江苏宁镇地区典型下蜀土滑坡机理分析及应急处理措施

刘宝生，宋京雷，郝社峰，蒋 波，张纪星

(江苏省地质调查研究院，江苏 南京 210018)

0 引言

下蜀土又称下蜀组粉质黏土，是一种特殊的沉积性土壤，形成于中、晚更新世，在长江中下游区域分布较广，宁镇山脉一带的岗地、低山、河流阶地以及长江三角洲平原、东海大陆架等均有分布，其中江苏省南京、镇江一带最为发育。根据调查资料，2013—2015年度南京市分布有滑坡地质灾害49处[1]，其中下蜀土滑坡36处，占总数的73.5%，主要分布在栖霞区燕子矶附近及老虎山一带，随着城市化进程的逐步推进，下蜀土滑坡灾害一方面制约着南京城市的发展，一方面威胁着城市居民生命与财产的安全，如何及时有效的防治滑坡地质灾害成为城市发展中的重点与难点。

宁镇地区下蜀土边坡众多，滑坡地质灾害多发，边坡的稳定性问题也逐渐成为研究热点。目前国内学者针对下蜀土性质及其滑坡成因开展了一系列的研究。韩爱民等[2]用经改造的GDS非饱和土三轴仪测得下蜀土在不同净围压下的变形特性和持水特性，全面系统地研究了脱湿状态下南京下蜀土的土水-力学特性；顾凯等[3]共配制了9组下蜀土-膨润土混合试样，在不同的温度条件下开展一系列无荷膨胀试验，研究了初始含水量、膨润土掺量、温度对混合土试样膨胀性的影响；张连杰等[4]通过直剪试验分别对含水率为20%、27%、32%的延吉盆地膨胀土重塑样进行了研究，得到了较好的抗剪强度随含水率及上覆压力变化的拟合关系式；曾凡稳[5]对南京地区下蜀土滑坡稳定性影响因素进行了分析，总结了影响边坡稳定性的因素；李晶[6]研究了宁镇地区下蜀土滑坡区域预测预报，建立基于GIS的宁镇地区下蜀土区域的滑坡预测预报模型；盛欢[7]研究了下蜀土边坡锚杆的加固机理，并对锚杆加固方案进行优化设计。尽管国内针对下蜀土滑坡开展了一系列的研究，但是针对该类滑坡的影响因素及成因机理的分析不够深入。以往的分析多为基于稳定的边坡开展，利用已发生滑动的边坡的案例分析相对较少。基于此，本文以南京市某道路沿线的两个典型下蜀土滑坡(分别为填方边坡和挖方边坡)为例，通过现场调查和理论分析，探究下蜀土滑坡的成因机理。并在两个滑坡地质灾害综合分析基础上，提出了应急消险措施及永久治理方案。

1 滑坡灾害机理分析

南京市某道路规划由乡镇公路提升为城市主干路，开展了全长约1.4 km的拓宽工程。道路施工过程中由于场地空间等原因形成了较大范围的填方和挖方边坡，留下了安全隐患。在强降雨等因素的诱发下，2017年5月至8月，道路沿线共发生两次滑坡，分别为1#滑坡及2#滑坡(图1)。

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

1.1 1#滑坡

1.1.11#滑坡发育特征

1#滑坡类型为填土型边坡滑动，道路拓宽项目施工过程中产生大量剩余土石方翻至道路西侧山麓处，形成了1#填土边坡。

2017年5月25日，边坡坡顶出现拉张裂缝，坡脚浆砌块石排水沟断裂破坏，沟底起拱严重，发生滑坡地质灾害。调查结果表明，填方边坡总长约120 m，高差约12 m，坡向约95°，坡度约23°。滑坡长约35 m，宽约25 m，厚约4 m，体积约2 500 m3，呈圆弧形，前宽后窄，滑体组成主要为填土，滑坡典型照片见图2。

图2 1#滑坡典型照片Fig.2 Typical photos of No.1 landslide

1.1.21#滑坡地质条件

滑动面为②层底部软塑状的粉质黏土，即②层与③层的地层交界面的位置，根据现场探坑揭露，该层有渗水点。土体物理力学参数见表1，地层典型剖面见图3。

表1 土体主要物理力学参数(*为经验值)

图3 1#滑坡地层剖面图Fig.3 Stratigraphic profile of No.1 landslide

1.1.31#滑坡形成机理

滑坡体位于丘陵斜坡地带，填土坡后缘高于自然坡体，堵塞径流排泄，上部山体汇水易向滑坡体入渗。此外填土坡坡顶平缓，形成积水平台，为地表水下渗创造了条件。滑坡体组成主要为杂填土及下蜀组粉质黏土，杂填土厚度可达6.8 m，粉质黏土层厚度可达6.3 m，下伏基岩为侏罗系中下统象山群砂岩夹泥质粉砂岩，形成相对隔水层，大量降雨渗入坡体后，杂填土及粉质黏土层吸水饱和，重度增加，抗剪强度降低，形成软弱滑动面，引发滑坡地质灾害。具体分析如下：

(1)道路拓宽过程中将剩余土石方直接翻填至山坡坡脚，形成人工填土边坡，为滑坡的产生创造了物质条件。

(2)坡脚排洪沟开挖深度达3.9 m，仅采用0.4 m厚悬臂式钢筋混凝土侧壁，未设钢筋混凝土肋或横梁，抗倾覆能力不足，下滑力导致排水沟沟壁倾覆。图4为排水沟配筋示意图。

图4 坡脚排水沟配筋示意图(未标注单位以mm计)Fig.4 Schematic diagram of reinforcing bars in drainage ditch (unit:mm)

1.2 2#滑坡

1.2.12#滑坡发育特征

根据景区的控制性详细规划，拟建房屋即位于该道路西北侧，由于场地空间限制，需进行切坡工程。

2017年8月12日，在强降雨作用下，基坑工程由于排水不畅，坑内灌满雨水，随即利用水泵进行基坑降水，8月13日，基坑上部已加固边坡的格构梁发生拉张破坏，坡体外鼓变形，坡脚基坑围护桩出现弯裂，发生滑坡地质灾害。边坡工程与基坑工程施工先后顺序见图5。

图5 边坡工程与基坑工程施工先后顺序图Fig.5 The construction sequence of the reinforcement for the slope and foundation

现场调查结果表明，边坡总长约200 m，高差约10 m，坡向约70°，坡度约45°。滑体长约32 m，宽约22 m，厚约12 m，体积约3 000 m3，呈圆弧形，前宽后窄，滑面贯通，后缘裂缝已下挫约0.5 m，滑坡典型照片见图6。

图6 2#滑坡典型照片Fig.6 Typical photos of No.2 landslide

1.2.22#滑坡地质条件

根据现场调查及钻探勘查结果，滑坡位置工程地质分层分别为：

表2 土体主要物理力学参数(*为经验值)

图7 2#滑坡地层剖面图Fig.7 Stratigraphic profile of No.2 landslide

1.2.32#滑坡形成机理

同1#滑坡，下伏基岩为侏罗系中下统象山群砂岩夹泥质粉砂岩，形成相对隔水层，大量降雨渗入坡体后，②层粉质黏土层吸水饱和，重度增加，抗剪强度降低，形成软弱滑动面，这是该次滑坡地质灾害的先决条件。

坡脚基坑开挖，导致滑体剪出口下探3～4 m，此外8月12日的强降雨结合基坑降水，导致滑体内部总水头差增大，坡体内渗流力增大，这两方面是诱发滑坡的关键性因素。滑面由原潜在的浅层(厚度小于6 m)发展成中层(厚度6～20 m)，滑体后缘离坡顶最远处达20 m，滑体厚度约13 m。滑面越过原支护锚杆，原锚杆格构未起到支护作用，全部失效。2#滑坡发展示意见图8。

图8 2#滑坡发展示意图Fig.8 Schematic diagram of process of No.2 landslide

(1)基坑围护桩设计计算时②层粉质黏土层选取强度参数偏危险(基坑设计参数c=44.1 kPa,φ=13.6°；滑体反演参数c=21 kPa,φ=10°)，导致围护桩配筋有所欠缺，抗滑力不足，致使钢筋拉断，围护桩弯裂。基坑围护桩与后期治理抗滑桩桩身配筋对比见图9。

图9 基坑围护桩(a)与后期抗滑桩(b)桩身配筋对比图(未标注单位以mm计)Fig.9 Reinforcing bars of retaining pile and slide-resistant pile for foundation pit

此外基坑围护桩桩顶设计位于边坡格构梁地梁之下，后期坡桩头作业中直接导致地梁悬空失效。

(2)由于工期紧张，基坑开挖时，桩顶冠梁锚索还未施工、围护桩混凝土未达到龄期，围护桩无法发挥全部抗滑效力。此外，基坑快速降水易导致坡体内地下水与坑内水总水头差增大，渗流力增大，降低坡体稳定性。

2 滑坡治理方案

2.1 1#滑坡

2.1.11#滑坡应急措施

滑坡经分析论证，主要原因是由于填土边坡堆载导致排水不畅，入渗严重，故首要任务是清理后缘填土，开挖应急水沟，水沟表面铺盖防水布；其次削坡减载，削除坡顶约1/3滑体，减小下滑力，提升稳定系数；坡面铺盖复合土工膜，较常用的彩条布抗拉裂抗老化能力更强，在应急消险中起了较好的排水防渗效果，防止坡顶地表水进一步下渗。经处理，边坡变形逐渐趋稳。

2.1.21#滑坡永久治理方案

根据规范要求，采用毕肖普法进行稳定性计算，将剖面稳定性及下滑推力计算成果列于表3。其中典型剖面自重+暴雨工况毕肖普法计算结果见图10，滑坡设计下滑力选取最大值186.0 kN/m。

表3 1#滑坡稳定性及滑坡推力计算结果统计表

图10 典型剖面3-3′自重+暴雨工况毕肖普法计算结果Fig.10 The calculation results of typical profile on the rainstorm condition by Bishop method

治理的总体思路，一是治理务求安全彻底，保障道路车辆行人的生命财产安全；二是结合、兼顾景区规划和土地利用需要，避免钢筋砼结构外露。三是需考虑坡面原绿化措施保护，施工通道狭窄，场地条件较差的实际情况，做到技术可行。

据此，永久治理方案选用锚拉抗滑桩及截排水支护(图11)。在滑体中下部设一排抗滑桩，桩径1.2 m，桩间距2.5 m，桩长10.0 m，在桩顶冠梁每隔2.5 m处设斜拉锚杆，以控制变形，桩身受力更为合理。坡顶设截水沟，桩顶设坡面排水沟。

图11 1#滑坡永久治理设计剖面图Fig.11 Permanent design scheme for No.1 landslide

2.2 2#滑坡

2.2.12#滑坡应急措施

滑坡经分析论证，主要原因是由于工期紧张，基坑围护桩工程未完成即开挖作业，加上连续暴雨及基坑降水，导致坡体应力松弛，应变增大，坡体滑动破坏。消险方案采取回填块石压脚，增大抗滑力，提高稳定性系数，回填高度为坡高的1/3,回填宽度5 m。坡顶铺盖复合土工膜，防止雨水直接渗入后缘裂缝。监测结果显示，压脚完成后，坡体变形逐渐趋于收敛，遏制住了原滑坡快速发展的趋势。

2.2.22#滑坡永久治理方案

根据规范要求，采用毕肖普法进行稳定性计算，将剖面稳定性及下滑推力计算成果列于表4。其中典型剖面自重+暴雨工况毕肖普法计算结果见图12，滑坡设计下滑力选取最大值526.8 kN/m。

表4 2#滑坡稳定性及滑坡推力计算结果统计表

图12 典型剖面6-6′自重+暴雨工况毕肖普法计算结果Fig.12 The calculation results of typical profile on the rainstorm condition by Bishop method

治理的总体思路，一是因滑面已贯通，土体结构已破坏，在原支护基础上修补易留下安全隐患；二是由于工期原因，需尽快为基坑工程清理出一定的安全距离，保证同步施工；三是参照滑体两侧已加固边坡工程方案，做到和谐统一。

图13 2#滑坡永久治理设计剖面图Fig.13 Permanent design scheme for No.2 landslide

据此，永久治理方案选用锚拉抗滑桩、锚杆格构、钢筋砼挡板及截排水支护(图13)。在滑体中下部设一排抗滑桩，桩径1.2 m，桩间距2.5 m，桩长12.0 m，在桩顶冠梁每隔2.5 m处设斜拉锚索，锚入中风化岩4.0 m，控制变形。桩顶设2.0 m高钢筋砼挡板，板内侧填土，降低土坡高度。挡板以上坡面采用锚杆格构支护。坡顶坡脚设截排水沟。

3 结论

根据上述南京市某道路沿线两起滑坡的多角度分析总结，得出主要结论如下：

(1)1#滑坡主要诱因是其为填土型边坡，土体固结较差，滑坡前缘新建排水沟，在暴雨的作用下，导致了滑坡的产生。2#滑坡主要诱因为坡前开挖基坑，致使岩土分界面临空，受暴雨影响，岩土交界面位置下蜀土软化，抗剪强度参数降低，此外基坑快速降水导致坡体中出现动水压力，基坑支护结构无法支撑边坡的下滑推力，从而发生边坡滑动。

(2)根据现场调查及监测结果显示，两次滑坡采取的削顶、压脚、复合土工膜覆盖等应急措施使滑坡变形趋于稳定，达到消险目的。

(3)通过计算分析，针对1#滑坡选用锚拉抗滑桩及截排水支护方案、2#滑坡选用锚拉抗滑桩、锚杆格构、钢筋砼挡板及截排水支护方案，所选支护手段对已产生滑动的边坡可进行永久治理，通过已有的监测数据分析，边坡目前处于稳定状态，治理方案合理可行。

(4)地质工作是经济建设、社会发展的基础和先行，工程建设应强化地质先行的意识，为后续工作夯实基础。在工程实施过程中，更应尊重事物发展的客观规律，方能确保工程质量。