江蘇寧鎮(zhèn)地區(qū)典型下蜀土滑坡機理分析及應(yīng)急處理措施

劉寶生，宋京雷，郝社峰，蔣 波，張紀(jì)星

(江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇 南京 210018)

0 引言

下蜀土又稱下蜀組粉質(zhì)黏土，是一種特殊的沉積性土壤，形成于中、晚更新世，在長江中下游區(qū)域分布較廣，寧鎮(zhèn)山脈一帶的崗地、低山、河流階地以及長江三角洲平原、東海大陸架等均有分布，其中江蘇省南京、鎮(zhèn)江一帶最為發(fā)育。根據(jù)調(diào)查資料，2013—2015年度南京市分布有滑坡地質(zhì)災(zāi)害49處[1]，其中下蜀土滑坡36處，占總數(shù)的73.5%，主要分布在棲霞區(qū)燕子磯附近及老虎山一帶，隨著城市化進程的逐步推進，下蜀土滑坡災(zāi)害一方面制約著南京城市的發(fā)展，一方面威脅著城市居民生命與財產(chǎn)的安全，如何及時有效的防治滑坡地質(zhì)災(zāi)害成為城市發(fā)展中的重點與難點。

寧鎮(zhèn)地區(qū)下蜀土邊坡眾多，滑坡地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)，邊坡的穩(wěn)定性問題也逐漸成為研究熱點。目前國內(nèi)學(xué)者針對下蜀土性質(zhì)及其滑坡成因開展了一系列的研究。韓愛民等[2]用經(jīng)改造的GDS非飽和土三軸儀測得下蜀土在不同凈圍壓下的變形特性和持水特性，全面系統(tǒng)地研究了脫濕狀態(tài)下南京下蜀土的土水-力學(xué)特性；顧凱等[3]共配制了9組下蜀土-膨潤土混合試樣，在不同的溫度條件下開展一系列無荷膨脹試驗，研究了初始含水量、膨潤土摻量、溫度對混合土試樣膨脹性的影響；張連杰等[4]通過直剪試驗分別對含水率為20%、27%、32%的延吉盆地膨脹土重塑樣進行了研究，得到了較好的抗剪強度隨含水率及上覆壓力變化的擬合關(guān)系式；曾凡穩(wěn)[5]對南京地區(qū)下蜀土滑坡穩(wěn)定性影響因素進行了分析，總結(jié)了影響邊坡穩(wěn)定性的因素；李晶[6]研究了寧鎮(zhèn)地區(qū)下蜀土滑坡區(qū)域預(yù)測預(yù)報，建立基于GIS的寧鎮(zhèn)地區(qū)下蜀土區(qū)域的滑坡預(yù)測預(yù)報模型；盛歡[7]研究了下蜀土邊坡錨桿的加固機理，并對錨桿加固方案進行優(yōu)化設(shè)計。盡管國內(nèi)針對下蜀土滑坡開展了一系列的研究，但是針對該類滑坡的影響因素及成因機理的分析不夠深入。以往的分析多為基于穩(wěn)定的邊坡開展，利用已發(fā)生滑動的邊坡的案例分析相對較少?；诖?，本文以南京市某道路沿線的兩個典型下蜀土滑坡(分別為填方邊坡和挖方邊坡)為例，通過現(xiàn)場調(diào)查和理論分析，探究下蜀土滑坡的成因機理。并在兩個滑坡地質(zhì)災(zāi)害綜合分析基礎(chǔ)上，提出了應(yīng)急消險措施及永久治理方案。

1 滑坡災(zāi)害機理分析

南京市某道路規(guī)劃由鄉(xiāng)鎮(zhèn)公路提升為城市主干路，開展了全長約1.4 km的拓寬工程。道路施工過程中由于場地空間等原因形成了較大范圍的填方和挖方邊坡，留下了安全隱患。在強降雨等因素的誘發(fā)下，2017年5月至8月，道路沿線共發(fā)生兩次滑坡，分別為1#滑坡及2#滑坡(圖1)。

圖1 滑坡平面分布示意圖Fig.1 Schematic distribution diagram of two landslides

1.1 1#滑坡

1.1.11#滑坡發(fā)育特征

1#滑坡類型為填土型邊坡滑動，道路拓寬項目施工過程中產(chǎn)生大量剩余土石方翻至道路西側(cè)山麓處，形成了1#填土邊坡。

2017年5月25日，邊坡坡頂出現(xiàn)拉張裂縫，坡腳漿砌塊石排水溝斷裂破壞，溝底起拱嚴(yán)重，發(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害。調(diào)查結(jié)果表明，填方邊坡總長約120 m，高差約12 m，坡向約95°，坡度約23°?；麻L約35 m，寬約25 m，厚約4 m，體積約2 500 m3，呈圓弧形，前寬后窄，滑體組成主要為填土，滑坡典型照片見圖2。

圖2 1#滑坡典型照片F(xiàn)ig.2 Typical photos of No.1 landslide

1.1.21#滑坡地質(zhì)條件

滑動面為②層底部軟塑狀的粉質(zhì)黏土，即②層與③層的地層交界面的位置，根據(jù)現(xiàn)場探坑揭露，該層有滲水點。土體物理力學(xué)參數(shù)見表1，地層典型剖面見圖3。

表1 土體主要物理力學(xué)參數(shù)(*為經(jīng)驗值)

圖3 1#滑坡地層剖面圖Fig.3 Stratigraphic profile of No.1 landslide

1.1.31#滑坡形成機理

滑坡體位于丘陵斜坡地帶，填土坡后緣高于自然坡體，堵塞徑流排泄，上部山體匯水易向滑坡體入滲。此外填土坡坡頂平緩，形成積水平臺，為地表水下滲創(chuàng)造了條件。滑坡體組成主要為雜填土及下蜀組粉質(zhì)黏土，雜填土厚度可達(dá)6.8 m，粉質(zhì)黏土層厚度可達(dá)6.3 m，下伏基巖為侏羅系中下統(tǒng)象山群砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖，形成相對隔水層，大量降雨滲入坡體后，雜填土及粉質(zhì)黏土層吸水飽和，重度增加，抗剪強度降低，形成軟弱滑動面，引發(fā)滑坡地質(zhì)災(zāi)害。具體分析如下：

(1)道路拓寬過程中將剩余土石方直接翻填至山坡坡腳，形成人工填土邊坡，為滑坡的產(chǎn)生創(chuàng)造了物質(zhì)條件。

(2)坡腳排洪溝開挖深度達(dá)3.9 m，僅采用0.4 m厚懸臂式鋼筋混凝土側(cè)壁，未設(shè)鋼筋混凝土肋或橫梁，抗傾覆能力不足，下滑力導(dǎo)致排水溝溝壁傾覆。圖4為排水溝配筋示意圖。

圖4 坡腳排水溝配筋示意圖(未標(biāo)注單位以mm計)Fig.4 Schematic diagram of reinforcing bars in drainage ditch (unit:mm)

1.2 2#滑坡

1.2.12#滑坡發(fā)育特征

根據(jù)景區(qū)的控制性詳細(xì)規(guī)劃，擬建房屋即位于該道路西北側(cè)，由于場地空間限制，需進行切坡工程。

2017年8月12日，在強降雨作用下，基坑工程由于排水不暢，坑內(nèi)灌滿雨水，隨即利用水泵進行基坑降水，8月13日，基坑上部已加固邊坡的格構(gòu)梁發(fā)生拉張破壞，坡體外鼓變形，坡腳基坑圍護樁出現(xiàn)彎裂，發(fā)生滑坡地質(zhì)災(zāi)害。邊坡工程與基坑工程施工先后順序見圖5。

圖5 邊坡工程與基坑工程施工先后順序圖Fig.5 The construction sequence of the reinforcement for the slope and foundation

現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果表明，邊坡總長約200 m，高差約10 m，坡向約70°，坡度約45°。滑體長約32 m，寬約22 m，厚約12 m，體積約3 000 m3，呈圓弧形，前寬后窄，滑面貫通，后緣裂縫已下挫約0.5 m，滑坡典型照片見圖6。

圖6 2#滑坡典型照片F(xiàn)ig.6 Typical photos of No.2 landslide

1.2.22#滑坡地質(zhì)條件

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及鉆探勘查結(jié)果，滑坡位置工程地質(zhì)分層分別為：

表2 土體主要物理力學(xué)參數(shù)(*為經(jīng)驗值)

圖7 2#滑坡地層剖面圖Fig.7 Stratigraphic profile of No.2 landslide

1.2.32#滑坡形成機理

同1#滑坡，下伏基巖為侏羅系中下統(tǒng)象山群砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖，形成相對隔水層，大量降雨滲入坡體后，②層粉質(zhì)黏土層吸水飽和，重度增加，抗剪強度降低，形成軟弱滑動面，這是該次滑坡地質(zhì)災(zāi)害的先決條件。

坡腳基坑開挖，導(dǎo)致滑體剪出口下探3～4 m，此外8月12日的強降雨結(jié)合基坑降水，導(dǎo)致滑體內(nèi)部總水頭差增大，坡體內(nèi)滲流力增大，這兩方面是誘發(fā)滑坡的關(guān)鍵性因素。滑面由原潛在的淺層(厚度小于6 m)發(fā)展成中層(厚度6～20 m)，滑體后緣離坡頂最遠(yuǎn)處達(dá)20 m，滑體厚度約13 m?；嬖竭^原支護錨桿，原錨桿格構(gòu)未起到支護作用，全部失效。2#滑坡發(fā)展示意見圖8。

圖8 2#滑坡發(fā)展示意圖Fig.8 Schematic diagram of process of No.2 landslide

(1)基坑圍護樁設(shè)計計算時②層粉質(zhì)黏土層選取強度參數(shù)偏危險(基坑設(shè)計參數(shù)c=44.1 kPa,φ=13.6°；滑體反演參數(shù)c=21 kPa,φ=10°)，導(dǎo)致圍護樁配筋有所欠缺，抗滑力不足，致使鋼筋拉斷，圍護樁彎裂?；訃o樁與后期治理抗滑樁樁身配筋對比見圖9。

圖9 基坑圍護樁(a)與后期抗滑樁(b)樁身配筋對比圖(未標(biāo)注單位以mm計)Fig.9 Reinforcing bars of retaining pile and slide-resistant pile for foundation pit

此外基坑圍護樁樁頂設(shè)計位于邊坡格構(gòu)梁地梁之下，后期坡樁頭作業(yè)中直接導(dǎo)致地梁懸空失效。

(2)由于工期緊張，基坑開挖時，樁頂冠梁錨索還未施工、圍護樁混凝土未達(dá)到齡期，圍護樁無法發(fā)揮全部抗滑效力。此外，基坑快速降水易導(dǎo)致坡體內(nèi)地下水與坑內(nèi)水總水頭差增大，滲流力增大，降低坡體穩(wěn)定性。

2 滑坡治理方案

2.1 1#滑坡

2.1.11#滑坡應(yīng)急措施

滑坡經(jīng)分析論證，主要原因是由于填土邊坡堆載導(dǎo)致排水不暢，入滲嚴(yán)重，故首要任務(wù)是清理后緣填土，開挖應(yīng)急水溝，水溝表面鋪蓋防水布；其次削坡減載，削除坡頂約1/3滑體，減小下滑力，提升穩(wěn)定系數(shù)；坡面鋪蓋復(fù)合土工膜，較常用的彩條布抗拉裂抗老化能力更強，在應(yīng)急消險中起了較好的排水防滲效果，防止坡頂?shù)乇硭M一步下滲。經(jīng)處理，邊坡變形逐漸趨穩(wěn)。

2.1.21#滑坡永久治理方案

根據(jù)規(guī)范要求，采用畢肖普法進行穩(wěn)定性計算，將剖面穩(wěn)定性及下滑推力計算成果列于表3。其中典型剖面自重+暴雨工況畢肖普法計算結(jié)果見圖10，滑坡設(shè)計下滑力選取最大值186.0 kN/m。

表3 1#滑坡穩(wěn)定性及滑坡推力計算結(jié)果統(tǒng)計表

圖10 典型剖面3-3′自重+暴雨工況畢肖普法計算結(jié)果Fig.10 The calculation results of typical profile on the rainstorm condition by Bishop method

治理的總體思路，一是治理務(wù)求安全徹底，保障道路車輛行人的生命財產(chǎn)安全；二是結(jié)合、兼顧景區(qū)規(guī)劃和土地利用需要，避免鋼筋砼結(jié)構(gòu)外露。三是需考慮坡面原綠化措施保護，施工通道狹窄，場地條件較差的實際情況，做到技術(shù)可行。

據(jù)此，永久治理方案選用錨拉抗滑樁及截排水支護(圖11)。在滑體中下部設(shè)一排抗滑樁，樁徑1.2 m，樁間距2.5 m，樁長10.0 m，在樁頂冠梁每隔2.5 m處設(shè)斜拉錨桿，以控制變形，樁身受力更為合理。坡頂設(shè)截水溝，樁頂設(shè)坡面排水溝。

圖11 1#滑坡永久治理設(shè)計剖面圖Fig.11 Permanent design scheme for No.1 landslide

2.2 2#滑坡

2.2.12#滑坡應(yīng)急措施

滑坡經(jīng)分析論證，主要原因是由于工期緊張，基坑圍護樁工程未完成即開挖作業(yè)，加上連續(xù)暴雨及基坑降水，導(dǎo)致坡體應(yīng)力松弛，應(yīng)變增大，坡體滑動破壞。消險方案采取回填塊石壓腳，增大抗滑力，提高穩(wěn)定性系數(shù)，回填高度為坡高的1/3,回填寬度5 m。坡頂鋪蓋復(fù)合土工膜，防止雨水直接滲入后緣裂縫。監(jiān)測結(jié)果顯示，壓腳完成后，坡體變形逐漸趨于收斂，遏制住了原滑坡快速發(fā)展的趨勢。

2.2.22#滑坡永久治理方案

根據(jù)規(guī)范要求，采用畢肖普法進行穩(wěn)定性計算，將剖面穩(wěn)定性及下滑推力計算成果列于表4。其中典型剖面自重+暴雨工況畢肖普法計算結(jié)果見圖12，滑坡設(shè)計下滑力選取最大值526.8 kN/m。

表4 2#滑坡穩(wěn)定性及滑坡推力計算結(jié)果統(tǒng)計表

圖12 典型剖面6-6′自重+暴雨工況畢肖普法計算結(jié)果Fig.12 The calculation results of typical profile on the rainstorm condition by Bishop method

治理的總體思路，一是因滑面已貫通，土體結(jié)構(gòu)已破壞，在原支護基礎(chǔ)上修補易留下安全隱患；二是由于工期原因，需盡快為基坑工程清理出一定的安全距離，保證同步施工；三是參照滑體兩側(cè)已加固邊坡工程方案，做到和諧統(tǒng)一。

圖13 2#滑坡永久治理設(shè)計剖面圖Fig.13 Permanent design scheme for No.2 landslide

據(jù)此，永久治理方案選用錨拉抗滑樁、錨桿格構(gòu)、鋼筋砼擋板及截排水支護(圖13)。在滑體中下部設(shè)一排抗滑樁，樁徑1.2 m，樁間距2.5 m，樁長12.0 m，在樁頂冠梁每隔2.5 m處設(shè)斜拉錨索，錨入中風(fēng)化巖4.0 m，控制變形。樁頂設(shè)2.0 m高鋼筋砼擋板，板內(nèi)側(cè)填土，降低土坡高度。擋板以上坡面采用錨桿格構(gòu)支護。坡頂坡腳設(shè)截排水溝。

3 結(jié)論

根據(jù)上述南京市某道路沿線兩起滑坡的多角度分析總結(jié)，得出主要結(jié)論如下：

(1)1#滑坡主要誘因是其為填土型邊坡，土體固結(jié)較差，滑坡前緣新建排水溝，在暴雨的作用下，導(dǎo)致了滑坡的產(chǎn)生。2#滑坡主要誘因為坡前開挖基坑，致使巖土分界面臨空，受暴雨影響，巖土交界面位置下蜀土軟化，抗剪強度參數(shù)降低，此外基坑快速降水導(dǎo)致坡體中出現(xiàn)動水壓力，基坑支護結(jié)構(gòu)無法支撐邊坡的下滑推力，從而發(fā)生邊坡滑動。

(2)根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及監(jiān)測結(jié)果顯示，兩次滑坡采取的削頂、壓腳、復(fù)合土工膜覆蓋等應(yīng)急措施使滑坡變形趨于穩(wěn)定，達(dá)到消險目的。

(3)通過計算分析，針對1#滑坡選用錨拉抗滑樁及截排水支護方案、2#滑坡選用錨拉抗滑樁、錨桿格構(gòu)、鋼筋砼擋板及截排水支護方案，所選支護手段對已產(chǎn)生滑動的邊坡可進行永久治理，通過已有的監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，邊坡目前處于穩(wěn)定狀態(tài)，治理方案合理可行。

(4)地質(zhì)工作是經(jīng)濟建設(shè)、社會發(fā)展的基礎(chǔ)和先行，工程建設(shè)應(yīng)強化地質(zhì)先行的意識，為后續(xù)工作夯實基礎(chǔ)。在工程實施過程中，更應(yīng)尊重事物發(fā)展的客觀規(guī)律，方能確保工程質(zhì)量。