某含深厚軟土堤防滑坡反演分析與加固方案研究

羅海東，袁翠平

（南京市水利規劃設計院股份有限公司，江蘇 南京 210012）

1 工程概況

1.1 工程地質

本文發生滑坡的工程位于長江中下游的入江河道，靠近入江口，設計河底高程2.5 m，左右岸坡比均為1∶2.5，迎水坡高程8.5 m處設寬2.5 m平臺，兩側岸頂高程約12.5 m，局部最高處15.0 m。施工時河底需下挖深4 m左右。根據地質勘探，河道堤防自上而下主要分布土層情況如下。

（1）堤防高程7.0 m以上。①2堤身填土，為粉質黏土；②1重粉質壤土：力學強度較高，微透水，抗沖刷能力較強，工程性質較好。

（2）堤防高程7.0 m以下到設計河底以下淺部。③1淤泥質重粉質壤土：普遍分布，厚度大，微透水，中～高靈敏度，高壓縮性，大孔隙比，力學強度低，工程性質差；③2輕粉質壤土～重粉質砂壤土：局部分布，與③1淤泥質重粉質壤土交互相變，弱～中等透水，高靈敏度，抗沖刷能力較差，工程性質較差；③3淤泥：局部分布，微透水，高壓縮性，大孔隙比，抗沖刷能力差，高靈敏度，力學強度極差，工程性質極差。

（3）堤基深部高程-5 m以下。③4重粉質壤土：普遍分布，微透水，抗沖刷能力一般，中～高靈敏度，工程性質一般。

主要土層物理力學指標，詳見表1。

表1 主要土層物理力學指標

1.2 現場滑坡情況

滑坡時河底已開挖至設計高程2.5 m，坡面基本按1∶2.5完成整坡，河底導流溝深約1.5 m。滑坡后導流溝由河道中間推移至西岸坡腳，坡頂下沉超過3 m，整個河底隆起約2 m。岸上原狀地面15.0 m，上部有3 m多的施工堆土。滑坡土體順河道方向長134 m，垂直河道方向長53 m。滑坡下緣出露淤泥質土。滑坡發生前，有降雨。滑坡前后河道斷面對比，如圖1所示。

圖1 滑坡前后河道斷面對比

2 滑坡原因分析[1]

結合工程地質、現場施工、周邊地形及水雨情情況，對滑坡進行綜合分析，判斷造成滑坡的原因有以下幾方面。

（1）施工擾動（觸變性）[2]降低了軟土的強度指標。根據地勘報告，高程7.0 m以下存在深厚的③1層淤泥質重粉質壤土，該層土在大面積大深度開挖情況下，因大幅度卸載或直接暴露，土體的強度特性發生變化（觸變性）。后期補充勘察成果表明，滑坡發生后滑弧以下的③1層土體強度（黏聚力、內摩擦角）由原來的C=18.4 kPa、φ=12.8°降低為C=17.6 kPa、φ=11.1°。

（2）施工期降雨頻繁，河道水位反復漲落，對開挖形成的坡面及整體岸坡穩定極為不利。本工程在汛后施工，當年汛后降雨較為頻繁，僅10月份下雨天數達20 d。河坡裸露，導致堤身處于飽和狀態。同時，河道為入江口河道，下游水位較低，雨后河道水位又迅速降落，河道水位的反復快速漲落對剛開挖形成的坡面穩定影響極大。

（3）施工組織不合理，岸坡土方未按正常施工順序進行開挖。因土場及市容要求等原因，河道下部開挖的土方不能及時運出，大量堆積在坡頂。同時，在河道底部開挖了導流溝，導流溝緊貼坡腳，深約1.5 m，在坡腳處形成了額外的臨空面。

3 土層抗剪指標反演計算

3.1 ③1土層指標反演計算[3]

經分析發現，③1土層的強度指標對岸坡穩定計算結果的影響最為明顯。根據河道設計斷面建立邊坡模型，土的抗剪強度指標采用勘察報告中的固結不排水剪。通過同時折減地質報告提供的③1層土的力學指標，直至發生滑坡的河道斷面抗滑穩定安全系數為1.0。經反演計算（考慮施工機械荷載），③1土層折減后的強度指標為C=17.48 kPa、φ=12.16°。③1土層強度指標反演結果，詳見表2。

表2 ③1土層強度指標反演結果

3.2 滑帶指標反演計算

根據滑坡位置現場勘察，把同一剖面各鉆孔中比貫入阻力較小的各點和地表出現的裂縫點連接起來，構成滑帶[4]。根據滑坡發生后現場斷面測量圖并參照補充勘察成果分析，選取滑帶厚度為2 m。經反演分析，得到滑帶土體指標為C=6.07 kPa、φ=4.22°。滑帶強度指標反演結果詳見表3，滑帶坡面如圖2所示。

圖2 滑帶坡面示意

表3 滑帶強度指標反演結果

3.3 滑坡后現場補勘

滑坡發生后，及時對滑坡段的土體進行了取樣試驗，一方面分析③1層土體強度變化情況，另一方面探查滑面并提供滑面土體的強度指標，給滑坡反演計算提供參考。滑坡段現場補勘后相關土層的物理力學指標，詳見表4。

表4 現場補勘相關土層物理力學指標

滑坡段加固方案穩定計算時，③1層的強度指標和滑帶指標均取反演和補勘兩者的最小值，即③1層的強度指標為C=17.6 kPa、φ=11.1°，滑帶土體指標為C=6.07 kPa、φ=4.22°。

4 滑坡段加固方案[5]

因滑坡段四周場地開闊，無受影響的構筑物，且用地條件允許，因此本工程在滑坡處理時優先選用放緩坡比、增大平臺、減小坡高且對滑坡帶采用增設抗滑樁和深攪樁加固的方案。考慮到抗滑樁施工工期短、利于施工和安全度高的優勢，在與其他方案相比投資相差不大的情況下，采用放緩坡比加抗滑樁的方案，具體比選這里不再贅述。

加固方案記述如下：在高程8.5 m處設寬15.0 m平臺，平臺以上、以下均以1∶2.5放坡至坡頂、坡腳。平臺上設樁徑1.0 m的抗滑樁1排，樁距1.6 m，樁布置于距迎水坡坡肩0.5 m處，樁長16.0 m。滑坡段典型加固斷面，如圖3所示。

圖3 滑坡段典型加固斷面

4.1 抗滑樁布置位置對邊坡穩定性影響分析

本文針對抗滑樁位置和樁長對整體邊坡和樁前局部邊坡穩定性影響進行了分析[6]。

將抗滑樁分別布置于距8.5 m平臺迎水側0.5、5.5、10.5、14.5 m 4處，對坡面整體穩定性及樁前局部穩定性進行計算，分析抗滑樁位置對整體和局部穩定性的影響。樁位和打樁平臺如圖4所示，樁頂距迎水側0.5 m時整體穩定性和局部穩定性情況如圖5—6所示，抗滑樁不同布置位置穩定性計算結果詳見表5。

圖4 樁位和打樁平臺

圖5 樁頂距左端點0.5 m整體穩定性（數字為整體抗滑穩定安全系數）

圖6 樁頂距左端點0.5 m局部穩定性（數字為整體抗滑穩定安全系數）

表5 抗滑樁不同布置位置穩定性計算結果

從表5看出，隨著抗滑樁樁位右移，整體安全系數均在1.2左右變化，樁前局部穩定性卻逐漸降低。因此，為保證樁前局部土體穩定，最終加固方案中抗滑樁布置于距平臺迎水側0.5 m處。

4.2 抗滑樁樁長對邊坡穩定性影響分析

將抗滑樁布置于距迎水側0.5 m處，樁間距1.6 m，分析不同樁長的變化對邊坡整體穩定性與樁前局部穩定性的影響。樁長為8、10、10.8、13、16、18、20 m 7種工況計算結果，詳見表6。

表6 不同樁長邊坡整體穩定性和局部穩定性計算結果

經計算，有以下2種情形：①當樁長不超過滑帶，整體安全系數均小于1，不滿足規范要求；當樁長超過滑帶深度，整體安全系數均大于1.2，且變化不大。②樁前局部穩定性不受樁長影響，7種工況下均大于1且變化不大。

最終樁長在滿足整體和局部穩定的情況下，由樁頂位移控制，經計算，樁長選取為16 m。樁長16 m時整體穩定性和局部穩定性情況，如圖7—8所示。

圖7 樁長16 m整體穩定性（數字為整體抗滑穩定安全系數）

圖8 樁長16 m局部穩定性（數字為整體抗滑穩定安全系數）

5 結論

（1）因軟土具有觸變性，施工擾動對土體強度的影響較大，設計時應考慮此部分影響，施工期間應嚴格按照自上而下開挖的施工順序，同時加強對邊坡穩定的現場監測，尤其在降雨后的水位降落期。

（2）對滑坡后的斷面進行分析、模擬，采用反演法得到的軟土強度和滑帶土體強度與現場取樣試驗結果接近，增加了加固方案時土體強度選取的可靠度，此方法可應用于類似工程。

（3）本工程中抗滑樁位于平臺不同位置，對整體穩定影響不大，且布置于距迎水側0.5 m處，對迎水側局部穩定最為有利，因該部分土體為滑動土體，穩定性差，必要時可對局部進行抗滑處理。

（4）通過分析發現，樁長需穿過滑帶，邊坡整體穩定才能滿足要求。單從穩定的角度，只要抗滑樁穿過滑帶，樁的長度對穩定安全系數影響不大，但具體樁長由樁頂位移控制。同時，樁長對樁前土體的局部穩定影響不大。