某含深厚软土堤防滑坡反演分析与加固方案研究

罗海东，袁翠平

（南京市水利规划设计院股份有限公司，江苏 南京 210012）

1 工程概况

1.1 工程地质

本文发生滑坡的工程位于长江中下游的入江河道，靠近入江口，设计河底高程2.5 m，左右岸坡比均为1∶2.5，迎水坡高程8.5 m处设宽2.5 m平台，两侧岸顶高程约12.5 m，局部最高处15.0 m。施工时河底需下挖深4 m左右。根据地质勘探，河道堤防自上而下主要分布土层情况如下。

（1）堤防高程7.0 m以上。①2堤身填土，为粉质黏土；②1重粉质壤土：力学强度较高，微透水，抗冲刷能力较强，工程性质较好。

（2）堤防高程7.0 m以下到设计河底以下浅部。③1淤泥质重粉质壤土：普遍分布，厚度大，微透水，中～高灵敏度，高压缩性，大孔隙比，力学强度低，工程性质差；③2轻粉质壤土～重粉质砂壤土：局部分布，与③1淤泥质重粉质壤土交互相变，弱～中等透水，高灵敏度，抗冲刷能力较差，工程性质较差；③3淤泥：局部分布，微透水，高压缩性，大孔隙比，抗冲刷能力差，高灵敏度，力学强度极差，工程性质极差。

（3）堤基深部高程-5 m以下。③4重粉质壤土：普遍分布，微透水，抗冲刷能力一般，中～高灵敏度，工程性质一般。

主要土层物理力学指标，详见表1。

表1 主要土层物理力学指标

1.2 现场滑坡情况

滑坡时河底已开挖至设计高程2.5 m，坡面基本按1∶2.5完成整坡，河底导流沟深约1.5 m。滑坡后导流沟由河道中间推移至西岸坡脚，坡顶下沉超过3 m，整个河底隆起约2 m。岸上原状地面15.0 m，上部有3 m多的施工堆土。滑坡土体顺河道方向长134 m，垂直河道方向长53 m。滑坡下缘出露淤泥质土。滑坡发生前，有降雨。滑坡前后河道断面对比，如图1所示。

图1 滑坡前后河道断面对比

2 滑坡原因分析[1]

结合工程地质、现场施工、周边地形及水雨情情况，对滑坡进行综合分析，判断造成滑坡的原因有以下几方面。

（1）施工扰动（触变性）[2]降低了软土的强度指标。根据地勘报告，高程7.0 m以下存在深厚的③1层淤泥质重粉质壤土，该层土在大面积大深度开挖情况下，因大幅度卸载或直接暴露，土体的强度特性发生变化（触变性）。后期补充勘察成果表明，滑坡发生后滑弧以下的③1层土体强度（黏聚力、内摩擦角）由原来的C=18.4 kPa、φ=12.8°降低为C=17.6 kPa、φ=11.1°。

（2）施工期降雨频繁，河道水位反复涨落，对开挖形成的坡面及整体岸坡稳定极为不利。本工程在汛后施工，当年汛后降雨较为频繁，仅10月份下雨天数达20 d。河坡裸露，导致堤身处于饱和状态。同时，河道为入江口河道，下游水位较低，雨后河道水位又迅速降落，河道水位的反复快速涨落对刚开挖形成的坡面稳定影响极大。

（3）施工组织不合理，岸坡土方未按正常施工顺序进行开挖。因土场及市容要求等原因，河道下部开挖的土方不能及时运出，大量堆积在坡顶。同时，在河道底部开挖了导流沟，导流沟紧贴坡脚，深约1.5 m，在坡脚处形成了额外的临空面。

3 土层抗剪指标反演计算

3.1 ③1土层指标反演计算[3]

经分析发现，③1土层的强度指标对岸坡稳定计算结果的影响最为明显。根据河道设计断面建立边坡模型，土的抗剪强度指标采用勘察报告中的固结不排水剪。通过同时折减地质报告提供的③1层土的力学指标，直至发生滑坡的河道断面抗滑稳定安全系数为1.0。经反演计算（考虑施工机械荷载），③1土层折减后的强度指标为C=17.48 kPa、φ=12.16°。③1土层强度指标反演结果，详见表2。

表2 ③1土层强度指标反演结果

3.2 滑带指标反演计算

根据滑坡位置现场勘察，把同一剖面各钻孔中比贯入阻力较小的各点和地表出现的裂缝点连接起来，构成滑带[4]。根据滑坡发生后现场断面测量图并参照补充勘察成果分析，选取滑带厚度为2 m。经反演分析，得到滑带土体指标为C=6.07 kPa、φ=4.22°。滑带强度指标反演结果详见表3，滑带坡面如图2所示。

图2 滑带坡面示意

表3 滑带强度指标反演结果

3.3 滑坡后现场补勘

滑坡发生后，及时对滑坡段的土体进行了取样试验，一方面分析③1层土体强度变化情况，另一方面探查滑面并提供滑面土体的强度指标，给滑坡反演计算提供参考。滑坡段现场补勘后相关土层的物理力学指标，详见表4。

表4 现场补勘相关土层物理力学指标

滑坡段加固方案稳定计算时，③1层的强度指标和滑带指标均取反演和补勘两者的最小值，即③1层的强度指标为C=17.6 kPa、φ=11.1°，滑带土体指标为C=6.07 kPa、φ=4.22°。

4 滑坡段加固方案[5]

因滑坡段四周场地开阔，无受影响的构筑物，且用地条件允许，因此本工程在滑坡处理时优先选用放缓坡比、增大平台、减小坡高且对滑坡带采用增设抗滑桩和深搅桩加固的方案。考虑到抗滑桩施工工期短、利于施工和安全度高的优势，在与其他方案相比投资相差不大的情况下，采用放缓坡比加抗滑桩的方案，具体比选这里不再赘述。

加固方案记述如下：在高程8.5 m处设宽15.0 m平台，平台以上、以下均以1∶2.5放坡至坡顶、坡脚。平台上设桩径1.0 m的抗滑桩1排，桩距1.6 m，桩布置于距迎水坡坡肩0.5 m处，桩长16.0 m。滑坡段典型加固断面，如图3所示。

图3 滑坡段典型加固断面

4.1 抗滑桩布置位置对边坡稳定性影响分析

本文针对抗滑桩位置和桩长对整体边坡和桩前局部边坡稳定性影响进行了分析[6]。

将抗滑桩分别布置于距8.5 m平台迎水侧0.5、5.5、10.5、14.5 m 4处，对坡面整体稳定性及桩前局部稳定性进行计算，分析抗滑桩位置对整体和局部稳定性的影响。桩位和打桩平台如图4所示，桩顶距迎水侧0.5 m时整体稳定性和局部稳定性情况如图5—6所示，抗滑桩不同布置位置稳定性计算结果详见表5。

图4 桩位和打桩平台

图5 桩顶距左端点0.5 m整体稳定性（数字为整体抗滑稳定安全系数）

图6 桩顶距左端点0.5 m局部稳定性（数字为整体抗滑稳定安全系数）

表5 抗滑桩不同布置位置稳定性计算结果

从表5看出，随着抗滑桩桩位右移，整体安全系数均在1.2左右变化，桩前局部稳定性却逐渐降低。因此，为保证桩前局部土体稳定，最终加固方案中抗滑桩布置于距平台迎水侧0.5 m处。

4.2 抗滑桩桩长对边坡稳定性影响分析

将抗滑桩布置于距迎水侧0.5 m处，桩间距1.6 m，分析不同桩长的变化对边坡整体稳定性与桩前局部稳定性的影响。桩长为8、10、10.8、13、16、18、20 m 7种工况计算结果，详见表6。

表6 不同桩长边坡整体稳定性和局部稳定性计算结果

经计算，有以下2种情形：①当桩长不超过滑带，整体安全系数均小于1，不满足规范要求；当桩长超过滑带深度，整体安全系数均大于1.2，且变化不大。②桩前局部稳定性不受桩长影响，7种工况下均大于1且变化不大。

最终桩长在满足整体和局部稳定的情况下，由桩顶位移控制，经计算，桩长选取为16 m。桩长16 m时整体稳定性和局部稳定性情况，如图7—8所示。

图7 桩长16 m整体稳定性（数字为整体抗滑稳定安全系数）

图8 桩长16 m局部稳定性（数字为整体抗滑稳定安全系数）

5 结论

（1）因软土具有触变性，施工扰动对土体强度的影响较大，设计时应考虑此部分影响，施工期间应严格按照自上而下开挖的施工顺序，同时加强对边坡稳定的现场监测，尤其在降雨后的水位降落期。

（2）对滑坡后的断面进行分析、模拟，采用反演法得到的软土强度和滑带土体强度与现场取样试验结果接近，增加了加固方案时土体强度选取的可靠度，此方法可应用于类似工程。

（3）本工程中抗滑桩位于平台不同位置，对整体稳定影响不大，且布置于距迎水侧0.5 m处，对迎水侧局部稳定最为有利，因该部分土体为滑动土体，稳定性差，必要时可对局部进行抗滑处理。

（4）通过分析发现，桩长需穿过滑带，边坡整体稳定才能满足要求。单从稳定的角度，只要抗滑桩穿过滑带，桩的长度对稳定安全系数影响不大，但具体桩长由桩顶位移控制。同时，桩长对桩前土体的局部稳定影响不大。