沿河膨脹填(棄)土滑坡群成因機制分析及處治研究

徐龍旺

(1.廣西大學土木建筑工程學院，廣西 南寧 530004；2.廣西交通設計集團有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化的不斷推進，土地資源越來越稀缺，城市建設中將遇到越來越多的填(棄)土場地問題，如在填(棄)土上建房、搭橋修路等。當填(棄)土壓實度不足、地基強度不夠或防護不當時易產(chǎn)生滑坡、崩塌等地質(zhì)災害，因此填(棄)土滑坡形成機理研究引起越來越多的學者關注。

欒茂田等對1976-08-25香港秀茂坪在強降雨后發(fā)生的滑坡進行了深入研究，總結滑坡機理為：(1)表層的填(棄)土處于松散狀態(tài)，壓實度較低；(2)長時間降雨入滲；(3)填(棄)土內(nèi)地下水水位抬升；(4)反復建設與以往破壞歷史[1]。劉傳正對2015年造成巨大人員傷亡的深圳市紅坳南山城建棄土場滑坡進行了研究，總結滑坡原因為：(1)圈椅狀地形；(2)棄土自身松散；(3)底部被大量積水軟化、泥化；(4)后緣加載推擠[2]。應宏偉等研究某河道軟土地基上的填(棄)土滑坡，歸納滑坡原因為：(1)下臥軟土強度低；(2)填筑速度過快，預壓時間短；(3)坡腳為河道等[3]。其他各位學者的研究[4-6]也均表明，地形、物質(zhì)組成、地質(zhì)構造、水的作用、人為因素、外部荷載、地震等是引起填(棄)土滑坡破壞的主要因素，但其致災機制現(xiàn)階段仍未研究清楚。本文通過對廣西百色市某沿河段膨脹填(棄)土滑坡群的研究，總結其滑坡特征，探討成因機制，提出兩大力學效應，并研究了滑坡整治措施，以期為類似滑坡處治提供工程參考。

1 滑坡群地質(zhì)環(huán)境

滑坡群位于百色盆地南緣，右江支流思賢河右側，由沿河段三處較大的滑坡組成，如圖1所示。其地貌單元屬右江剝蝕階地，岸坡較緩，地面標高為115～135 m，常水位為115.2～115.5 m，多年平均降水量為1 114.9 mm。場地無大的斷裂構造通過，屬單斜構造，巖層產(chǎn)狀為325°∠20°，傾向河床。場地表層為南百高速公路棄土，成分為黏土及全-

圖1 滑坡群地理位置示意圖

強風化古近系泥巖，以下為殘坡積可-硬塑狀黏土層，層厚1.2～13.0 m，場地下伏古近系那讀組湖相沉積泥巖半成巖。

2 滑坡群形態(tài)特征

2.1 GK0+760～GK0+880段坡腳綠道滑坡

GK0+600～GK1+200段河面較窄，河岸較順直平緩，坡度為15°～25°。滑坡位于填方段，邊坡中下部設有擋墻，墻高4.4～4.9 m不等。墻前為綠道，擋墻距河面20～40 m，路面與河面高差約15 m。2017年7月，受降雨和河水沖刷影響，在綠道沿河側邊坡內(nèi)發(fā)生滑坡。滑坡呈圈椅狀，頂寬約40 m、底寬約120 m，主滑方向近似垂直河流方向，長約20 m，滑體厚約2～5 m，主要由填(棄)土組成，如圖2所示。滑體前緣呈鼓丘狀，侵占部分河道，后緣裂隙貫通至綠道靠擋墻側，路側土塌落約1.5 m，形成臨空面。主滑面位于填(棄)土跟原狀黏土交界面處，滑體約1 100 m3，為小型牽引式填(棄)土滑坡。該滑坡經(jīng)松木樁+反壓方案處治后，2018年7月在原范圍內(nèi)又出現(xiàn)了路面下沉及多次滑坡。

圖2 GK0+760～GK0+880滑坡剖面圖

2.2 GK2+060～GK2+180段滑坡

該河段河面寬闊，河岸呈圓弧狀，自然坡度為20°～30°。該滑坡位于半挖半填段，路基填高約10～11 m。現(xiàn)狀岸坡為附近工程開挖棄土回填形成，厚度>10 m，無坡面防護。2015年9月進行圍堰清淤開挖時，岸坡出現(xiàn)大面積開裂及滑坡。滑坡從后壁到前緣形成多級圈椅狀臺階，主滑方向大致垂直河流方向。滑坡總長約120 m，寬約30 m，厚約2.5 m，體積約6 000 m3，如圖3所示，屬中型牽引式填(棄)土滑坡。

圖3 第2、3段滑坡平面圖

2.3 GK2+260～GK2+380段滑坡

該段河面寬闊，河岸順直，岸坡略陡，位于百東服務區(qū)后方，第2段滑坡下游約200 m。滑坡經(jīng)過兩段，其中GK2+310～GK2+380段路基穿過棄土山包，屬挖方段；GK2+260～GK2+310段經(jīng)過岸坡，屬于半挖半填段，如圖3所示。兩段滑坡物質(zhì)組成均為膨脹填(棄)土，厚度>10 m。

2015年9月底，由于河水驟降，該段產(chǎn)生滑坡。滑坡長約為120 m，最大寬度約為60 m，平面呈圈椅狀，滑坡方向近垂直河流流向。該滑坡后緣拉裂縫眾多，縫寬為10～30 cm，可見深度為20～80 cm，最大下錯約為60 cm，總方量約為20 000 m3，屬中型牽引式填(棄)土滑坡。

3 滑坡群形成機制分析

經(jīng)過對這三處膨脹填(棄)土滑坡的對比分析，認為它們具有六種共同的成因機制、兩種共同的力學效應和四處成因差異。

3.1 六種共同成因機制

3.1.1 地形控制

滑坡群內(nèi)的三處滑坡呈條帶狀分布，均位于沿河段的斜坡地段，這些岸坡段受河水漲落影響，自身穩(wěn)定性較差。而且滑坡群多發(fā)生于半填半挖及填方路段，即在不穩(wěn)定的斜坡上填筑邊坡，其穩(wěn)定性較差。因此地形對滑坡群具有控制性。

3.1.2 組成物質(zhì)軟弱

三處滑坡均由特殊的填(棄)土組成，它們共同具有以下特性:

(1)分布廣、厚度大。沿河段棄土分布長度約1 km，厚度>10 m路段約占70%，成分以中強膨脹性泥巖為主。

(2)“新近”堆棄、未經(jīng)壓實。有研究認為，未滿6年的填土可視為“新近填土”，如果填土成分滲透性較差，這個時間還要延長[7]。棄土來源于附近工程棄方，未壓實，堆棄約6～7年，多位于斜坡，大部分未完成固結，變形不斷。

(3)脹縮性較強。據(jù)試驗結果，場地泥巖自由膨脹率為58%～96%，平均值為70.6%；脹縮總率為2.21%～3.50%，平均值為3.0%；膨脹力為22.2～56.6 kPa，平均值為37.1 kPa；標準吸濕率為4.5%～6.9%，平均值為5.9%。以上數(shù)據(jù)表明，填棄土具有中強脹縮性。

(4)結構松散，裂隙發(fā)育，孔隙比、含水量、抗剪強度低，物理性質(zhì)差。

3.1.3 外荷推拉與內(nèi)部重力剪切共同破壞機制

外荷(包括坡頂堆載、河水漲落、坡腳的開挖、卸載應力、爆破、地震等)對膨脹棄土邊坡起作用，產(chǎn)生各種力學效應，如壓、拉及相互組合，其中外荷推拉(多為牽引)、內(nèi)部重力剪切是導致其破壞的主要機制。

3.1.4 脹縮破壞機制

位于岸坡的膨脹棄土干濕交替、冷熱交替作用加劇，因此在土體內(nèi)部產(chǎn)生膨脹和收縮應力，經(jīng)過反復循環(huán)，土體不斷產(chǎn)生裂縫，從而導致土體的抗剪應力變得更低。

3.1.5 河水漲落誘發(fā)機制

河水與岸坡相互作用會引起臨水土體物理、力學性質(zhì)的不利改變，特別是水位驟降時將引起滲透力、浮力、靜動水壓力、孔隙水壓力[8]增大，促成了滑坡的形成。

3.1.6 惡劣天氣誘發(fā)機制

滑坡群發(fā)生在不同的年份，但都發(fā)生在雨季(特別是在7～9月)。這些月份天氣悶熱，日夜溫差大，經(jīng)常出現(xiàn)長時間強降雨、臺風，這些都是導致膨脹棄土滑坡的主要誘因[9]。

3.2 兩種共同力學效應

(1)同向惡化效應：對于膨脹土，水發(fā)揮著關鍵作用：一方面使自重增加，下滑力增大，膨脹力加大；另一方面使其內(nèi)摩擦角、黏聚力減小。兩者呈非線性疊加關系，益減害增、同向惡化，破壞速度加劇。

(2)環(huán)境放大效應：河水淘蝕坡腳、日照強度變化大側、易受強降雨作用處、地形地貌突變處，其產(chǎn)生的破壞往往要大于其他地段，外部環(huán)境對滑坡內(nèi)部作用具有放大效應。

3.3 四處成因差異

(1)地形存在小的差異：第1處滑坡岸坡較高且中下部設置有擋墻，滑坡主要發(fā)生在墻前靠河面?zhèn)龋匦闻c其他兩處略有差別，且第1處填土厚度略薄；第2處滑坡地形處于河流拐彎處，道路拉直需占用河道，在開挖基坑清理河道淤泥時，引發(fā)滑坡；第3處穿過一小段位于填土山包，其形成原因受水位、地形影響較小，主要是膨脹土開挖后引起滑坡。

(2)滑坡發(fā)生時間上的差異：第1處滑坡發(fā)生于道路修好后，并產(chǎn)生多次滑坡；第2處滑坡是先開挖邊坡至坡腳，在坡腳開挖基坑清理河道淤泥時發(fā)生滑坡，上部邊坡裸露；第3處在邊坡開挖過程中產(chǎn)生開裂，并產(chǎn)生滑坡。第2、3處滑坡時段基本相似。

(3)路基形式的細微差異：第1處滑坡位于坡腳填方段；第2處為半挖半填段；第3處為跨挖方和半挖半填段。半填半挖段其整體穩(wěn)定性最差、填方段次之，挖方段最好。

(4)匯水面積的差異：第1處滑坡坡面大，匯水面積最大，其次是第2處滑坡、第3處滑坡。因為滑坡均位于斜坡段，且為膨脹填(棄)土，地表水流入滲的多少也影響著邊坡的穩(wěn)定性。

4 滑坡群處治措施研究

4.1 GK0+760～GK0+880段坡腳綠道滑坡

該滑坡是在運營階段產(chǎn)生的，處理難度較大。為了節(jié)省造價，第一次采用清除滑體、反壓護道進行治理，而后因為反壓段需要占用庫區(qū)，施工難度大，處治效果不佳，因而產(chǎn)生了第二次滑坡。根據(jù)施工場地條件，最終選擇了抗滑樁對其進行加固處理，處治效果較好。如圖4所示。

圖4 綠道滑坡的抗滑樁處治方案平面圖(m)

4.2 GK2+060～GK2+180段滑坡(見圖5)

圖5 GK2+060～GK2+180段滑坡處治平面圖

(1)固腳、強基：松木樁富含松脂，具有耐腐蝕[10]、造價低、施工速度快等特點，適合地下水位下的軟土處理。本項目采用了松木樁+加鋪片石+強夯三種方案聯(lián)合對基底進行加固。松木樁樁長6 m，樁間距為0.6 m，梅花形滿鋪。樁頂往上分層回填片石至原地面，再進行強夯處理。處理后片石頂高于常水位，并在坡腳靠河岸側設置寬4 m、高約2.5 m的反壓護道，穩(wěn)固坡腳。

(2)清除滑體、路基補強：清除滑體后，按半填半挖路基，設置基底過渡層，開挖臺階，設置反向坡，分層回填壓實。考慮到膨脹棄土性質(zhì)較差，每隔2 m設一層土工格室，增大臺階寬度。填挖交接處采用重型沖擊碾壓，至路床底1.2 m時，進行強夯置換補強，保證路基整體穩(wěn)定。

(3)坡面防護、路基截排水：對岸坡防護采用擋墻+漿砌片石護坡，設置高度應高于計算值。設置有效路基截排水措施對保證膨脹土邊坡的穩(wěn)定至關重要。

4.3 GK2+260～GK2+380段滑坡

(1)全斷面卸載和U型卸載：GK2+260～GK2+310段路基填多挖少，現(xiàn)狀地形對抗滑不利于采用全斷面卸載。GK2+260～GK2+310段路基挖多填少，路基從山包間通過，為有效減少滑動荷載、利用阻滑力，并減少挖方量，經(jīng)反復計算后，提出了U型卸載方案(如圖6所示)。

圖6 全斷面及U型卸載法平面圖(m)

(2)強基、路基補強、坡面防護、路基截排水：其措施、原理與GK2+060～GK2+180段基本一致。

5 結語

(1)本滑坡群主要組成部分為膨脹填(棄)土，其具有分布廣、厚度大、“新近”堆棄、未經(jīng)壓實、脹縮性較強、結構松散、物理力學性質(zhì)差等特點。

(2)滑坡群具有六種共同成因機制：地形控制、組成物質(zhì)軟弱、外荷推拉與內(nèi)部重力剪切共同破壞、脹縮破壞、河水漲落誘發(fā)、惡劣天氣誘發(fā)。

(3)滑坡群具有兩種共同力學效應：同向惡化及環(huán)境放大。

(4)滑坡群各滑坡存在四處成因差異：地形、發(fā)生時間、路基形式、匯水面積。

(5)沿河膨脹填(棄)土滑坡影響因素較多，治理難度較大，應在分析其成因機制的基礎上，根據(jù)實際地質(zhì)情況、規(guī)模、路基形式、重要性及經(jīng)濟條件選用。

(6)對于規(guī)模中等的滑坡，建議優(yōu)先選用卸載+固腳強基+路基補強+坡面防護+截排水聯(lián)合治理的方法，位于地下水以下的淤泥質(zhì)軟土可采用松木樁進行地基處理。對于規(guī)模較大的、非常重要路段的滑坡，可采用擋土墻、抗滑樁等剛性支擋處治。