思南县城防洪堤后侧滑坡形成机制及其治理

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1、 思南县城防洪堤后侧滑坡形成机制及其治理 2004年第5期 51思南县城防洪堤后侧滑坡形成机制及其治理 许义洪 (思南县水利局，贵州思南 565100) 摘 要：思南县城防洪堤施工开挖中后侧边坡出现大滑坡迹象，文章介绍了该地段可能发生大滑坡的机理，阐述了对该边坡稳定问题进行的分析以及采取的应急抢险措施和处理后的观测成果。 关键词：防洪堤 边坡 大滑坡 治理 思南县 思南县城防洪堤设计为浆砌石重力仰斜式挡 土墙，一、二期工程已经结束，三期工程目前正在 施工。1998 年 11 月底进行一期工程基础开挖，在 1998 年 12 月 3 日观测发现防洪堤 0+0000+150m 段后侧边坡出现大范围

2、开裂、变形及局部土体坍 滑，其后坡土体即将发生大滑坡(120m150m)，估 计方量 360000m3，采取了一系列处理措施后避免了大滑坡的发生。本文就该次滑坡问题作了论述。 1 概 述 思南县城防洪堤沿乌江左岸修建， 其后为 20 40土坡，防洪堤后侧 1520m 外为县城城区，楼层 林立。 防洪堤基础主要为土方开挖， 在 0+0000+560 段开挖深 613m 到基岩，开挖完毕后形成边坡 1:1.11:1.3，高 1622m 的高边坡土体。 1998 年 11 月 27 日进行防洪堤基础 0+000 0+560m 段基础开挖，到 12 月 1 日监测发现在堤后 0+0000+150m 范

3、围内原已存在的地表及房屋老裂 缝变形加快加大，同时出现了部分新裂缝，新裂缝 不断增多增大(裂缝分布见图 1)， 到 12 月 4 日已出 现开挖后的边坡局部地方垮塌，同时开挖断面出现 渗水。到 12 月 7 日，开挖断面渗水量增大，并出 现浑水。开裂房屋增加，裂缝增大的速度很快。种 种迹象表明，大滑坡危在旦夕。 一旦滑坡体塌滑， 将造成 40 余栋楼房倒塌，两条街道垮断，防洪堤 修建将受到严重影响，直接经济损失 6000 万元。 从 12 月 6 日起采取了一系列应急抢险措施， 基本上控制住了险情，据 12 月 20 日至 12 月 25 日间观测，裂缝变形基本停止（裂缝记录情况见 表 1）

4、。 表 1 1998 年 12 月 25 日前主要裂缝观测记录表 裂缝编号 L1L2 L3 L4 L5 L6L7 高程(m) 394 394.6 382.4 390.5 394.1390384 距堤位置（m） 118119 86 110 12211681 开挖前观测值 （1998 年 10 月 27 日） （mm） 6不存在 10 5 不存在 不存在898 年 12 月 3 日2411 21 16 8 1813 98 年 12 月 8 日8826 61 56 31 4228 98 年 12 月 20 日 9638 64 58 39 5135开挖 后观 测值 （mm） 98 年 12 月 25

5、日 9738 65 60 41 5236图 1 裂缝分布情况示意图 2 工程地质概况 防洪堤工程位于乌江左岸，地貌单元属冲积阶 地及冲刷陡斜坡，河堤处于乌江河谷，为侵蚀堆积 阶地地形。 0+0000+150m 段堤后坡为乌江干流左岸冲洪 积成因的土质边坡(第四系冲积、洪积层)。其自上 而下岩土分别为：表层为厚 l5m 的杂填土 ( ml)，由人工堆积而成，包括生活及建筑垃圾等， 结构疏松；往下为厚 59m 冲洪积层(Qal+pl)，上 部为灰黄色粉质粘土， 呈稍密状态， 底部与基岩 （志水利技术监督 2004 年第 5 期 52 留系中上统韩家店群）接触带分别为厚 0.40.5m 结构松散的淤

6、沙以及含水量较高的灰色软塑状粘 土和志留系强风化带淤泥；基岩为志留系中上统韩 家店群（S2-3hn）泥岩，岩层走向 NW-SE20，倾向 SW70，倾角平缓，一般在 8左右。 勘探表明 0+0000+150 段均有地下水，以赋 存于第四系冲洪积层中的孔隙水和泥岩中的基岩 裂隙水为主，受大气降水补给，地下水位随地形起 伏而变化，堤线位置地下水稍高于同期乌江水位。 其中城市生活污水、地表水等常由杂填土与老土界 面及下层粉质粘土中夹杂部分渗出，对后坡稳定会 带来不利影响。 3 滑坡形成的机制及边坡稳定分析 从边坡工程地质条件分析可知， 边坡土体结构松 散，土体与基岩接触带其力学强度低，构成了下卧软

7、层。该下卧软层摩擦系数很低，抗滑力差。在边坡上 部为城市市区，生活用水及其他用水下渗，恶化土体 并造成渗透压力增大，更兼城区楼房林立，人为荷载 大，致使边坡承受荷载较大。加之基岩倾向河谷，在 一定范围内存在了边坡稳定性差的问题。 从发生的裂 缝情况结合上述地质条件分析， 可以认为该滑坡形成 的机制是：在上述下卧软层范围内，存在着力学强度 低的近似圆弧型复合滑动面。 该圆弧型复合滑动面主 要由两部分组成： 靠下部分为下卧软层可塑或软可塑 状态的粉质粘土及志留系强风化带淤泥， 这是滑动面 的主体；上部分为杂填土，这是滑动面的次要部分。 随着外界因素的影响， 比如乌江干流水位季节性抬升 和冲刷，地表

8、水下渗，水位降落，致使土体运动的滑 动力增大而抗滑力减小， 当其稳定安全系数小于 1 时 就会发生坍滑。 图 2 滑坡近似圆弧滑动面示意图 分析认为该滑动面为一直线滑动与弧线滑动相 结合的复合滑动面， 其表层 15m 厚杂填土为非粘性 土，呈直线滑动。其下为粘性土，圆弧形滑动，由于 直线滑动面与圆弧形滑动面相比只占很小一部分， 故可近似认为该复合滑动面为圆弧滑动面， 在计算其稳 定安全系数时按圆弧滑动面考虑。根据裂缝分布情 况，可以近似拟定最危险滑弧位置如图 2 所示。 由地质条件可知滑坡体由不同土层组成，可近 似认为其由两层土组成，此时太沙基公式仍可适 用，对于土的粘聚力C和内摩擦角，应按不

9、同的 土层取不同的值。 计算时按两层土层计算。上层为人工堆积层杂 填土，取=20，r =l.7，C =4kPa；下层可近似 按粉质粘土考虑，取=15，r =l.8，C =3kPa。 经计算得稳定安全系数Fs=1.04，已接近临界 状态。 据贵州省地勘局第二工程勘察院提供的地勘 资料表明，防洪堤 0+0000+150m 段正位于该院提 供论证的， V 号滑坡体上， 近年来在堤后 0+000 0+150m 范围内 150m120m 面积内，边坡一直处于 缓慢变形阶段，地表已产生裂缝，少量房屋开裂， 边坡已处于临界状态，有发生失稳变形的可能。 从计算结果Fs =1.04 分析，笔者认为勘二院 提供的

10、资料以及现场测定的在过去较长时间滑坡 体存在开裂变形问题，主要是由于城市建设加载， 开挖地表，污水排放及乌江水位涨落等引起的浅层 土体蠕动以及变形，而此时的边坡尚处于整体稳定 阶段。但从以上的分析计算可以看出。边坡已接近 临界状态，随着时间的推移及边坡的缓慢变形，尤 其在特定条件下，比如大暴雨过后，洪水暴涨暴落 时形成渗透压力及其他人为荷载的影响等情况下， Fs会逐步降低，当其小于 1 时会发生坍滑，所以笔 者认为该滑坡体在历史上便已存在，仅仅是目前尚 处于暂时近极限稳定阶段，日久必将发生坍滑，只 不过是个时间问题。 防洪堤基础位于滑坡体底部，当进行防洪堤基 础开挖时，按图 2 所示，亦即将滑

11、坡体底部土体挖 走，必然会导致Fs随着土体的挖走而逐步降低， 加上城区居民生活用水及其它用水下渗， 加速了Fs 的下降，当Fs小于 1 时，边坡便处于不稳定状态 而坍塌。也就是说，防洪堤基础的开挖提前诱发了 滑坡体的滑动，致使滑坡体复活。 基于以上分析，要使滑坡险情得到控制，应立 即回填已挖走滑坡体底部土体的部位，未挖部分应 停止开挖或采用跳槽开挖，并应使地表水尽量不往 下渗，这样可使Fs增大而使边坡保持稳定。 在 0+0000+150m 段，利用防洪堤作挡土墙， 彻底治理好该滑坡，考虑到原设计对滑坡体影响考思南县城防洪堤后侧滑坡形成机制及其治理 2004年第5期 53虑不够，必须采取补强措施

12、。 要使滑坡不致于滑动，则要求防洪堤所能承受 的主动土压力大于该滑坡体所造成的对堤身的压 力。根据这一要求，可按库伦理论计算堤身的总土 压力，按抗剪断强度公式计算防洪堤总阻滑力，最 后计算出抗滑安全系数。 4 施工处理 从表 l 可以看到，在 12 月 3 日至 8 日间，由 于开挖深入，裂缝变形加剧，边坡下沉量增大，原 滑坡体复活。经分析认为大滑坡即将发生。按本文 上节中对滑坡形成机制及边坡稳定的分析，在设计 和施工上采取了如下应急抢险措施。 (1)对未开挖到基岩的地段，停止开挖。等滑坡 体得到控制后再按 510m 为一段，分段跳槽开挖。 (2)加快施工进度，对已开挖到基岩的滑坡段 防洪堤迅

13、速砌筑回填，其后坡用块石回填。 (3)对危险地段的边坡立即采用砂袋、块石压 脚，并用木桩、钢梁、圆本支护。 (4)停止滑坡体段城市供水，并对地表裂缝用 砂浆进行封堵，以免地表水下渗恶化土体并增加渗 透压力。 (5)对渗水较大地段，采用塑料薄膜集中排水。 (6)加强房屋及边坡变形网点观测，建立新的 观测点，及时分析判断变形情况。 按本文上节分析，采取以上措施后可使 Fs 增 大，滑坡体逐渐稳定，据 1998 年 12 月 20 日至 12 月 25 日间对裂缝的观测表明，裂缝变形基本停止 (见表 1)， 说明当时的应急抢险措施是非常成功的。 对 0+0000+150m 段采取补强措施如下。 (1

14、)增大 0+0000+150m 段防洪堤断面。经计 算，防洪堤基础在原 9.22m 的基础上再增宽 3.2m。 (2)对堤身进行补强灌浆和抗剪桩埋设，并加 大加深齿槽尺寸。这些措施可增大防洪堤抗剪断摩 擦系数f，及抗剪断凝聚力c ，经计算，采取两排 325 钢筋作为抗剪桩， 深入基岩 2.5m， 间距 2.5m， 梅花形布置，并设两排补强灌浆孔。同时将齿槽由 原设计深 lm、顶宽 1.5m，底宽 lm 改为深 l.5m，顶 宽 3.1m，底宽 0.7m 的大齿槽。 (3)改善堤后回填材料。将原设计土石方回填 改为块石石碴回填，以使主动土压力降低，并且块 石石碴的内摩擦角在受到浸水时影响很小，这

15、有助 于堤身稳定。 (4)增设排水系统，在 365m 高程增设另一套排水管，以减小堤后水压力对堤的影响。 采取以上措施，计算校核后得到防洪堤抗滑安 全系数在最不利工况下Kc=1.08，表明滑坡体己经 从根本上得到了控制。从表 2 的观测资料看，滑坡 体在经过 1 年多后，几次暴雨考验和几次大洪水， 裂缝均没有显著变化，说明滑坡体己完全稳定，补 强措施是成功的。 表 2 主要裂缝观测记录表 (1998 年 12 月 25 日2000 年 6 月 10 日) 裂缝编号 L1 L2 L3 L4 L5L6L7距堤位置（m） 118 119 86 110 122116811998 年 12 月 25 日

16、 97 38 65 60 4152361999 年 6 月 15 日 99 38 68 63 425436 1999 年 10 月 10 日 99 39 70 63 435536观 测 值 (mm)2000 年 6 月 10 日 99 39 破坏 63 43破坏365 小 结 (1)本次滑坡处理中，先对滑坡形成的机制及 边坡稳定作了分析，而后采取了一系列处理措施， 成功地防止了大面积滑坡的发生，避免了 6000 万 元的直接经济损失。 (2)本次边坡开裂，局部坍滑，主要由历史原 因造成。即使不进行防洪堤基础开挖，大滑坡的可 能性也完全存在，仅仅是个时间问题。由于施工工 期紧迫，加之有关方面对滑坡问题重视不够，故而 提前诱发了局部边坡