符紅

(重慶交通大學(xué) 土木工程學(xué)院，重慶市 400074)

1 滑坡概況及環(huán)境

1.1 滑坡概況

2016年6月27日，重慶市巫山縣肖家灣滑坡的變形，導(dǎo)致滑坡后部的房屋發(fā)生變形，前部抗滑樁平臺(tái)出現(xiàn)裂縫，抗滑樁板墻變形劇烈。這不僅影響S103改線繞城路二期三標(biāo)段K2+680～K2+740段工程的建設(shè)進(jìn)度，而且直接威脅當(dāng)?shù)卮迕竦纳?cái)產(chǎn)安全。

肖家灣滑坡位于巫山縣巫峽鎮(zhèn)白泉村二社，平面上呈“貝殼”狀，縱長114～181 m，橫寬110～225 m，面積2.5×104m2，滑體平均厚度約15 m，滑坡體積約37.5×104m3，主滑方向約NE51°，滑坡類型為中型土質(zhì)滑坡。

1.2 滑坡地質(zhì)環(huán)境

據(jù)巫山氣象站資料顯示，巫山縣氣候溫和，日照充足，無霜期長，雨量充沛，四季分明，屬亞熱帶暖溫季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，多年平均氣溫16.2 ℃，歷年平均降水量達(dá)1 049.3 mm。該滑坡區(qū)地貌形態(tài)屬構(gòu)造剝蝕丘陵斜坡地貌，地形總體呈南北向長條狀嶺脊展布。斜坡最高點(diǎn)位于南西側(cè)平緩地帶，高程約465 m，最低點(diǎn)為北東側(cè)溝谷底部，高程約300 m，相對(duì)高差165 m。斜坡整體坡度約35°，斜坡中部為S103改線繞城路二期三標(biāo)段K2+680～K2+740段工程，公路內(nèi)側(cè)為高切坡，坡高約25 m，坡度達(dá)到70°。

根據(jù)鉆孔探測資料顯示，滑坡區(qū)地層巖性主要為第四系全新人工堆積層、殘坡積層、滑坡堆積層、基巖為三疊系中統(tǒng)巴東組二段泥灰?guī)r。滑坡區(qū)在地質(zhì)構(gòu)造上，位于巫山向斜北西翼，巖層產(chǎn)狀為SE163°∠35°。巖體破碎，出露泥灰?guī)r巖體中裂隙發(fā)育?；聟^(qū)地下水為松散堆積層孔隙水和網(wǎng)狀基巖裂隙水，接受大氣降水補(bǔ)給，沿各類孔隙入滲徑流，增加滑體重度，降低抗剪強(qiáng)度?；w厚度較大，碎石土間充填粉質(zhì)黏土，故暴雨工況下滑體按1/2飽水考慮。

1.3 滑坡變形特征

滑坡后緣至鄉(xiāng)村公路外側(cè)變形處，發(fā)育有多條橫向裂縫，裂縫平行于道路呈線性分布；兩側(cè)以微地貌沖溝為界；前緣至斜坡中部開挖切割斜坡形成的邊坡處，分布高程382～400 m，邊坡高度5～25 m，形成臨空面。在1980年，該滑坡初見變形。滑坡中部養(yǎng)殖場及后緣陡坡出現(xiàn)裂縫，松散巖土體受暴雨影響發(fā)生溜滑，養(yǎng)殖場內(nèi)多處堡坎下錯(cuò)拉裂。2016年6月27日，滑坡后緣發(fā)現(xiàn)拉張及下錯(cuò)裂縫，局部見土體溜滑現(xiàn)象；滑坡左前緣邊坡處發(fā)育裂縫，滑坡右側(cè)邊界可見滑面及擦痕，滑面傾角約30°，前緣沿表層松散層孔隙水裂縫溢出，排泄于地表。

2016年6月28—30日遭受強(qiáng)降雨影響，滑坡中部設(shè)立的樁板墻由于樁前開挖發(fā)生外傾，樁板墻錯(cuò)位，樁與板之間拉裂，裂縫長3～8 m，寬度1～2 cm，下部樁板墻有鼓脹現(xiàn)象，樁局部錯(cuò)斷，樁失效?；虑熬壱蚬こ涕_挖切割坡體，在廢棄的養(yǎng)殖場及斜坡中后部發(fā)育有多條裂縫，表層土體溜滑堆積于坡腳。

2 滑坡穩(wěn)定性分析

2.1 計(jì)算模型及方法

肖家灣滑坡，屬中層土質(zhì)滑坡，滑面為折線形，防治工程等級(jí)為Ⅱ級(jí)，不涉及水位變化，根據(jù)重慶市地方標(biāo)準(zhǔn)，暴雨工況下滑體按1/2飽水考慮?；轮卫砬翱傮w平面布置圖如圖1所示。

圖1 肖家灣滑坡治理前總體平面布置圖

肖家灣滑坡主要采用傳遞系數(shù)法對(duì)1-1′、2-2′、3-3′剖面在天然工況Ⅰ和暴雨工況Ⅱ(工況Ⅰ：自重+地面荷載，穩(wěn)定性安全系數(shù)1.2；工況Ⅱ：自重+地面荷載+暴雨，穩(wěn)定性安全系數(shù)1.15。)下進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算時(shí)取滑坡的單位寬度為1.0 m，簡化為二維問題進(jìn)行計(jì)算。

如圖2所示，在滑體中取第i塊土條，假定第i-1塊土條傳來的推力Pi-1的方向平行于第i-1塊的底滑面，而第i塊土條傳送給第i+1塊土條的推力Pi平行于第i塊土條的底滑面，即假定每一分界上推力的方向平行于上一土條的底滑面，第i塊土條承受的各種作用力如圖2所示。

(1)求滑坡穩(wěn)定性系數(shù)

(1)

抗滑力：

Ri=Nitanφi+cili

圖2 不平衡推力法

法向分力：

Ni=Wicosαi

滑動(dòng)力：

Ti=Wisinαi

式中：FS為滑坡穩(wěn)定系數(shù)；Ri為第i塊段的重力抗滑力(kN/m)；Ni為第i塊段滑面上的法向分力(kN/m)；Ti為第i條塊段的重力滑動(dòng)分力(kN/m)；ci為第i塊段潛在滑帶的黏聚力(kPa)；li為第i塊段潛在滑帶的滑面長度(m)；Wi為第i塊段的重力(kN/m)；αi為第i塊段滑動(dòng)面與水平面間的傾角(°)；φi為第i塊段潛在滑帶的內(nèi)摩擦角(°)；

不平衡推力系數(shù)：

ψj=cos(αi-αi+1)-sin(αi-αi+1)tanφi+1

(2)

式中：ψj為不平衡推力系數(shù)；αi為第i塊段滑動(dòng)面與水平面間的傾角(°)；αi+1為第i+1塊段滑動(dòng)面與水平面間的傾角(°)；φi+1為第i+1塊段潛在滑帶的內(nèi)摩擦角(°)。

由式(1)和式(2)可得圖2中邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)和各條塊的不平衡推力系數(shù)。

(3)

(4)

(2)求滑坡推力

滑坡推力的計(jì)算公式為：

Pi=Pi-1ψi-1+FsTi-Ri

(5)

(6)

將式(3)、(4)代入式(6)即可解得作用在各條塊邊界上的滑坡推力。如果最后一塊滑坡推力值為負(fù)值，說明該邊坡是穩(wěn)定的。

2.2 參數(shù)取值

按滑動(dòng)面呈折線形的特點(diǎn)，選用“分段推力傳遞法”進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。根據(jù)肖家灣滑坡的地貌特征及滑體的結(jié)構(gòu)特征，選擇能代表主滑方向的剖面為計(jì)算剖面，且不考慮側(cè)向摩擦阻力。此次計(jì)算重度參數(shù)采取試驗(yàn)值(表1)。

2.3 計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)DZ/T 0218-2006《滑坡防治工程勘查規(guī)范》，滑坡穩(wěn)定性狀態(tài)根據(jù)穩(wěn)定系數(shù)分為4級(jí)，按表2確定。

表1 滑體(帶)土體參數(shù)試驗(yàn)取值

表2 穩(wěn)定狀態(tài)分級(jí)

注：FSt為邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)。

采用理正軟件對(duì)肖家灣滑坡1-1′、2-2′、3-3′剖面在天然工況Ⅰ和暴雨工況Ⅱ下進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，并對(duì)2-2′剖面恢復(fù)開挖前滑坡區(qū)進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。計(jì)算結(jié)果見表3、4。

表3 3條剖面穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

表4 開挖滑坡前緣前2-2′穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果

經(jīng)分析，上述穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場調(diào)查的結(jié)果相吻合?？傮w上，該滑坡在工況Ⅰ下，滑坡穩(wěn)定系數(shù)為1.106～1.258，處于基本穩(wěn)定～穩(wěn)定狀態(tài)；在工況Ⅱ下，穩(wěn)定系數(shù)為1.006～1.097，處于欠穩(wěn)定～基本穩(wěn)定狀態(tài)。開挖前滑坡在工況Ⅰ下，穩(wěn)定系數(shù)為1.159，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；在工況Ⅱ下，穩(wěn)定系數(shù)為1.055，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。故該滑坡在自然條件下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但在強(qiáng)降雨、地下水位上升等不利組合作用下，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，故應(yīng)對(duì)其進(jìn)行綜合治理。

3 滑坡處治方案比選

針對(duì)滑坡穩(wěn)定性分析結(jié)果，提出兩種治理方案。

3.1 方案1：增設(shè)錨拉樁板式擋土墻+骨架護(hù)坡+錨索

對(duì)滑坡中上部繞城公路K2+650～K2+810段左側(cè)增設(shè)錨拉樁板式擋土墻，對(duì)現(xiàn)狀傾斜樁板墻端部設(shè)置錨索進(jìn)行糾偏，采用碎石土換填或加筋土對(duì)墻后滑土體進(jìn)行改良，以增加土體強(qiáng)度。加筋格柵長度應(yīng)穿過第2滑面6 m且滿足邊坡穩(wěn)定性要求，對(duì)墻頂上放緩坡后方格骨架植草護(hù)坡防護(hù)；對(duì)K3+140～K3+320段下邊坡坡腳增設(shè)4 m高仰斜式路塹擋土墻，墻頂按1∶1.5放緩坡后采用方格骨架植草防護(hù)。

對(duì)1-1′剖面，由于道路放坡從頂部碎石路邊緣按1∶0.5放坡開挖至429.07 m高程，坡面采用錨索格梁進(jìn)行支護(hù)，標(biāo)高429.07 m以下沿滑動(dòng)面按臺(tái)階開挖至416.29 m高程，道路之間填方路堤采用加筋土防護(hù)。道路外側(cè)采用錨索樁板墻進(jìn)行支擋，樁截面2 m×3 m，樁長34 m，樁間距6 m，樁身設(shè)置2排錨索，第1、2排錨索長分別為40、37 m，錨固段長均為10 m，錨索采用8束φ21.6 mm鋼絞線制作?；虑熬塖103道路內(nèi)側(cè)邊坡采用4 m高仰斜式路塹擋土墻，墻頂按1∶1.5放緩坡后采用方格骨架植草防護(hù)。

對(duì)2-2′剖面，繞城公路路基內(nèi)側(cè)采用8 m一級(jí)，1∶1.5放緩邊坡，坡面采用錨桿格梁進(jìn)行支護(hù)。對(duì)道路內(nèi)側(cè)既有樁板墻加錨索扶正處理，共設(shè)置3排錨索，第1～3排錨索長分別為47、44、41 m，錨固段長均為10 m，錨索采用8束φ15.2 mm鋼絞線制作。樁板墻上部填方路堤采用加筋土防護(hù)。道路外側(cè)采用錨索樁板墻進(jìn)行支擋，樁截面3 m×4 m，樁長34 m，樁間距6 m，樁身設(shè)置3排錨索，第1～3排錨索長分別為41、37、32 m，錨固段長均為10 m，錨索采用10束φ21.6 mm鋼絞線制作。滑坡前緣繞城公路內(nèi)側(cè)邊坡采用4 m高仰斜式路塹擋土墻，墻頂按1∶1.5放緩坡后采用方格骨架植草防護(hù)。

對(duì)3-3′剖面，繞城公路路基內(nèi)側(cè)采用8 m一級(jí)，1∶1.5放緩邊坡，坡面采用錨桿格梁進(jìn)行支護(hù)，對(duì)道路內(nèi)側(cè)既有樁板墻加錨索扶正處理，共設(shè)置3排錨索，第1～3排錨索長分別為55、51、47 m，錨固段長均為10 m，錨索采用8束φ15.2 mm鋼絞線制作。道路外側(cè)采用錨索樁板墻進(jìn)行支擋，樁截面2 m×3 m，樁長34 m，樁間距6 m，樁身設(shè)置2排錨索，第1、2排錨索長分別為47、42 m，錨固段長均為10 m，錨索采用8束φ21.6 mm鋼絞線制作?；虑熬壚@城公路內(nèi)側(cè)邊坡采用4 m高仰斜式路塹擋土墻，墻頂按1∶1.5放緩坡后采用方格骨架植草防護(hù)。

3.2 方案2：抗滑樁+骨架護(hù)坡+抗滑擋土墻+截排水

采用方案2對(duì)滑坡治理后，滑坡前緣剪出口增設(shè)樁板或擋土墻設(shè)計(jì)圖見圖3，滑坡后緣削方減載后綠化防護(hù)設(shè)計(jì)見圖4，滑坡中后部抗滑樁+格柵反包土工袋式加筋土擋土墻綜合治理設(shè)計(jì)圖見圖5。

圖3 滑坡前緣剪出口增設(shè)樁板式擋土墻設(shè)計(jì)圖(單位：m)

圖4 滑坡后緣削方減載后綠化防護(hù)設(shè)計(jì)圖

方案2與方案1不同之處在于方案2是對(duì)已實(shí)施樁板墻糾偏加固的滑坡進(jìn)行綜合治理。方案2具體治理措施如下：

(1)沿著繞城公路K2+655～K2+805段右側(cè)增設(shè)2 m×3 m抗滑樁，已實(shí)施1.5 m×2 m樁板墻的這段抗滑樁間距5 m，此區(qū)間外滑坡范圍內(nèi)增設(shè)抗滑樁間距6 m，樁頂距離對(duì)應(yīng)繞城公路路基設(shè)計(jì)標(biāo)高4 m，在已實(shí)施樁板墻段新增抗滑樁樁頂實(shí)施系梁對(duì)已建樁板墻進(jìn)行支擋加固，起到同時(shí)對(duì)滑坡治理和樁板墻加固的效果。

圖5 滑坡中后部抗滑樁+格柵反包土工袋式加筋土擋土墻綜合治理設(shè)計(jì)圖(單位：m)

(2)對(duì)于K2+655～K2+805西側(cè)上方繞城公路，由于地形較陡，為保證上邊坡路堤的穩(wěn)定性，采用沿滑面2挖臺(tái)階后反包式加筋土擋墻支擋，開挖土方運(yùn)至取土場，考慮運(yùn)距5 km。

(3)對(duì)原樁板擋土墻墻后滑體土采用加筋土進(jìn)行換填改良，對(duì)墻頂上部邊坡放緩后采用方格骨架植草進(jìn)行防護(hù)，以減小作用于樁板墻上的土壓力。

(4)對(duì)K3+140～K3+320段下邊坡坡腳增設(shè)5 m高抗滑擋土墻，墻頂按1∶1.5放緩坡后采用方格骨架植草防護(hù)。

3.3 兩種方案對(duì)比

兩種方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表5所示。

表5 方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比

兩套治理方案均可解決滑坡造成的危害，且施工工藝、施工難度相差不大，但從經(jīng)濟(jì)效益上看，方案2更經(jīng)濟(jì)，故推薦方案2為治理方案。

目前滑坡后緣已對(duì)斜坡及樁板墻進(jìn)行卸荷反壓，表層巖土體溜滑，滑坡中部及中后部土體溜滑，滑坡前緣開挖切割坡體，局部出現(xiàn)溜滑及加劇裂縫變形，整體上肖家灣滑坡現(xiàn)狀處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

3.4 滑面1和滑面2的穩(wěn)定性驗(yàn)算

采用條分法對(duì)方案2的典型斷面2-2′剖面進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算內(nèi)容包括上邊坡沿折線滑面2的穩(wěn)定性驗(yàn)算、上邊坡沿折線滑面1的穩(wěn)定性驗(yàn)算、下邊坡沿折線滑面2滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算，巖土體參數(shù)見表6。

3.4.1 上邊坡沿折線滑面2穩(wěn)定性驗(yàn)算

(1)滑面2計(jì)算簡圖如圖6所示。

(2)計(jì)算公式見式(7)。

公式(7)中：Ei為第i個(gè)條塊滑體的剩余下滑力(kN/m)，方向指向下滑方向并平行于第i個(gè)條塊滑面，Ei≤0，在給定的安全系數(shù)下，不會(huì)發(fā)生滑動(dòng)，Ei>0，在給定的安全系數(shù)下，會(huì)發(fā)生滑動(dòng)；Wi為第i個(gè)條塊滑體的重量(kN/m)；Px為第i個(gè)條塊滑體上作用的水平外荷載總值(kN/m)，正、負(fù)號(hào)確定：方向向左為正，反之為負(fù)；Py為第i個(gè)條塊滑體上作用的豎直外荷載總值(kN/m)，正、負(fù)號(hào)確定：方向向下為正，反之為負(fù)；Di為第i個(gè)條塊滑體中動(dòng)力水頭產(chǎn)生的下滑力(kN/m)，作用方向?yàn)榛w滑動(dòng)方向；Si為第i個(gè)條塊滑體中動(dòng)力水頭在滑床上產(chǎn)生的浮托力(kN/m)；Fvi為第i個(gè)條塊豎向地震力(kN)；Pd為第i個(gè)條塊中錨固力抗拔力(kN)和材料抗拉力(kN)中的較小值；λ為法向力發(fā)揮系數(shù)；θji為水平面與錨桿i的夾角(°)，順時(shí)針為正；Esi為作用在第i個(gè)條塊滑體的地震力(kN/m)，作用方向?yàn)榛w滑動(dòng)方向；Ei-1為第i-1個(gè)條塊滑體的剩余下滑力(kN/m)，平行于第i-1個(gè)條塊滑面，Ei-1<0時(shí)，取Ei-1=0；αi、αi-1分別為第i、i-1個(gè)條塊滑面的傾角(°)；Fi為第i個(gè)條塊滑體的滑面抗滑力(kN)；ci為第i個(gè)條塊所在滑面上的單位黏聚力(kPa)；li為第i個(gè)條塊所在滑面的長度(m)；K為抗滑計(jì)算時(shí)，考慮所需要的安全系數(shù)。

表6 巖土體的參數(shù)值

圖6 滑面2的計(jì)算簡圖(上邊坡)

(7)

(3)計(jì)算結(jié)果。

滑面2剩余下滑力曲線圖如圖7所示。

圖7 滑面2的剩余下滑力曲線圖

上邊坡沿滑面2的計(jì)算結(jié)果見表7。

表7 上邊坡沿滑面2的計(jì)算結(jié)果

3.4.2 上邊坡沿折線滑面1穩(wěn)定性驗(yàn)算

(1)計(jì)算簡圖如圖8所示。

圖8 滑面1的計(jì)算簡圖(上邊坡)

(2)計(jì)算公式采用式(7)。

(3)計(jì)算結(jié)果。

滑面1剩余下滑力曲線圖如圖9所示。

上邊坡沿滑面1的計(jì)算結(jié)果見表8。

3.4.3 下邊坡沿滑面2滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算

(1)滑面2計(jì)算簡圖如圖10所示。

(2)計(jì)算公式。

根據(jù)JTG D30-2004《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.6.7條規(guī)定：

圖9 滑面1的剩余下滑力曲線圖

表8 上邊坡沿滑面1的計(jì)算結(jié)果

圖10 滑面2的計(jì)算簡圖(下邊坡)

(8)

(9)

式中：WQi為第i土條的重力(kN)與外加豎向荷載之和，自重力的計(jì)算，在地下水位以上取天然重度，在地下水位以下取飽和重度；αi-1、αi為第i土條底滑面的傾角，從水平面開始，順時(shí)針為負(fù)，逆時(shí)針為正；Ei-1為第i-1土條傳遞給第i土條的下滑力；ci、φi為第i土條底的黏聚力(kPa)和內(nèi)摩擦角(°)；li為第i土條底滑面的長度(m)。

采用式(8)、(9)對(duì)各土條逐條計(jì)算，直到第n土條的剩余推力為零，由此確定穩(wěn)定安全系數(shù)Fs。

(3)計(jì)算結(jié)果。

下邊坡沿滑面2的計(jì)算結(jié)果見表9。

表9 下邊坡沿滑面2的計(jì)算結(jié)果

3.5 新增埋入式抗滑樁抗力計(jì)算

新增埋入式抗滑樁抗力的計(jì)算結(jié)果見表10。

表10 抗力計(jì)算結(jié)果 kN

3.6 原樁板墻抗力計(jì)算

原樁板墻抗力的計(jì)算結(jié)果見表11。

表11 抗力計(jì)算結(jié)果 kN

4 結(jié)論

(1)該滑坡在自然條件下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但在強(qiáng)降雨、地下水位上升等不利組合作用下，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，故應(yīng)立即對(duì)其進(jìn)行綜合治理。

(2)在對(duì)滑坡特點(diǎn)及滑坡治理方案的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析后，推薦采用增設(shè)抗滑樁+錨桿(索)加固+骨架護(hù)坡+抗滑擋土墻+截排水的綜合治理方案。經(jīng)過采用方案2治理，肖家灣滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

(3)用條分法對(duì)方案2的典型斷面(2-2′剖面)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算內(nèi)容包括上邊坡沿折線滑面2的穩(wěn)定性驗(yàn)算、上邊坡沿折線滑面1的穩(wěn)定性驗(yàn)算、下邊坡沿折線滑面2滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算，驗(yàn)證說明方案2的可行性和合理性，可為類似滑坡處治提供一定的參考。