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(zhǎng)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(zhǎng)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(jìn)程的逐步推進(jìn)，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(cái)產(chǎn)的安全，如何及時(shí)有效的防治滑坡地質(zhì)災(zāi)害成為城市發(fā)展中的重點(diǎn)與難點(diǎn)。

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(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)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(cè)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(rùn)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(yàn)，研究了初始含水量、膨潤(rùn)土摻量、溫度對(duì)混合土試樣膨脹性的影響；張連杰等[4]通過直剪試驗(yàn)分別對(duì)含水率為20%、27%、32%的延吉盆地膨脹土重塑樣進(jìn)行了研究，得到了較好的抗剪強(qiáng)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(duì)南京地區(qū)下蜀土滑坡穩(wěn)定性影響因素進(jìn)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(cè)預(yù)報(bào)，建立基于GIS的寧鎮(zhèn)地區(qū)下蜀土區(qū)域的滑坡預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型；盛歡[7]研究了下蜀土邊坡錨桿的加固機(jī)理，并對(duì)錨桿加固方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。盡管國(guó)內(nèi)針對(duì)下蜀土滑坡開展了一系列的研究，但是針對(duì)該類滑坡的影響因素及成因機(jī)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(dòng)的邊坡的案例分析相對(duì)較少。基于此，本文以南京市某道路沿線的兩個(gè)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(chǎng)調(diào)查和理論分析，探究下蜀土滑坡的成因機(jī)理。并在兩個(gè)滑坡地質(zhì)災(zāi)害綜合分析基礎(chǔ)上，提出了應(yīng)急消險(xiǎn)措施及永久治理方案。

1 滑坡災(zāi)害機(jī)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(zhǎng)約1.4 km的拓寬工程。道路施工過程中由于場(chǎng)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(qiáng)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(dòng)，道路拓寬項(xiàng)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(zhǎng)約120 m，高差約12 m，坡向約95°，坡度約23°。滑坡長(zhǎng)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(dòng)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(chǎng)探坑揭露，該層有滲水點(diǎn)。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(yàn)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(jī)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(tái)，為地表水下滲創(chuàng)造了條件?；麦w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(duì)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(qiáng)度降低，形成軟弱滑動(dòng)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(jì))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(chǎng)地空間限制，需進(jìn)行切坡工程。

2017年8月12日，在強(qiáng)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(jìn)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(hù)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(chǎng)調(diào)查結(jié)果表明，邊坡總長(zhǎng)約200 m，高差約10 m，坡向約70°，坡度約45°?；w長(zhǎng)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(chǎng)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(yàn)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(jī)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(duì)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(qiáng)度降低，形成軟弱滑動(dòng)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(qiáng)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?；嬗稍瓭撛诘臏\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(hù)錨桿，原錨桿格構(gòu)未起到支護(hù)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(hù)樁設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)②層粉質(zhì)黏土層選取強(qiáng)度參數(shù)偏危險(xiǎn)(基坑設(shè)計(jì)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(hù)樁配筋有所欠缺，抗滑力不足，致使鋼筋拉斷，圍護(hù)樁彎裂?；訃o(hù)樁與后期治理抗滑樁樁身配筋對(duì)比見圖9。

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

此外基坑圍護(hù)樁樁頂設(shè)計(jì)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(shí)，樁頂冠梁錨索還未施工、圍護(hù)樁混凝土未達(dá)到齡期，圍護(hù)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(qiáng)，在應(yīng)急消險(xiǎn)中起了較好的排水防滲效果，防止坡頂?shù)乇硭M(jìn)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(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，將剖面穩(wěn)定性及下滑推力計(jì)算成果列于表3。其中典型剖面自重+暴雨工況畢肖普法計(jì)算結(jié)果見圖10，滑坡設(shè)計(jì)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(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

圖10 典型剖面3-3′自重+暴雨工況畢肖普法計(jì)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(cái)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(hù)，施工通道狹窄，場(chǎng)地條件較差的實(shí)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(hù)(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(zhǎng)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(jì)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(hù)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?cè)龃螅麦w滑動(dòng)破壞。消險(xiǎn)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(cè)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(shì)。

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(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，將剖面穩(wěn)定性及下滑推力計(jì)算成果列于表4。其中典型剖面自重+暴雨工況畢肖普法計(jì)算結(jié)果見圖12，滑坡設(shè)計(jì)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(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

圖12 典型剖面6-6′自重+暴雨工況畢肖普法計(jì)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(hù)基礎(chǔ)上修補(bǔ)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(jì)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(hù)(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(zhǎng)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(hù)。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?yàn)槠虑伴_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(qiáng)度參數(shù)降低，此外基坑快速降水導(dǎo)致坡體中出現(xiàn)動(dòng)水壓力，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)無法支撐邊坡的下滑推力，從而發(fā)生邊坡滑動(dòng)。

(2)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及監(jiān)測(cè)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(xiǎn)目的。

(3)通過計(jì)算分析，針對(duì)1#滑坡選用錨拉抗滑樁及截排水支護(hù)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(hù)方案，所選支護(hù)手段對(duì)已產(chǎn)生滑動(dòng)的邊坡可進(jìn)行永久治理，通過已有的監(jiān)測(cè)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(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)和先行，工程建設(shè)應(yīng)強(qiáng)化地質(zhì)先行的意識(shí)，為后續(xù)工作夯實(shí)基礎(chǔ)。在工程實(shí)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。