桐乡应急备用水源地岸坡滑动变形的原因分析与处理

孙 菁 郑小东

桐乡应急备用水源地岸坡滑动变形的原因分析与处理

孙 菁 郑小东

桐乡应急备用水源工程位于桐乡市城区东部振东新区革新村。湖区主要功能定位为应急备用水源，并兼有城市景观、区域水环境改善、城市防洪排涝调蓄等综合功能。主湖区规模：湖区2.86～2.40m为蓄涝库容，用于容蓄圩区内的涝；2.40～-1.90m为蓄水库容，用于应急供水；-1.90m以下是死库容；湖区占地面积80.07万m2，总库容为278.6万m3。工程于2012年4月开工。2013年8月～10月期间，库区开挖施工过程中，多处土堤发生了向湖区中心方向的局部滑动变形。

一、产生滑动变形的原因分析

1.湖区范围岸坡地质情况

第1层：素填土。该层全场分布，各勘探点处揭露层厚0.30～3.20m，层底标高5.05～0.20m。杂色，松散，含植物根茎，以粘性素填土为主，局部为含建筑垃圾的杂填土。

第2-1层：粉质粘土。该层基本全场分布，水域地段基本缺失，分布区域揭露层厚 0.80～4.90m，层顶埋深2.60～0.30m，层底标高2.00～-1.70m。灰黄色，可～软塑，饱和，含渲染网纹状铁质氧化物，摇振反应无，稍有光泽，干强度中等，中等韧性。

第2-2层：粉土。该层基本全场分布，水域地段基本缺失，分布区域揭露层厚1.20～4.10m，层顶埋深3.40～1.50m，层底标高-0.25～-3.77m。灰黄色～灰色，稍密，饱和，含云母屑，摇振反应迅速，切面无光泽，干强度低，韧性低。

第3-1层：淤泥质粉质粘土。该层分布于全场地，揭露层厚0.30～11.1m，层顶埋深6.70m，河道部位出露于河底，层底标高-0.60～-10.6m。灰色，流塑，饱和，含腐殖质，具微层理，局部夹粘质粉土薄层，摇振反应无，稍有光泽，干强度中等，韧性中等。

第3-2层：粉土。该层分布于全场地，揭露层厚1.80～22.6m，层顶埋深5.60～2.90m，层底标高-2.11～-22.0m。灰色，稍密，湿，含腐殖质、云母屑，具微层理，摇振反应迅速，切面无光泽，干强度低，韧性低。

2.湖区岸坡型式

湖区岸坡主要为两种型式：西岸岸坡坡顶高程3.6m，自3.6m高程以下以1∶3的坡比至1.4m高程平台，平台以下再以1∶3的坡比至0.9m高程平台，平台边缘处设置0.5m高固水坎，平台以下再以1∶3的坡比至湖底-4.0m高程；北岸、东岸和南岸的岸坡坡顶高程3.6m，自3.6m高程以下以1∶3的坡比至1.6m高程平台，平台以下再以1∶3的坡比至1.2m高程平台，平台边缘处设置0.5m高固水坎，平台以下再以1∶3的坡比至湖底-4.0m高程。

根据工程区的地质情况，结构设计采用1∶3的边坡坡度且分级放坡，整体抗滑稳定堤防边坡稳定计算结果见表1。

表1 整体抗滑稳定堤防边坡稳定计算结果

从表1的结果看，两种工况条件下的护坡的整体稳定均能满足规范规定的稳定要求。

3.产生局部滑动的原因分析

影响边坡稳定性的因素有内在因素和外在因素。内在因素有组成边坡土体的性质、地质构造、土体结构、地应力等。外在因素有地表水和地下水的作用、地震、风化作用、人工开挖、爆破以及工程荷载等，其中地表水和地下水是影响边坡稳定最重要、最活跃的外在因素。

根据现场实际开挖地层情况揭露可知，部分岸坡存在粉砂夹层和淤泥质粉质粘土夹层（3-1层）出露，由于3-1层的特性为高含水量、高灵敏度、高压缩性、低强度的软土，工程地质条件差，抗剪强度低，对岸坡抗滑不利，遇水后土体松散变形，失去凝聚力；粉砂夹层的特性为毛细压力微弱，土粒与土中水的相互作用不明显，表现出砂土的特性，若在地下水位之上，毛细水含量低，结构紧密，强度高，压缩性较小；当孔粒内充满毛细水或重力水时，压缩性高，力学强度低，在荷载作用下易液化，在水头作用下易形成流砂。本工程在湖区岸坡开挖过程中，正好遭遇台风季节，连日的强降雨使得岸坡表面3-1层和粉砂夹层土冲刷出沟渠，降雨使整个地区的地下水位抬高，施工来不及进行降水，大量的地下水需从岸坡排到湖区，岸坡向湖区渗出大量的水。根据水压力原理，地下水位升高，和湖区水位产生一个水头差，就产生了一个水对所开挖土堤的向湖区方向的推动外力。水头差越大，水的推动力越大，直至渗水通过表面裸露的土层渗透到低洼处，带走土粒形成局部土体流失和坍塌，形成滑坡。

由以上分析可知，本次滑坡主要是由于地下水排不出去和不良土质裸露引起的，因此排出土体内部的水和覆盖裸露的不良土质是解决问题的关键所在。

4.常用治理方法

（1）消除和减轻地表水和地下水的危害

滑坡的发生常和水的作用有密切关

系，因此，消除和减轻水对边坡的危害尤其重要，其目的是降低孔隙水压力和动水压力，防止土体的软化及溶蚀分解，消除或减小水的冲刷作用。具体做法有：防止外围地表水进入滑坡区，可在滑坡边界修截水沟；在滑坡区内，可在坡面修筑排水沟。在覆盖层上可用浆砌片石或人造植被铺盖，防止地表水下渗。排除地下水的措施很多，应根据边坡的地质结构特征和水文地质条件加以选择，常用的方法有：水平钻孔疏干、垂直孔排水、竖井抽水、支撑盲沟。

（2）改善边坡岩土体的力学强度

通过一定的工程技术措施，改善边坡土体的力学强度，提高其抗滑力，减小滑动力。常用的措施有：削坡减载，用降低坡高或放缓坡角来改善边坡的稳定性，削坡设计应尽量削减不稳定土体的高度，而阻滑部分土体不应削减；人工加固边坡常用的方法有修筑挡土墙、护墙等支挡不稳定土体，抗滑桩作为阻滑支撑工程，固结灌浆或电化学加固法加强边坡土体的强度等。

二、专项处理措施

覆盖裸露的不良土体和排除不良土体中的地下水。采用粘性土覆盖并设置抗滑桩作为阻滑支撑。由于该工程为关乎民生的水源地工程，在滑坡体处理中不能采用对水体有害的固结灌浆或化学加固法，阻滑桩的选择采用生态的松木桩。粘土铺盖下设排水管，导出不良土体中的地下水。

具体处理施工方法如下：

（1）先清除滑坡土体，清理完毕后挖除岸坡设计坡线1m深范围内岸坡上的粉砂土层和淤泥质粉质粘土层。

（2）将挖除粉砂土层和淤泥质粉质粘土层后的岸坡采用粘性土进行换填，形成一个粘土铺盖，粘性土的干容重不小于14.5kN/m3，渗透系数K≤1×10-6cm/s。分层碾压，每层厚0.3m，压实度不低于0.92。粘性土取自库底，自库底开挖用于回填的粘性土时，为保证边坡的稳定，开挖线距离边坡坡脚10m以上，开挖深度不超过1m。

（3）为保证岸坡地下水排水通畅，粘土底部设置纵横向袋装碎石排水管。纵向袋装碎石排水管直径30cm，布置在换填粘性土与粉砂层和淤泥质粉质粘土层之间；横向袋装碎石排水管直径30cm，间距2m，尾部和纵向袋装碎石排水管相接可靠。横向袋装碎石排水管出口处所适当保护。

（4）粘性土回填完成后，沿填土底部打一排松木桩，桩身直径100～120mm，桩长2m，间距1m，与袋装碎石排水管间隔布置。

三、结语

经过以上措施处理后，开挖边坡经过半年多的监测，未发现新的变形，保持了稳定，说明此次岸坡产生滑动变形的处理是有效的。在边坡设计中，若碰到此类大开挖边坡，且开挖后长期未蓄水，则需采取一些预防措施防止边坡出现滑坡。可以从以下几个方面进行：（1）加强排水。边坡表面可布置防冲刷的排水通道，防止积水自然形成排水沟渠，冲刷边坡表面，引起滑坡；若碰到边坡土层中存在粉砂土和软弱夹层土，坡后地下水易在粉砂土层内形成排水通道，引起土层液化，形成流砂，在内外水头差的带动下引起边坡滑坡，须在粉砂土层中布置袋装碎石排水通道，尽快降低坡后地下水位。（2）表面铺盖。边坡土层若存在粉砂土和软弱夹层土，从外因上解决可通过布置碎石排水通道来防止滑坡，从内因上解决可考虑挖除粉砂土在边坡上的表面土层，再换以抗冲刷能力强的粘性土层进行覆盖，增强抗冲刷能力和抗液化能力。（3）加强监测。对于长期未蓄水的边坡，必须安排专门的监测人员进行定时监测，并提前准备处理预案，尽快解决滑坡，以免造成安全事故。（4）尽快蓄水■

（作者单位:上海勘测设计研究院200000）

（专栏编辑：周 权）