某含深厚軟土堤防滑坡反演分析與加固方案研究

羅海東，袁翠平

（南京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，江蘇 南京 210012）

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)

本文發(fā)生滑坡的工程位于長江中下游的入江河道，靠近入江口，設(shè)計(jì)河底高程2.5 m，左右岸坡比均為1∶2.5，迎水坡高程8.5 m處設(shè)寬2.5 m平臺，兩側(cè)岸頂高程約12.5 m，局部最高處15.0 m。施工時(shí)河底需下挖深4 m左右。根據(jù)地質(zhì)勘探，河道堤防自上而下主要分布土層情況如下。

（1）堤防高程7.0 m以上。①2堤身填土，為粉質(zhì)黏土；②1重粉質(zhì)壤土：力學(xué)強(qiáng)度較高，微透水，抗沖刷能力較強(qiáng)，工程性質(zhì)較好。

（2）堤防高程7.0 m以下到設(shè)計(jì)河底以下淺部。③1淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土：普遍分布，厚度大，微透水，中～高靈敏度，高壓縮性，大孔隙比，力學(xué)強(qiáng)度低，工程性質(zhì)差；③2輕粉質(zhì)壤土～重粉質(zhì)砂壤土：局部分布，與③1淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土交互相變，弱～中等透水，高靈敏度，抗沖刷能力較差，工程性質(zhì)較差；③3淤泥：局部分布，微透水，高壓縮性，大孔隙比，抗沖刷能力差，高靈敏度，力學(xué)強(qiáng)度極差，工程性質(zhì)極差。

（3）堤基深部高程-5 m以下。③4重粉質(zhì)壤土：普遍分布，微透水，抗沖刷能力一般，中～高靈敏度，工程性質(zhì)一般。

主要土層物理力學(xué)指標(biāo)，詳見表1。

表1 主要土層物理力學(xué)指標(biāo)

1.2 現(xiàn)場滑坡情況

滑坡時(shí)河底已開挖至設(shè)計(jì)高程2.5 m，坡面基本按1∶2.5完成整坡，河底導(dǎo)流溝深約1.5 m?；潞髮?dǎo)流溝由河道中間推移至西岸坡腳，坡頂下沉超過3 m，整個河底隆起約2 m。岸上原狀地面15.0 m，上部有3 m多的施工堆土?；峦馏w順河道方向長134 m，垂直河道方向長53 m。滑坡下緣出露淤泥質(zhì)土?；掳l(fā)生前，有降雨?；虑昂蠛拥罃嗝鎸Ρ?，如圖1所示。

圖1 滑坡前后河道斷面對比

2 滑坡原因分析[1]

結(jié)合工程地質(zhì)、現(xiàn)場施工、周邊地形及水雨情情況，對滑坡進(jìn)行綜合分析，判斷造成滑坡的原因有以下幾方面。

（1）施工擾動（觸變性）[2]降低了軟土的強(qiáng)度指標(biāo)。根據(jù)地勘報(bào)告，高程7.0 m以下存在深厚的③1層淤泥質(zhì)重粉質(zhì)壤土，該層土在大面積大深度開挖情況下，因大幅度卸載或直接暴露，土體的強(qiáng)度特性發(fā)生變化（觸變性）。后期補(bǔ)充勘察成果表明，滑坡發(fā)生后滑弧以下的③1層土體強(qiáng)度（黏聚力、內(nèi)摩擦角）由原來的C=18.4 kPa、φ=12.8°降低為C=17.6 kPa、φ=11.1°。

（2）施工期降雨頻繁，河道水位反復(fù)漲落，對開挖形成的坡面及整體岸坡穩(wěn)定極為不利。本工程在汛后施工，當(dāng)年汛后降雨較為頻繁，僅10月份下雨天數(shù)達(dá)20 d。河坡裸露，導(dǎo)致堤身處于飽和狀態(tài)。同時(shí)，河道為入江口河道，下游水位較低，雨后河道水位又迅速降落，河道水位的反復(fù)快速漲落對剛開挖形成的坡面穩(wěn)定影響極大。

（3）施工組織不合理，岸坡土方未按正常施工順序進(jìn)行開挖。因土場及市容要求等原因，河道下部開挖的土方不能及時(shí)運(yùn)出，大量堆積在坡頂。同時(shí)，在河道底部開挖了導(dǎo)流溝，導(dǎo)流溝緊貼坡腳，深約1.5 m，在坡腳處形成了額外的臨空面。

3 土層抗剪指標(biāo)反演計(jì)算

3.1 ③1土層指標(biāo)反演計(jì)算[3]

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，③1土層的強(qiáng)度指標(biāo)對岸坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果的影響最為明顯。根據(jù)河道設(shè)計(jì)斷面建立邊坡模型，土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)采用勘察報(bào)告中的固結(jié)不排水剪。通過同時(shí)折減地質(zhì)報(bào)告提供的③1層土的力學(xué)指標(biāo)，直至發(fā)生滑坡的河道斷面抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)為1.0。經(jīng)反演計(jì)算（考慮施工機(jī)械荷載），③1土層折減后的強(qiáng)度指標(biāo)為C=17.48 kPa、φ=12.16°。③1土層強(qiáng)度指標(biāo)反演結(jié)果，詳見表2。

表2 ③1土層強(qiáng)度指標(biāo)反演結(jié)果

3.2 滑帶指標(biāo)反演計(jì)算

根據(jù)滑坡位置現(xiàn)場勘察，把同一剖面各鉆孔中比貫入阻力較小的各點(diǎn)和地表出現(xiàn)的裂縫點(diǎn)連接起來，構(gòu)成滑帶[4]。根據(jù)滑坡發(fā)生后現(xiàn)場斷面測量圖并參照補(bǔ)充勘察成果分析，選取滑帶厚度為2 m。經(jīng)反演分析，得到滑帶土體指標(biāo)為C=6.07 kPa、φ=4.22°?；瑤?qiáng)度指標(biāo)反演結(jié)果詳見表3，滑帶坡面如圖2所示。

圖2 滑帶坡面示意

表3 滑帶強(qiáng)度指標(biāo)反演結(jié)果

3.3 滑坡后現(xiàn)場補(bǔ)勘

滑坡發(fā)生后，及時(shí)對滑坡段的土體進(jìn)行了取樣試驗(yàn)，一方面分析③1層土體強(qiáng)度變化情況，另一方面探查滑面并提供滑面土體的強(qiáng)度指標(biāo)，給滑坡反演計(jì)算提供參考?；露维F(xiàn)場補(bǔ)勘后相關(guān)土層的物理力學(xué)指標(biāo)，詳見表4。

表4 現(xiàn)場補(bǔ)勘相關(guān)土層物理力學(xué)指標(biāo)

滑坡段加固方案穩(wěn)定計(jì)算時(shí)，③1層的強(qiáng)度指標(biāo)和滑帶指標(biāo)均取反演和補(bǔ)勘兩者的最小值，即③1層的強(qiáng)度指標(biāo)為C=17.6 kPa、φ=11.1°，滑帶土體指標(biāo)為C=6.07 kPa、φ=4.22°。

4 滑坡段加固方案[5]

因滑坡段四周場地開闊，無受影響的構(gòu)筑物，且用地條件允許，因此本工程在滑坡處理時(shí)優(yōu)先選用放緩坡比、增大平臺、減小坡高且對滑坡帶采用增設(shè)抗滑樁和深攪樁加固的方案?？紤]到抗滑樁施工工期短、利于施工和安全度高的優(yōu)勢，在與其他方案相比投資相差不大的情況下，采用放緩坡比加抗滑樁的方案，具體比選這里不再贅述。

加固方案記述如下：在高程8.5 m處設(shè)寬15.0 m平臺，平臺以上、以下均以1∶2.5放坡至坡頂、坡腳。平臺上設(shè)樁徑1.0 m的抗滑樁1排，樁距1.6 m，樁布置于距迎水坡坡肩0.5 m處，樁長16.0 m?；露蔚湫图庸虜嗝?，如圖3所示。

圖3 滑坡段典型加固斷面

4.1 抗滑樁布置位置對邊坡穩(wěn)定性影響分析

本文針對抗滑樁位置和樁長對整體邊坡和樁前局部邊坡穩(wěn)定性影響進(jìn)行了分析[6]。

將抗滑樁分別布置于距8.5 m平臺迎水側(cè)0.5、5.5、10.5、14.5 m 4處，對坡面整體穩(wěn)定性及樁前局部穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，分析抗滑樁位置對整體和局部穩(wěn)定性的影響。樁位和打樁平臺如圖4所示，樁頂距迎水側(cè)0.5 m時(shí)整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性情況如圖5—6所示，抗滑樁不同布置位置穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果詳見表5。

圖4 樁位和打樁平臺

圖5 樁頂距左端點(diǎn)0.5 m整體穩(wěn)定性（數(shù)字為整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)）

圖6 樁頂距左端點(diǎn)0.5 m局部穩(wěn)定性（數(shù)字為整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)）

表5 抗滑樁不同布置位置穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

從表5看出，隨著抗滑樁樁位右移，整體安全系數(shù)均在1.2左右變化，樁前局部穩(wěn)定性卻逐漸降低。因此，為保證樁前局部土體穩(wěn)定，最終加固方案中抗滑樁布置于距平臺迎水側(cè)0.5 m處。

4.2 抗滑樁樁長對邊坡穩(wěn)定性影響分析

將抗滑樁布置于距迎水側(cè)0.5 m處，樁間距1.6 m，分析不同樁長的變化對邊坡整體穩(wěn)定性與樁前局部穩(wěn)定性的影響。樁長為8、10、10.8、13、16、18、20 m 7種工況計(jì)算結(jié)果，詳見表6。

表6 不同樁長邊坡整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

經(jīng)計(jì)算，有以下2種情形：①當(dāng)樁長不超過滑帶，整體安全系數(shù)均小于1，不滿足規(guī)范要求；當(dāng)樁長超過滑帶深度，整體安全系數(shù)均大于1.2，且變化不大。②樁前局部穩(wěn)定性不受樁長影響，7種工況下均大于1且變化不大。

最終樁長在滿足整體和局部穩(wěn)定的情況下，由樁頂位移控制，經(jīng)計(jì)算，樁長選取為16 m。樁長16 m時(shí)整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性情況，如圖7—8所示。

圖7 樁長16 m整體穩(wěn)定性（數(shù)字為整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)）

圖8 樁長16 m局部穩(wěn)定性（數(shù)字為整體抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)）

5 結(jié)論

（1）因軟土具有觸變性，施工擾動對土體強(qiáng)度的影響較大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮此部分影響，施工期間應(yīng)嚴(yán)格按照自上而下開挖的施工順序，同時(shí)加強(qiáng)對邊坡穩(wěn)定的現(xiàn)場監(jiān)測，尤其在降雨后的水位降落期。

（2）對滑坡后的斷面進(jìn)行分析、模擬，采用反演法得到的軟土強(qiáng)度和滑帶土體強(qiáng)度與現(xiàn)場取樣試驗(yàn)結(jié)果接近，增加了加固方案時(shí)土體強(qiáng)度選取的可靠度，此方法可應(yīng)用于類似工程。

（3）本工程中抗滑樁位于平臺不同位置，對整體穩(wěn)定影響不大，且布置于距迎水側(cè)0.5 m處，對迎水側(cè)局部穩(wěn)定最為有利，因該部分土體為滑動土體，穩(wěn)定性差，必要時(shí)可對局部進(jìn)行抗滑處理。

（4）通過分析發(fā)現(xiàn)，樁長需穿過滑帶，邊坡整體穩(wěn)定才能滿足要求。單從穩(wěn)定的角度，只要抗滑樁穿過滑帶，樁的長度對穩(wěn)定安全系數(shù)影響不大，但具體樁長由樁頂位移控制。同時(shí)，樁長對樁前土體的局部穩(wěn)定影響不大。