涪陵长江乌江汇合口东岸段综合治理工程滑坡治理设计

黄大江 朱中烟 张 洁

（重庆市水利电力建筑勘测设计研究院 重庆 400020）

1 概述

综合整治工程位于重庆市三峡库区涪陵区长江乌江汇合口东岸，下游与已建长江涪陵污水处理厂护岸顺接，上游端止于磨盘沟。堤线上分布有师专～群沱子、上渡口两个大型滑坡以及中渡口小型滑坡，滑坡前沿总长度占堤线长度的1／3。

堤防工程滑坡受堤脚线、顶部加载等不利因素控制，与一般性滑坡治理相比，其技术难度更大，在堤防设计工作中滑坡治理设计是其最重要内容之一，滑坡治理的效果直接影响到堤防工程的安全性、整体性、美观性、可操作性和经济性。由于开发建设的需要在滑坡上部需进行陆域回填，加之三峡30m库水位变幅的反复作用，致使下滑力增加，治理难度增大。因此，在堤防堤线选定前提下，滑坡段堤型选择是堤防设计的关键环节，既要满足稳定要求，又要节省投资，还要与堤防工程整体性相协调。

2 滑坡特征

2.1 中渡口滑坡

滑体前缘剪出口高程约145m，后缘高程177m，滑体顺江宽约60～90m，纵长约400m，面积约3.6×104m2，滑体厚度1..3～8.6m，平均厚度约4m，滑体方量约11.48×104m3，为一小型松散堆积层滑坡。滑体主要物质为残坡积的粘土夹碎石和河流冲积的粉土，滑带土为紫红色、灰绿色粘土夹碎石，滑坡地层为页岩。

2.2 师专～群沱子滑坡

滑体前缘剪出口高程137m，滑体顺江宽约320m，后缘高程307m，宽约100m，纵长约1300m，面积26.65×104m2，滑体厚度在6.10～34.72m，平均厚度约14.40m，滑体方量约384×104m3，为一大型松散堆积层滑坡。滑体土分三类：块碎石土、粉土、粘土夹碎块石，滑带土为粉土、粉质粘土，置于块碎石土、粘土夹碎石之上和粘土夹碎石置于粉土、粉质粘土之上。滑坡岩体地层岩性以泥岩为主，夹少量粉砂岩和砂岩。

2.3 上渡口滑坡

滑体前缘剪出口高程137m，后缘高程215m，滑体顺江宽约900m，纵长170～300m，面积约14.9×104m2，滑体厚度5.4～24.1m，平均厚度10.7m，滑体方量约159×104m3，为一大型松散堆积层滑坡。滑体土分三类：块碎石土、土夹碎块石及冲积粉土、粉质粘土，滑带土为紫红色、灰绿色粘土夹碎石。滑坡岩体地层岩性为页岩、泥岩、砂岩相间互层，夹粉砂岩。

3 滑坡治理设计与计算

滑坡治理通常可以采用绕避、清除滑移体、减少滑动力、增加抗滑力、改善滑带或滑面力学参数等方法。本堤防工程结合开发建设用地，保护环境，应按 “先治坡，后建设”的原则进行。堤轴线所经之处，滑坡分布广、范围大、滑移体积大，施工时间受三峡水库蓄水影响大，有效施工时间短。因此采用绕避、减少滑动力方式均不可取，经三维有限元分析计算表明，改善滑带或滑面力学参数对滑坡整体稳定影响相当有限。

经综合分析研究，针对滑坡段滑带土性状、厚度、埋置深度进行不同的设计是经济合理的。中渡口滑坡因剪出口高程较高，滑坡体位于堤防建筑物开挖区，结合堤防工程布置，未采用抗滑支挡结构，而是清除全部滑坡体。上渡口滑坡、师专～群沱子滑坡因剪出口高程较低、滑坡带长、滑体厚、滑体方量巨大而采用增加抗滑力的支挡结构。经比选，本堤防工程采用群桩承台＋扶壁式挡墙的支挡结构。详见图1、图2。

图1 师专～群沱子滑坡治理图

图2 上渡口滑坡治理图

3.2 计算模型及参数选择

群桩承台主要作用是增加抗滑力，挡墙主要作用是支挡上部回填土压力和地面荷载，并将力传递至下部群桩，因此，将挡墙和群桩设计成整体结构。

在选取各滑坡典型断面的基础上，经多次试算，最后确定桩径2.5m、桩间距5.0m、嵌入基岩深度10m。计算采用传统方法 （二维极限平衡传递系数法、m法计算弹性桩水平位移和作用效应以及K法计算单桩内力等方法），并利用有限元对边坡稳定和桩承台位移和作用效应进行了辅助分析，滑坡计算模型详见图3、群桩承台＋扶壁式挡墙结构见图4。

图3 滑坡治理三维有限元模型

图4 群桩承台模型

表1 滑带土地质参数

计算选用的地质参数详见表1，计算工况采用自重＋地表荷载＋坝前水位从175m降至145m＋汛期50年一遇暴雨（q全），现状工况下，由于勘查时间段不同，水位线也不相同，同时水位在不段变化，故考虑了一定的水力坡度。由于滑坡体渗透性一般，在汛期50年一遇暴雨时考虑滑体2／3处于饱水状态。

扶壁挡土墙及桩的混凝土强度等级采用C30，根据《水工混凝土结构设计规范》（SL 191－2008），C30混凝土参数如下：重度γ＝25kN／m3，轴心抗压强度标准值：20.1N／mm2；轴心抗拉强度标准值：2.01N／mm2。

3.2 计算成果分析

单位宽度群桩结构计算成果详见表2。

表2 单位宽度群桩结构计算成果表

根据计算成果分析，靠岸坡侧第1、2排桩承受主要推力，分担的弯矩、轴力和剪力较大，根据混凝土结构设计验算，均未超过极限承载力。

桩体结构未出现明显塑性区，且滑带土内塑性区未贯通，滑带土对边坡稳定不起控制作用；塑性区主要分布在墙背回填土及滑带以上部分粉质粘土层，因此粉质粘土层对滑坡的稳定和变形影响敏感。

滑坡整体变形趋势是水平位移向河床，铅直向位移向下；挡墙有向岸坡侧转动的趋势；抗滑桩变形形状呈“S型”，即滑带附近向河床弯曲，反映了抗滑桩的悬臂效应，承台附近向岸坡弯曲，这是由于承台对桩顶约束，增强了桩顶的整体性。节点位置应加强纵向受力钢筋和箍筋配置。

3.3 群桩配筋计算

3.3.1 纵向钢筋设计

抗滑桩纵向钢筋设计按受压构件计算。

（1）计算偏心距增大系数。按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62－2004）第5.3.10条计算。

（2）计算受压区高度系数。抗滑桩截面为圆形柱，圆截面直径d＝2.5m，半径r＝1.25m，纵向钢筋所在圆周半径γ0与圆截面半径之比g＝r0／r＝1170／1250＝0.936。圆形截面偏心受压构件正截面强度的计算基本公式按《规范》第5.3.9条计算。

3.3.2 箍筋设计

根据《水工混凝土结构设计规范》（SL191－2008）第6.5.9条规定，偏心受压构件，其斜截面的受剪承载力应符合下式要求。

式中：N——与剪力设计值V相应的轴向压力设计值（N），当N ＞0.3fcA 时，取N＝0.3fcA，此处，A为构件的截面面积（mm）。如能符合KV ≤Vc＋0.07 N时，则可不进行斜截面受剪承载力计算，仅需根据10.3.2条的规定，按构造要求配置箍筋。

3.3.3 受冲切构件承载力验算

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62－2004），截面抗冲切承载力按《规范》公式（5.6.1）计算：

3.3.4 裂缝宽度验算

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62－2004）第6.4.5条，圆形截面钢筋混凝土偏心受压构件，其最大裂缝宽度Wfk按下列公式（6.4.5－1；6.4.5－2）计算。

3.3.5 计算成果（见表3）

表3 配筋计算成果

支挡结构配筋计算略。

4 滑坡治理设计的特点

本工程滑坡治理设计是在总结国内外成功经验，根据二维有限元计算成果分析，并结合滑坡特征完成的。其主要特点如下。

（1）滑坡治理常采用截排水、锚杆、锚索、抗滑桩、挡墙以及削坡等措施，但单一措施对于下滑力太大、基岩埋置深度较深、滑带平缓的师专－群沱子滑坡和上渡口滑坡不适宜，对两段滑坡采用群桩承台承担推力，上部支挡结构承担回填区土压力的综合措施是经济、合理、可行的。

（2）分析计算表明，设置4排群桩时，第1、2排桩承担主要推力，分担的弯矩、轴力和剪力较大，第3、4排较小。因此，本工程对群桩布置进行了优化，减少了第4排一根桩，调整了桩的布置，但桩间距维持不变。

（3）桩计算长度、嵌岩深度的确定是配筋计算的难点。

根据《水工混凝土结构设计规范》（SL191－2008）和《三峡库区三期地质灾害防治工程设计技术要求》，桩底部考虑为铰支，桩计算长度按桩长的0.7倍考虑；根据《地质灾害防治工程设计规范》DB50／5029－2004、《三峡库区三期地质灾害防治工程设计技术要求》、《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63－2007）、《港口工程嵌岩桩设计与施工规程》（JTJ 285－2000）、《港口工程灌注桩设计与施工规程》（JTJ 248－2001）各规程规范中对嵌岩深度的描述，考虑到滑坡治理的重要性，嵌岩深度取相应规范计算的最大值，同时满足一个承台内相邻桩之间的桩底高程差不大于2.5m。

目前，滑坡治理正在施工中，如何保证群桩、承台及上部支挡结构的施工质量尤为关键，特别是水下混凝土的施工方法和施工工艺以及桩基深度的确定将对滑坡的整体稳定、结构应力起重大作用，必须予以高度重视。

1 武汉大学土木建筑工程学院.《涪陵长、乌江汇合口东岸段综合治理工程边坡稳定性分析及治理方案评估研究》，2010.6

2 郑颖人、陈祖煜、王恭先、凌天清.《边坡与滑坡工程治理（第2版）》

3 《地质灾害防治工程设计规范》DB50／5029－2004

4 《三峡库区三期地质灾害防治工程设计技术要求》

5 《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63－2007）

6 《港口工程嵌岩桩设计与施工规程》（JTJ 285－2000）

7 《港口工程灌注桩设计与施工规程》（JTJ 248－2001）

8 《水工混凝土结构设计规范》（SL191－2008）