淤泥质土河道施工阶段滑坡原因分析及处理方案

吴 楠

（江苏省水利勘测设计研究院有限公司，江苏扬州 225000）

1 概况

通榆河北延送水工程在连云港灌南县境内灌河～新沂河新开河道长6.27 km，工程所在地面高程约为2.6 m。地质条件：上部表层厚1 m 左右为A 层粉质粘土，其下为2 层淤泥质重粘土、粘土；地面以下2～4 m 为32层淤泥质土，层厚10 m 左右，为灰、浅灰色重粘土质淤泥，局部夹粉砂及砂壤土透镜体，含较多腐殖质、碎贝壳，流塑状态，其物理力学指标凝聚力C 为12 kPa、内摩擦角φ 为5°，地基允许承载力为60 kPa；再以下为51层灰黄色砂壤土，其物理力学指标凝聚力C 为4 kPa、内摩擦角φ 为24°，地基承载力较高。河道设计断面为：河底高程-1.0 m，河底宽20 m，边坡1∶3，堤顶高程3.8 m，堤顶宽6 m；自堤肩向外13 m 为弃土区，弃土区顶高程4.5 m，临河道坡比1∶3，外坡为1∶2.5。设计河底高程-1.0 m 分布在32淤泥层上，河底以上约有2.0 m 厚的淤泥质土层，河底以下约有8 m 厚的淤泥质土层。河道的工程级别确定为3 级，河道边坡抗滑稳定计算成果：施工期K＞1.1，运行期K＞1.7。

本段河道分为3个标段施工，主要采用挖掘机、农用自卸车、推土机等机械开挖河道和填筑堤防。施工期间在K0+050～0+090 和K2+640～2+700 两个地段的河坡发生3次滑坡，其中在K2+640～2+700 处同一位置发生2次滑坡。

2 K0+050～0+090 段滑坡

2.1 滑坡情况

2008年1月10日，东堤K0+050～0+090 段河道开挖筑堤完成后发生了40 m 长的塌方，在滑坡体南、北和东边缘可见1～2 组张裂隙，滑坡体靠近河道侧可见少量软土滑出，滑坡体中间部位西半侧堤顶塌落约2 m，河道迎水坡面坡度变缓。根据江苏省工程勘测研究院有限公司的调查，滑坡的滑动面在堤基中部和坡面中部发生在A 与32层土的交界面上，在堤肩处发生在32层土上部，滑动面处于上部土层中，滑坡已破坏了堤防，但滑坡范围均不算太大，属浅层滑动。

2.2 滑坡原因分析

2.2.1 堤基处沟塘的影响

滑坡体位置原来是沟塘，由于上覆的土层较薄，比其它地段的土层力学强度低，再加上地表水的长期浸润，进一步降低了土体的力学强度。堤防施工时，清除了塘底的淤泥和杂质，以重粘土分层压实回填，回填土湿密度1.80～1.87 g/cm3，干密度1.41～1.46 g/cm3，由于回填不久即填筑堤防，因此不能起到无沟塘处地表的“硬壳层”作用。地表的“硬壳层”缺失，进一步降低了土体的力学强度，堤防堆筑时对地基重粘土质淤泥容易产生较大的扰动，导致滑坡。

2.2.2 未按规范要求对沟塘边坡进行处理

堤基位置处有一条宽约20 m的沟塘，沟塘底平均高程约1.2 m，与地面有1.5 m 左右的高差，沟塘清理后，施工单位没有按施工规范的要求将地面坡度整至缓于1∶5，致使回填土体与原状土结合效果较差，当上部再加载时易导致滑坡。

2.2.3 施工对土层的扰动

塘底土层为32层淤泥，灵敏度高，为4.8～6.0，易受到扰动。堆筑堤防对水塘进行清淤、除杂质处理时，不可避免地对塘底土层产生扰动，降低塘底土层的强度，容易产生滑坡。此外，由于工期要求，筑堤填土施工速度过快，使地基强度降低。

2.3 滑坡的处理

经研究，滑坡处理采用在坡脚施打木桩方案。在河坡下部1/3 处施打3 排6 m 长的木桩，木桩小头直径不小于16 cm，桩距1.5 m×1.5 m。木桩全部施打到位后用小型机械进行上部2/3的堤防土方填筑压实，并严格控制堤防填筑速度。经过处理后效果很好，本段堤防已经稳定。

3 K2+640～2+700 段滑坡

3.1 滑坡情况

2008年2月19日，Ⅱ标段K2+640～2+700 段东侧发生滑坡现象，本段现状地面高程约2.6 m 左右，堤身下的堤基沟塘口宽约5 m 左右，沟底高程1.6 m 左右，沟深约为1 m 左右，新筑堤防是在沟塘上经清淤、回填处理后筑成。2008年2月19日，本段河道已基本达到设计断面（宽20 m、底高-1.0 m），用挖掘机作最后的河坡修整，在堤顶距迎水坡堤肩3.3 m 左右处顺堤方向堆放了临时弃土，堆高约1.6 m，宽约6 m，由于当天未及时将其清除至指定弃土区内，夜间发生了滑坡，滑坡段纵向（南北向）长60 m，横向为西侧堤向东18 m 整体滑动，堤顶下沉了1.88～0.88 m 不等，堤身滑至河道内15 m 处。根据江苏省工程勘测研究院有限公司对滑坡段的工程地质勘察报告，K2+640～2+700 段滑坡的滑动面在堤基处发生在A 与32层土的交界面附近，在坡面处发生在32层土中，滑动面最深处约-5.0 m，属深层滑动。

3.2 滑坡原因分析

滑坡体位置原来是沟塘，其滑坡原因除部分与K0+050～0+090 段类似外，还有另外两个原因：

3.2.1 堤身西侧临空面的影响

河道底高程为-1.0 m，位于32层淤泥中，东堤西侧为河道的迎水坡面，存在临空面，坡底土层为32层淤泥，强度低，现场十字板测得其原状土峰值抗剪强度平均仅19.2～19.6 kPa，在东侧土体的土压力推动下易剪切破坏，向临空面移动，有导致滑坡趋势。

3.2.2 堤顶临时堆土的影响

滑坡发生后，对现场情况进行了测量，发现施工单位没有按照施工图指定的堆土区范围堆置河道开挖堆土，而是在堤顶距离堤肩3.3 m 处顺堤方向堆放了临时弃土，临时堆土堆高为1.6 m，堆宽为6 m，没有按设计要求将弃土堆至堤顶平台13 m 宽以外的弃土区内，见图1。设计单位根据现场实际施工断面进行抗滑稳定计算复核，经计算，施工期河坡抗滑稳定最小安全系数Kmin=0.946，抗滑稳定系数K＜1，不能满足边坡抗滑稳定要求。因此，堤顶临时堆土是K2+640～2+700 段滑坡产生的主要诱因。

图1 河道设计断面及临时堆土示意图

3.3 滑坡的处理

图2 堤基加固方案示意图

建设单位组织设计、监理、施工单位研究讨论了滑坡段的处理方案，设计单位提出4 种处理方案，分别为：①放缓河坡；②加水泥土垫层；③粉喷桩处理；④管桩处理。经分析比选各方案的优缺点，结合本工程具体的工期、质量等要求，设计单位建议采用管桩方案或加水泥土垫层方案进行滑坡处理。

施工单位最终采用粉喷桩处理方案，该处理方案具体做法是在滑坡段河坡下部1/3（即高程0.6 m）处梅花型布置3 排粉喷桩，桩底打穿32层淤泥土进入51层砂壤土0.5 m，固化剂采用425#普通硅酸盐水泥，掺入量为12%。经抗滑稳定计算，待粉喷桩桩体达到设计抗压强度（2 MPa）后，抗滑安全系数Kmin=1.464，可满足安全要求。该方案的缺点是工期长，粉喷桩桩体需3个月后才能达到设计强度。施工单位在此基础上增加7排粉喷桩，桩直径为50 cm，间距1.5 m，底高程至-6.0 m，认为可以提高地基承载力，堤基加固方案见图2。

2008年3月21日滑坡处理工作开始实施，施工单位首先将滑坡体堤身土及堤后堆土挖除至高程1 m，在此工作面上，粉喷桩施工于3月23日开始，至4月7日结束。连云港市质量检测中心于2008年5月7日对粉喷桩进行了检测，经钻芯取样抽测2 根桩，其无侧向抗压强度值分别为2.12 MPa、2.658 MPa，均达到不小于2.0 MPa的设计要求。

3.4 第二次滑坡

设计单位获悉施工单位决定采用粉喷桩处理方案后，提醒该方案桩体固结时间长，需3个月后方能达到标准强度，加固效果不理想，建议在3个月后再进行后续施工。

施工单位于5月13日开始对堤身进行回填，回填从高程1 m 处开始，至5月16日回填至高程3.5 m，距设计堤顶高程3.8 m 尚欠0.3 m。5月17～23日期间该段暂停施工，5月24日施工单位将滑坡处理段填土筑堤至设计顶高程3.8 m。5月26日下午发现该段堤身出现滑动，堤顶后部出现弧形裂缝（长约60 m），裂缝宽约20 cm，第二次滑动体较第一次滑动体小。

3.5 第二次滑坡原因分析

3.5.1 水泥粉喷桩龄期短

水泥粉喷桩受施工条件限制，实际需较长时间才能达到预定的强度，设计单位要求3个月后才能进行后续施工填筑堤防，而施工单位仅1个多月就开始填筑堤防。根据施工记录，堤顶粉喷桩先施工，而起抗滑作用坡面上的3 排粉喷桩在堤顶粉喷桩施工完成后才开始施工，其抗剪强度不足。

3.5.2 加固方法不当

经查看资料，施工单位没有按照设计要求实施土体加固，其加固实际方案是先在堤顶位置处施打7 排粉喷桩，底高程在-6.0 m，后施打堤身1/3 处的3 排粉喷桩，底高程至-9.2 m。从图2 看，32层底面高程在-8.8 m，在堤顶位置处施打的7 排粉喷桩，底高程在-6.0 m，没有打穿32层淤泥土进入承载能力好的51层砂壤土，仅固结了滑弧线以上的土体，不加载时可能处于平衡状态，若加载即可能出问题，因此，这些桩起不到应有的作用。当堤身填土时，被粉喷桩加固过的硬土体向下传递荷载，粉喷桩桩底以下还有近3 m 厚的32层淤泥土，由于32层淤泥土承载能力差，无法承受上部荷载，淤泥土被上层加固过的硬土体向下挤压而导致土体变形，因此，第二次滑坡实际上应该是堤身下沉所致。从现场情况看，23日施工将堤顶高程从3.5 m 加高至3.8 m，24日便发现堤顶开始下沉，发生第二次滑坡。

3.6 第二次滑坡的处理

经研究，第二次滑坡采用打圆木桩处理方案，在河坡下1/3 处按4 排布置桩，即原粉喷桩行中，两头超出原塌方段，桩长8 m，小头直径16～18 cm，行距120 cm，株距100 cm。将滑坡段堤顶开挖至高程1.0 m，打桩部位第1 排桩顶高程0.0 m，第4 排桩顶高程1.0 m，桩与桩之间用8#铁丝纵向绞结。打桩结束后筑堤，填筑至高程2.0 m 暂停，将河底滑坡土方暂留河底。待堤身稳定后用小型机械上土，每上一层土都要注意观测，待稳定后再上另一层土直至达到高程3.0 m，剩余0.8 m 待放水后补齐。6月7日完成圆木桩施工，6月14日完成了堤顶土方回填，高程至3.0 m，经过后期的沉降观测，该滑坡段堤防已稳定，无变形迹象。河道放水经观测河坡稳定后，将堤顶土方填筑压实到设计高程，再用长臂挖机将塌入河道中的土方清理到设计高程。

4 预防滑坡的措施

4.1 加强对老沟塘的处理

除两处滑坡段外，灌河～新沂河6.27 km 新开河道沿线堤基还有多处沟塘，有些沟塘是外露的，还有些废弃的老沟塘被地表土掩埋。堤身处老沟塘处理，原设计是将杂物及淤泥清除后用粘土分层回填压实。自K2+640～2+700 段发生软弱层沉陷坍塌后，设计单位根据现场沟塘情况，提出对沿线堤身位置的老沟塘清基后，全部采用换1 m 厚10%水泥土处理，待其固结后再筑堤，这样可以在沟塘基底以上形成“硬壳层”，使32层淤泥土能较均匀的通过“硬壳层”承受上部加载的堤基土体。采取该措施后，未发生类似滑坡。

4.2 严格按要求施工

在淤泥质土体上开挖河道及填筑堤防，极易扰动土体使边坡发生坍塌，必须严格按照招标文件的要求施工。主要措施有：

（1）河道土方明挖应从上至下分层分段依次进行，严禁自下而上或采取倒悬的开挖方法。施工中随时作成一定的坡势，以利排水，开挖过程中应避免在边坡稳定范围内形成积水。

（2）主体工程的临时开挖边坡，应按施工图纸所示进行开挖。

（3）对老沟塘处理后，换土时一定要分层压实，放缓填筑施工速度。

（4）施工单位必须根据施工图所指定的堆土区范围堆置河道开挖堆土，弃土堆放要平整、顺直、密实。

（5）土方明挖过程中，如出现裂缝和滑动迹象时，应立即暂停施工并采取应急抢救措施，及时观测边坡变化情况，做好记录。

5 结语

在淤泥质土条件下进行河道施工，地质条件较差，施工稍有不慎，即可能出现滑坡等情况，一般来说，在长达几公里范围的淤泥质地质条件下开挖河道，滑坡是很难避免的。因此，施工单位要对淤泥质土体特性有足够的认识和处理经验，严格按规范施工，才能避免施工滑坡。另外，6.27 km 长的灌河～新沂河新开河道施工期安全系数K 仅为1.115，设计单位应充分估计到如老沟塘等较差的地质条件，在施工图中提出可靠的处理预案，尽可能避免滑坡。