庫岸滑坡成因分析及治理方案

高 駿，張有文，陳金輝，范 濤，紀 鵬

(1.紅河州水利水電工程建設質量與安全監督站，云南 蒙自 661100；2.紅河州水利水電工程地質勘察咨詢規劃研究院，云南 蒙自 661100)

1 概述

滑坡是指在重力或其他荷載的作用下，地質體沿著地質軟弱面向下向外滑動的現象，它是水庫主要地質災害類型之一[1]，其治理工程是復雜的巖土工程問題[2]。滑坡發育主要受控于滑坡所處地質環境，如氣象水文、地形地貌、地層巖性、地質構造等，其產生往往是所處地質環境與外界誘發條件共同作用的結果[3]。滑坡會對水庫造成極大危害：如滑坡體滑入庫盆，將直接威脅水工建筑物安全，堵塞輸水隧洞建筑物；產生的巨大涌浪將對大壩形成巨大的沖擊荷載，甚至漫頂導致潰壩，其危害不容忽視。庫區一旦發生滑坡地質災害，必須采取適當工程措施進行處理。

2 工程概況

2.1 工程簡介

云南省元陽縣東觀音山水庫為分區土石壩，正常蓄水位高程1937.00m，總庫容約168.42萬m3，為小(1)型水庫，最大壩高42m。人工開挖引起庫岸三處滑坡：HP1(左岸)滑坡體長約167m，寬約101m，堆積物厚約10～15m，滑坡體方量約11.8萬m3，為中型中層滑坡；HP2(中部)滑坡體長約224m，寬約166m，堆積物厚約5～17m，滑坡體方量約13.3萬m3，為中型中層滑坡；HP3(右岸)滑坡體長約90m，寬約58m，堆積物厚約3～13m，滑坡體方量約2萬m3，為小型中層滑坡。滑坡危及水庫施工及蓄水安全，對其進行綜合治理刻不容緩。

本著經濟、安全及減少環境影響的原則，HP1滑坡采用開挖削坡+回填壓腳進行治理，HP3滑坡采用回填夯實土方+回填壓腳進行治理[5]，二者施工工藝較為簡單，下文僅對HP2(中部)滑坡治理進行詳述。

2.2 工程地質條件

庫區屬于河流侵蝕低中山河谷地貌，地勢東南高西北低，壩址河底標高介于1878.23～1960.41m之間，相對高差40～160m。河谷較為狹窄，為“V”形谷，最寬達44.0m，最窄約2.0m。河床多被第四系土層堆積覆蓋，其厚度一般在1.0～5.0m間，兩岸山坡坡度多為25～55°。庫區無區域性斷層及規模較大的褶皺構造，巖層傾向北東，走向大體順河道，產狀為265～81°∠4～16°。壩區節理裂隙較發育，按產狀可分為三組：306～321°∠68～81°、175～190°∠72～88°、165～175°∠72～80°，其延伸性較差，延伸長度多為1.0～2.0m[4]。

根據滑坡地質勘查，相關巖土體物理力學參數取值見表1[5]。

表1 東觀音山水庫滑坡區物理力學指標建議值表

2.3 滑坡產生的原因分析

根據山體邊坡結構特征及巖土體工程性質分析及現場勘查，導致HP2滑坡產生的影響因素分析如下：

(1)巖土體工程性質及構造影響。①片麻巖(基巖)與花崗巖(脈狀)交錯分布，高含量云母(28%～61%)導致巖土體強度降低；②巖土體風化強烈，工程力學性質較差。全風化深度5～17m，粉粒含量20%～35%，細砂含量30%～37%，粘粒含量少于8%，其余部分主要為砂粒含量；強風化厚度10～18m，主要由砂粒及礫粒組成，含少量粉粒及碎石；③巖體節理裂隙發育，節理面云母富集；④存在泥化條帶軟弱夾層。

(2)水文地質條件。工程區位于河谷，滑坡體的兩壁地形較高，其地下水集中向滑坡區排泄，鉆孔地下水位較高，勘查孔地下水位距地表2～7m，全風化層基本處于飽和狀態，物理力學性質降低；滑坡體后緣見一下降泉點。

(3)氣象因素。降雨強度越大，在停雨時刻土層的孔隙水壓力越大，基質吸力越小，使得邊坡有效應力減小，降低了邊坡的穩定性，邊坡的失穩概率不斷增大[10]。工程區內雨量充沛，多年平均降雨量2353.8mm，日最大降雨量169.3mm，雨季(5—10月)降水量968mm，占全年71.5%。該滑坡發生于雨季，氣象條件為誘發滑坡因素之一。

(4)開挖方式。施工取料時采取自下而上開挖且未分平臺，形成較高陡土質邊坡，加之未采取有效截排水措施，改變了山體應力平衡條件，減小了山體斜坡的穩定性。

綜上所述，導致HP2滑坡產生的內因是巖土體工程性質、內部構造、水文地質條件；滑坡破壞機制為剪切-滑移破壞，結構面臨空，坡腳全強風化巖層被切斷，或坡腳巖層擠壓剪切。錯誤的開挖方式是滑坡產生的主要外因；誘發因素是氣象因素。

3 滑坡體特征及穩定性計算

3.1 滑坡體特征

HP2(中部)滑坡主滑方向約為258°，長約224m，寬約166m，滑面呈弧形，后緣滑面較陡，坡度36～60°，前緣較平滑，坡度8～17°，堆積物厚約5～17m，堆積方量約13.3萬m3，為中型中層滑坡。滑坡堆積物主要為全風化基巖及第四系殘坡積土，其顆粒主要由粉粒及細砂組成(粉粒含量20%～35%，細砂含量30%～37%)，粘粒含量少于8%，其余部分主要為砂粒含量。按SL 386—2007《水利水電工程邊坡設計規范》第3.2.2條、3.2.3條的規定，東觀音山水庫為小(1)型水庫，主要建筑物為4級，庫岸邊坡影響大壩及輸水隧洞工程，邊坡級別為4級[6]。

3.2 滑坡體穩定性計算

抗滑樁樁位確定方法主要為剩余推力法，該方法綜合考慮了地質條件與施工條件[7]。庫區地下水位較高，土體天然狀況即處于飽和狀態，水平地震影響系數取a=0.10，采用河海大學軟件Autobank7.0計算HP2在工況Ⅰ(飽和狀態)、工況II(地震狀態)下的穩定系數和剩余下滑力。根據SL 386—2007該邊坡等級為4級，滑坡安全系數對應工況分別取1.1、1.05。

工況Ⅰ安全系數取1.1，穩定系數為0.98，剩余下滑力為606.08kN，滑坡體不穩定；工況II安全系數取1.05，穩定系數為0.87，滑坡體剩余下滑力為741.21kN，見表2，滑坡體不穩定。

表2 滑坡推力計算結果統計表

4 治理方案

庫岸滑坡嚴重危及大壩、輸水隧洞的安全，其治理為永久性工程，必須做到永久根治，防止滑坡體再次復活。通過現場勘察工作，了解清楚滑坡規模、特征，并及時取得必要的真實反映滑坡實際的巖土技術資料參數，進行科學的分析，確定合理的治理參數和治理措施[9]。

本著施工可行、技術可靠、經濟合理的原則，綜合庫區地形條件、滑坡的發展狀況與范圍、滑坡體的剩余下滑力等因素，HP2滑坡采用削坡+截排水溝+抗滑樁，結合坡面土工布防沖刷及固坡綠化等工程措施進行綜合治理[5]。如圖1所示。

圖1 HP2滑坡抗滑樁設計示意圖

4.1 削坡工程

通過削坡減載的措施來穩定滑坡體使得其達到穩定狀態是可行的[8]。減緩坡比及減載，具體為1918m高程至1938m高程位置開挖坡比為1∶4.0，壩頂高程1938m處設置15m寬平臺；1938m高程至1948m高程位置開挖坡比為1∶2.5，設置6m寬平臺；1948m高程至1958m高程位置開挖坡比為1∶2.5，設置3m寬平臺；1958m高程以上位置開挖坡比為1∶3.0，開挖至滑坡頂。

4.2 截排水工程

邊坡滲水是影響斜坡穩定的重要因素之一，為快速排出水體，邊坡布置了截排水工程。在HP2滑坡外圍設置截水溝，防止雨水沖刷產生新滑坡體。滑坡體開挖1938m以上設置φ75mmPVC排水管，長3m，梅花型布置，間距、排距均為3m；平臺設置C20砼排水溝，排水溝斷面尺寸為0.4m×0.4m。

4.3 抗滑樁工程

為防止水庫蓄水引發新的滑坡，在滑坡體較為薄弱的1938m高程位置布設抗滑樁，確保滑坡體的整體穩定。根據滑坡體穩定性計算，滑坡體最危險工況為工況Ⅱ(地震工況)，故選用工況Ⅱ(地震工況)為設計工況，地震綜合影響系數取0.25，建筑物抗滑穩定安全系數kc≥1.05，抗傾覆安全系數kt≥1.50。選取10-10′剖面，采用北京理正軟件抗滑樁設計模塊進行計算，由于滑面以下為全強風化片麻巖，故采用M法計算。抗滑樁設計抗滑力為41.21kN/m，庫區中部抗滑樁里程為K0+000.00m～K0+155.00m，為單排布置，樁頂設計承臺聯系，單樁長10～18m，樁間距5m，共設抗滑樁32棵，總樁長466m；抗滑樁截面形狀為矩形，A型抗滑樁長度為18m，B型抗滑樁長度為15m，C型抗滑樁長度為10m；截面尺寸A型抗滑樁為2.0m×2.5m，B型、C型抗滑樁為1.5m×2.0m。由于滑面以下為全強風化片麻巖，故采用M法計算，樁底自由支承，樁芯C25砼。樁井開挖從防護范圍兩端向主軸方向進行，隔樁開挖，及時做好鎖口和護壁，保證施工安全。孔口以下分節開挖，每節開挖高度控制在2m以內并及時支護。開挖的棄渣棄出防護范圍之外，樁身澆筑砼連續進行。施工中保證抗滑樁成型的設計凈斷面尺寸。樁與樁之間采用0.6m×0.8m鋼筋砼連系梁連接，以發揮群樁效應，增加抗滑樁的穩定性。

5 工程治理效果

按照上述治理方案實施后，在其采用削坡壓腳的方式后，減少了滑坡體，中上部土方量從而有效地緩解了庫水位下降產生的動水壓力，增加了坡腳抗滑能力[11]。HP2滑坡體在地震工況下安全系數大于1.0，符合DZ/T 0219—2006《滑坡防治工程設計與施工技術規范》的規定，表明在飽水狀態下仍能保證滑坡的安全穩定。截排水溝能有效排泄雨季降雨形成的坡面徑流。重視相關解決對策的科學使用，促使這類工程設計工作得以高效開展，滿足水利工程設計質量可靠性方面的要求[12]。樁頂承臺起到了重新分配彎矩的作用，承臺的存在改變了樁懸臂受力的模式，樁身形成了超靜定結構[13]，充分發揮群樁效應。滑坡體治理完工一年余，水庫歷經多次水位升降，最大蓄水位高程約1933.00m，最大變形監測值僅為49mm，遠小于允許偏差值100mm(如圖2所示)，表明地震狀態下仍能保證滑坡體穩定性，綜合治理效果凸顯。滑坡體治理確保了水庫平穩運行，有效改善了庫區生態環境，庫內水源達到了Ⅰ類水質標準，實現年供水量約219.74萬m3，解決了約19895城鎮人口、5869農村人口、1967頭大牲畜、2180頭小牲畜飲水問題和1695畝農田灌溉用水問題[4]，對工程、環境及社會均產生了巨大效益。

圖2 完工后變形監測折線示意圖

6 結語

云南省元陽縣東觀音山水庫庫區工程地質條件復雜，巖土體工程性質及內部構造、氣象及水文地質條件、施工活動等多因素造成了滑坡的產生，影響施工工期約3個月。建設單位在組織設計審查階段，應根據建設工程特點、需求等逐一進行嚴格審查[14]，保證工程建設順利進行。文章鑒于篇幅有限，未對抗滑樁的詳細應用及其它兩滑坡體的治理措施展開介紹說明。工程實施證明了治理措施在水庫滑坡治理中具有良好的可靠性，是能使庫岸滑坡體達到穩定狀態，為類似工程的滑坡治理積累了借鑒經驗。