲后容易在土巖交界面匯集, 地下水一方面軟化巖土體, 同時(shí)產(chǎn)生靜水壓力。 受切坡影響邊坡前緣坡面較陡立, 原擋墻等支護(hù)手段已逐漸失效, 為坡體的滑動破壞提供了臨空面和剪出口。 此外坡頂?shù)慕ㄖ奢d加大了坡體的下滑力, 對坡體穩(wěn)定不利。 綜合考慮地層巖性、 地形地貌、 坡頂加載、 降雨等因素以及定量計(jì)算結(jié)果, 笆斗山滑坡在自重作用下處于穩(wěn)定狀態(tài), 但在暴雨作用下處于不穩(wěn)定～基本穩(wěn)定狀態(tài)。

4 滑坡工程治理設(shè)計(jì)

滑坡治理工程所采取的防治方案既要安全可靠。 結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育特點(diǎn)以及場地條件及周邊相似工程的治理經(jīng)驗(yàn), 治理工程采用削坡減載、 錨桿格構(gòu)、 截排水等措施進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害治理, 采用坡面掛網(wǎng)客土噴播的方式進(jìn)行綠化。

(1) 削坡降坡: 1 號區(qū)治理利用機(jī)械結(jié)合人工對邊坡進(jìn)行削坡降坡。 2 號區(qū)治理利用人工的方式對邊坡進(jìn)行人工清坡, 并向東北側(cè)邊坡逐漸過渡至原始地形。

(2) 錨桿格構(gòu): 機(jī)械結(jié)合人工削坡降坡后進(jìn)行人工清坡, 確保坡面平順, 人工清坡后坡面采用錨桿格構(gòu)進(jìn)行加固。 錨桿均采用全長粘結(jié)式砂漿錨桿, 錨孔直徑D = 130mm。 錨桿豎直向間距1. 5m, 水平向間距2. 5m。 注漿材料為水泥凈漿, 水灰比0. 45～0. 5, 漿體材料不應(yīng)低于30MPa; 格構(gòu)梁采用井字形布置, 節(jié)點(diǎn)處與錨桿相焊接, 橫梁、 縱梁截面尺寸均為0. 3m×0. 3m (寬×高), 地梁截面為0. 5m×0. 5m (寬×深), 頂梁尺寸為0. 5m×0. 5m (寬×深), 均采用C30 混凝土澆。

(3) 掛網(wǎng)客土噴播綠化: 均采用格構(gòu)梁內(nèi)碼放堆土袋(編織袋裝土) 后采用坡面掛網(wǎng)客土噴播的方式進(jìn)行綠化。

(4) 截、 排水溝: 為減少降雨匯水對坡體的不利影響, 均在周邊布設(shè)完整、 通暢的截排水系統(tǒng)引導(dǎo)降雨匯水至市政管網(wǎng), 坡頂設(shè)置一道截水溝, 坡腳設(shè)置一道坡腳排水溝, 坡面設(shè)置縱向排水溝。 坡頂截水溝和坡面縱向排水溝均采用矩形斷面, 寬0. 5m, 深0. 5m, 壁厚0. 2m; 坡腳現(xiàn)有一條漿砌塊石排水溝, 損壞嚴(yán)重, 基本失去排水效果, 設(shè)計(jì)在原排水溝拆除的基礎(chǔ)上, 設(shè)置一道鋼筋混凝土排水溝, 采用矩形斷面, 寬0. 8m, 深0. 8m, 壁厚0. 3m; 截排水溝均采用C30 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu), 每隔10m 設(shè)置一伸縮縫, 縫內(nèi)填彈性較好的瀝青麻絲。

(5) 擋土墻: 1 號區(qū)人行道旁擋土墻拆除后重砌, 采用M10 漿砌塊石砌筑, 擋墻頂寬0. 6m, 底寬1. 12m, 墻背豎直, 墻背面向人行道, 墻胸坡比1 ∶0. 2, 墻高2. 6m, 其中基礎(chǔ)埋深0. 6m, 地面以上高度2. 0m, 地面以上具體高度可根據(jù)實(shí)際地形作適當(dāng)調(diào)整, 但基礎(chǔ)埋深需滿足0. 6m; 擋土墻墻身設(shè)置兩排排水孔, 水平間距為1. 5m, 呈梅花型布置, 第一排排水孔距離地面0. 5m, 第二排排水孔距離地面1. 5m, 排水孔采用100mm 的PVC 管; 每隔10m 設(shè)置一道伸縮縫; 墻頂垛子寬0. 3m、 高0. 3m、 長0. 8m, 間距0. 8m。

5 結(jié)論

(1) 系統(tǒng)的解釋了滑坡的形成機(jī)理: 滑坡為土質(zhì)滑坡, 滑坡類型多為牽引式滑坡, 滑坡體組成巖性主要為1～6 層的下蜀組粉質(zhì)黏土, 下蜀組粉質(zhì)黏土在降雨等不利條件下抗剪強(qiáng)度急劇下降; 地表水下滲后容易在黏土與巖石交界面匯集, 地下水一方面軟化巖土體, 同時(shí)產(chǎn)生靜水壓力。 受切坡影響邊坡前緣坡面較陡立, 原擋墻等支護(hù)手段已逐漸失效, 為坡體的滑動破壞提供了臨空面和剪出口。

(2) 通過對研究區(qū)進(jìn)行用極限平衡法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算, 綜合分析認(rèn)為邊坡在自重工況時(shí)處在穩(wěn)定狀態(tài), 邊坡在暴雨+自重工況時(shí)處在不穩(wěn)定～基本穩(wěn)定狀態(tài)。

(3) 根據(jù)受災(zāi)對象、 受災(zāi)程度、 施工難度和穩(wěn)定性評價(jià)結(jié)果等因素綜合考慮, 治理措施采取削坡減載、 錨桿格構(gòu)、 掛網(wǎng)客土噴播綠化、 截排水等方式進(jìn)行滑坡地質(zhì)災(zāi)害工程治理。