古滑坡开挖稳定性分析及治理研究

陈鸿，吴娟

(1.四川省地质矿产勘查开发局 物资供销处，四川 成都 610081；2.四川顺兴园林景观绿化工程有限公司，四川 成都 610045)

古滑坡复活往往与工程活动和自然环境变化息息相关。特别是人类工程活动的强烈扰动改变了坡体的力学平衡，造成滑坡的复活。国内学者对古滑坡的复活和治理做了大量的研究工作,例如，何瑜等[1]以北川县某公路路堑开挖施工中遇到的古滑坡为例,在分析滑坡形成演化机制的基础上进行稳定性评价,并采用工程地质比拟法进行设计。杜安鹏等[2]分析了某小区古滑坡的地质条件及破坏特征和古滑坡的复活过程及影响因素,提出了多种手段相结合的治理措施。丁恒等[3]通过调查地表变形迹象,对实时监测数据分析,采用数值模拟的方法研究古滑坡复活变形特征及复活成因。陈伟志等[4]为满足铁路路堑横穿巨型古滑坡的稳定控制技术要求,以框架式抗滑支挡结构为研究对象,在若干计算假定的基础上,推导框架式抗滑支挡结构内力计算方法。任三绍等[5]以2018年甘肃舟曲县江顶崖古滑坡复活事件为例,基于试验测试和反演分析方法,研究了含砾滑带土的复活启动强度。肖捷夫等[6]研究库岸古滑坡的变形特征与失稳机制,概化制作了大型物理试验模型,分别模拟库水涨落和降雨工况,以及两者联合作用的工况, 研究结果揭示了库岸古滑坡在库水涨落和降雨条件下的变形特征及失稳机制。以上研究成果证明，古滑坡的复活与工程活动和外界环境的变化有直接的关系。

由于古滑坡地质条件、气候环境、地形地貌的差异，工程活动中面对每个古滑坡都是一个新的挑战。山区工程建设在面对复杂地质环境条件时，如果设计和施工过程中控制不当，将打破边(斜)坡的原有应力平衡，从而诱发坡体变形或滑坡灾害；轻者导致工程停工，重者会造成严重的工程事故。山区滑坡治理应充分认识到坡体结构、岩土体特性及地下水分布等内在条件的复杂性、多样性、多变性和非稳定性，针对形成条件、诱发因素不同有目的地选择治理措施，从而彻底根治滑坡。

1 古滑坡形态特征

成都市郊一个在建渗滤液处理二期工程位于狮子山村6组，总投资规模约1.8亿元，场地位于一个体积约118万m3的古滑坡体中前部。平面布置为三级平台(高程599、596、584 m)，分别形成三级土质高边坡(坡高12、3～9、12 m)。生化反应池(池深9 m，地面以下池深4 m)布置在第二级平台(地面高程596 m)。2012年10月31日，在建设场地内进行边坡开挖(切坡高度约5.6 m)。11月2日，场地中部边坡开始产生变形、开裂，直至形成边坡滑坡，为因施工开挖导致古滑坡局部复活。该边坡滑坡纵向长约2～15 m，横向宽约45 m；后缘裂缝延伸长度约54 m，后缘错落高度80～110 cm。该边坡滑坡已对工程建设产生严重影响，为保障未来的运营安全，需要及时对该建设场地进行彻底治理。

古滑坡平面形态呈“圈椅状”， 前后缘相对高差56 m，整体地势西高东低，呈上缓中陡下缓，滑体平均坡度8°～10°。古滑坡堆积体后缘外侧为基岩顺层坡(平均坡长150 m，坡角18°～30°)。堆积体中—后缘见缓坡(平均沿滑动方向长50 m，平均宽100 m，坡角3°～5°)。中～前缘为斜坡，坡角8°～10°，沿斜坡分布3～4级缓坡平台(单个平台沿滑动方向平均长约10～20 m，平均宽约10～30 m，坡角3°～5°；前缘坎高一般1～3 m)。古滑坡主滑方向为90°，纵向(沿滑动方向)长350 m，横向宽460 m，滑体平均厚度10 m，属中层滑坡，体积约118万 m3。堆积体后部厚度相对薄(2～7 m)，中部厚度较厚(7.8～13.5 m)，前部厚度较薄(5～9 m)。从横向上看，两边厚，中间薄(图1)。

图1 古滑坡全貌

2 古滑坡成因及复活机理

野外调查结果表明，古滑坡的形成为内、外因共同作用的结果。内因上，地处金山寺背斜东翼，为蓬莱镇组粉砂岩、泥岩组成的单斜构造(缓倾顺向坡)，发育两组裂隙，将岩体切割成块状，岩石强度低；地形呈一略向外凸出的弧状，南、北两侧及前缘因沟槽侵蚀均临空，前、后缘高差将近56 m。外因上，滑坡体前缘早期因河流冲刷和暴雨的进一步诱发。古滑坡体下滑后河流冲洪积土逐渐堆积压脚，使得滑坡整体又处于稳定状态。

古滑坡所在区域基岩岩体破碎,风化作用及地下水下渗使基岩层间软弱层的抗剪强度降低，前缘被龙凤河及1#沟切割形成临空面。在降雨作用下，坡体饱水增重及基岩裂隙中静水压力增加，且层间软弱层(饱水后软化、泥化)抗剪强度降低，当滑动能量积蓄到一定程度时，坡体沿前缘临空面突然下滑，滑体滑动后发生解体，形成多级小规模缓坡平台及陡坎。古滑坡是降雨诱发形成的大型推移式岩质顺层滑坡(图2)。

图2 古滑坡滑带土

古滑坡局部复活显然是受中前缘部位的在建工程场平施工中边坡开挖所致(切坡高度约5.6 m)，实际上相当于对古滑坡中前部抗滑段削方减载，导致抗滑能力降低，古滑坡堆积体局部沿软弱带(面)滑动，推动、挤压中前部变形滑动，致使古滑坡局部复活，为牵引式破坏机制。

3 滑坡体稳定性评价

为了准确评价古滑坡体在不同工况下的稳定性，对滑带土做了大量的室内原状土和重塑土试验，并在滑坡体不同部位做了大量现场大重度试验，确定了相应的计算参数(表1)。

表1 稳定性计算参数取值

古滑坡稳定计算采用极限平衡理论折线型滑动面的传递系数法计算[7-10](图3、图4)，本次选定自重、自重+暴雨、自重+地震三种工况计算评价滑坡稳定性(表2)。

图3 古滑坡堆积体剖面条分图

图4 开挖后古滑坡堆积体整体及边坡次级滑面剖面条分图

表2 稳定性计算成果表

计算结果显示：(1)古滑坡堆积体整体自重工况时稳定；自重+暴雨工况时基本稳定；自重+地震工况时基本稳定。(2)开挖后古滑坡堆积体整体自重工况时稳定；自重+暴雨工况时不稳定；自重+地震工况时欠稳定。(3)开挖后第一级边坡(次级滑面，坡顶高程593 m)自重工况时稳定；自重+暴雨工况时基本稳定；自重+地震工况时稳定。(4)开挖后第二级边坡(次级滑面，坡顶高程602 m)自重工况时稳定；自重+暴雨工况时稳定；自重+地震工况时稳定。(5)开挖后生化反应池基坑边坡(次级滑面，池底板高程581 m)自重工况时稳定；自重+暴雨工况时不稳定；自重+地震工况时欠稳定。不能满足拟建工程的Ⅰ级防护安全要求。

4 治理措施比选

由于该项目另行选址难度大，现状只能利用古滑坡堆积体进行工程建设。古滑坡堆积体整体稳定性较好，不需考虑对建设用地影响范围外的古滑坡堆积体进行治理。由于该工程极其重要且对滑坡扰动严重，特别是工程需在古滑坡堆积体下部及前缘抗滑段减载(已经触及滑面)，且在局部平整场地期间已经发生边坡滑坡，故必须开展治理工程。本着区别对待、经济合理的原则，在类比古滑坡堆积体上部局部成功治理经验的基础上，仅对工程建设影响区的古滑坡堆积体进行先期工程治理。根据计算剩余下滑力、滑坡空间形态和地质特征，并结合在建工程的实际情况，提出两种治理方案，通过经济、技术等方面的综合比较选定最佳方案。

方案一：场地平面布置调整+排桩+桩间挡板(图5)。平面布置调整为两级平台。抗滑桩板墙[11-12]按分级治理，分级承当推力；第二级边坡位置处采用A型排桩60根(AI型桩长22 m，桩径1.5 m，桩间距2.5 m；AII型桩长24 m，桩径1.5 m，桩间距2.5 m)。第一级边坡位置处采用B型排桩53根(BI型桩长22 m，桩径1.5 m，桩间距2.5 m；BII型桩长23 m，桩径1.5 m，桩间距2.5 m)。

图5 滑坡治理平面布置图

方案二：抗滑桩板墙3排。第三级边坡位置处采用C型抗滑桩20根(C型抗滑桩截面尺寸为1.5×2.0 m，桩长20.0 m，桩间距5.0 m)，第二级边坡位置处采用A型抗滑桩24根(AⅠ型抗滑桩截面尺寸为1.5×2.0 m，桩长20.0 m；AⅡ型抗滑桩截面尺寸为1.5×2.0 m，桩长17.0 m；AIII型桩截面尺寸为2.0×2.5 m，桩长20.0 m；AIV型抗滑桩截面尺寸为2.0×2.5 m，桩长17.0 m；桩间距均为5.0 m)，第一级边坡位置处采用B型抗滑桩27根(BⅠ型抗滑桩截面尺寸为1.5×1.8 m，桩长18.0 m；BⅡ型抗滑桩截面尺寸为2×2.5 m，桩长20.0 m；桩间距均为5.0 m)。

两种治理方案均设截排水沟、桩间挡土板和坡面防护工程；建构筑物及设备基础改为桩基础设计，桩基础应进入中风化岩层。

方案一排桩可采用旋挖机械施工，成桩速度快，施工安全性控制好；场地平面布置调整减小了斜坡中下部抗滑段的削方量，对环境影响小；同时降低了边坡规模，从而削减了抗滑桩的工程量。

方案二采用人工挖孔桩，施工难度较大，施工安全控制性差，需要对孔壁进行围护；因为桩较长，开挖深度较深，需要采取通风措施。

从支护效果上分析，两个支护方案均满足坡体的稳定性要求。方案一因为是机械施工，所以施工难度、效率和安全性均好于方案二。根据市场询价，旋挖成孔综合单价约在235元/m3，人工开挖成孔综合单价约在737元/m3。根据表3价格和工程量对比结果，仅成孔工程这一项，旋挖成孔的方案价格要远低于人工成孔的方案总价(表3)。

表3 工程量及价格对比表

结合该工程项目的整体规划、重要性和紧迫性，从经济性、施工进度和施工安全性方面综合考虑并进行对比分析，最终确定方案一为实施方案。

5 治理工程设计

5.1 平面布置调整

平面布置调整为两级平台(高程596～593 m、586 m)。生化反应池地面标高调整到高程586 m平台，生化反应池底板标高调整到高程581 m。场平边坡由3级变为两级(坡高降低为7、6 m)。建构筑物及设备基础改为桩基础设计，桩基础应进入中风化岩层。

5.2 抗滑支挡工程

第二级边坡位置处采用A型排桩60根(AI型桩长22 m，桩径1.5 m，桩间距2.5 m；AII型桩长24 m，桩径1.5 m，桩间距2.5 m)。第一级边坡位置处采用B型排桩53根(BI型桩长22 m，桩径1.5 m，桩间距2.5 m；BII型桩长23 m，桩径1.5 m，桩间距2.5 m)。抗滑桩采用C30钢筋砼结构。排桩均设有冠梁，冠梁宽1.5 m，高1.0 m。排桩桩间均设有挡土板，挡土板厚0.3 m，高6.0 m，C30钢筋砼结构，预留排水孔。

5.3 截排水及坡面防护工程

一级边坡开挖平台后缘布设一条截水沟，长294.5 m，沟顶宽0.5 m，沟底宽0.5 m，净高0.4 m，边墙宽0.3 m，底厚0.3 m，M7.5浆砌石结构。在上排抗滑桩(A型桩)冠梁上设有砖砌挡墙，挡墙高400 mm，宽240 mm，并用水泥砂浆抹面。在下排抗滑桩(B型桩)冠梁上设有不锈钢栏杆，不锈钢栏杆为直线型，栏杆高度不低于1.2 m。不锈钢栏杆底部需加设不锈钢挡板，挡板高30 cm，厚3 mm。

6 结论

1)古滑坡形成的内因是地处金山寺背斜东翼蓬莱镇组粉砂岩、泥岩组成的缓倾顺向坡，发育两组裂隙，将岩体切割成块状，岩石强度低；地形呈一略向外凸出的弧状，南、北两侧及前缘因沟槽侵蚀均临空，前、后缘高差将近56 m。外因上，滑坡体前缘早期因河流冲刷和暴雨的进一步诱发。古滑坡局部复活显然是受中前缘部位在建工程场平施工中的边坡开挖所致。

2)根据该工程场地的地质环境条件和变形特征，对其提出了两种治理措施，即“场地平面布置调整+排桩+桩间挡板”和“抗滑桩板墙3排” 方案，通过综合比选，确定前者为实施方案。

3)因工程建设开挖导致的古滑坡复活十分普遍，在项目另行选址难度大时可优先选择调整拟建工程平面布置。将建构筑物、设备基础设计为进入滑面以下桩基础，是有效降低滑体附加外力及综合治理费用的有效措施。

4)根据工程量和总价对比，方案一的旋挖施工成孔更经济，安全性更高。