大开挖河道的滑坡成因分析及应急加固方案

王颖聪，吴成骏，朱 浩,李 益

(1.南京市水利投资有限公司,江苏 南京 211000;2.南京市滁河河道管理处,江苏 南京 211000)

大开挖河道的滑坡成因分析及应急加固方案

王颖聪1，吴成骏1，朱 浩1,李 益2

(1.南京市水利投资有限公司,江苏 南京 211000;2.南京市滁河河道管理处,江苏 南京 211000)

某大开挖河道在施工过程中发生了滑坡，通过对地质条件、施工方法等方面的深入分析，得出滑坡产生的原因：①施工扰动(触变性)。②施工期降雨频繁，水位反复涨落。③工程地下水位居高不下。④施工组织不尽合理。结合工程实际情况，提出了应急处理措施及加固方案。本案例总结，可为其他类似工程提供经验和参考。

堤防；施工；滑坡；原因分析；应急加固

为了满足城内防洪排涝的要求，水利工程中，常会进行城市河道拓宽，扩大城市河道行洪流量。但当堤基位于淤泥质土层上，地质条件相对复杂时，经常会发生理论计算中堤防抗滑稳定安全系数满足规范要求，实际施工过程中发生堤防滑坡的案例[1]。

目前，在堤防的施工过程中往往会采用多种防护机制[2]，但由于施工管理人员技术的不全面和施工期对现场情况估计不足，亟需一种合理的堤防施工方案来满足工程质量和安全的需求[3]。

1 工程滑坡情况

南京市某河道工程位于栖霞区仙林大学城，自羊山坝至312国道，河道长度2.62 km，对应桩号J6+180～J8+800，两岸堤防总长5.24 km。规划控制用地范围宽66 m。河道断面确定为河底高程2.5 m，河道在用地范围内向右岸拓宽，左右岸坡比均为1∶2.5，迎水坡8.5 m高程处设2.5 m宽平台。河道标准设计断面见图1。

图1 河道标准设计断面图(单位：m)

河道工程于2015年11月23日开工建设，2016年5月20日停工度汛，2016年9月8日复工。在工程施工过程中，右岸先后发生了三次较大规模的滑坡，发生于2016年3月份和11月份，施工期左右岸坡面变形频次较多，对工程的投资控制、工程质量、进度造成较大影响。

1.1 第一次滑坡

2016年3月21日凌晨，在天工路桥南侧东岸桩号6+496～6+630段河底开挖成型的坡面发生了一次滑坡，滑坡土体南北长134 m，东西长53 m。滑坡时河道已开挖至设计高程2.50 m，坡面基本按1∶2.5完成整坡，河底导流沟深约1.5 m，滑动后导流沟由河道中间推移至西岸坡脚。坡顶下沉超过3 m，整个河底隆起约2 m。岸上原状地面15.0 m，上部有3 m多高的施工堆土。

1.2 第二次滑坡

2016年3月27日11时，紧邻上次滑坡位置，在天工路桥南侧东岸桩号6+630～6+675段河底开挖成型的坡面发生了第二次滑坡，滑坡土体南北长45 m，东西长43 m。滑坡时坡面及河底情况基本同第一次滑坡，第一次滑坡土方已部分挖除，与第一次滑动相比，滑坡的上滑弧起弧位置更靠近河道，滑弧深度明显比第一次浅，坡脚迁移约5 m，坡顶施工道路有挖掘机和自卸汽车通行。

1.3 第三次滑坡

2016年11月13日16时，在纬地路桥北侧东岸(即下游右岸)桩号8+030～8+140段，断面开挖基本成型、高程7.0 m以下护坡完工的迎水坡发生滑坡。滑坡面顺水流向长110 m，由围堰至排水口；宽50 m，由高程11.75 m平台后边至河底中心。滑坡下缘出露的为淤泥质土。滑坡发生前，无降雨，滑带上缘外的坡顶有少量堆土，后方22万V 高压铁塔处有一水塘，水由滑坡体下游排出。

1.4 其他局部坡面变形及现场处理情况

河道工程自2016年汛后复工以来，发生了3次下部坡面隆起，造成护坡、格埂严重变形。

前两次坡面隆起的位置为：8+540～8+600、8+370～8+420和8+170～8+270。采用的措施是坡面土方换填、坡脚设置木桩2～3排。第三次坡面隆起发生在12 d降雨后，位置与首次发生变形位置基本一致。

2 滑坡原因分析

2.1 施工扰动(触变性)降低了土体的强度指标

根据地勘报告，高程7.0 m以下存在深厚的淤泥质重粉质壤土，该层土在大面积大深度开挖情况下，因大幅度卸载或直接暴露，土体的强度特性发生变化(触变性)；补充勘察成果表明，滑坡发生后滑弧以下的淤泥质重粉质壤土土体强度由原来的黏聚力C=18.4 kPa、内摩擦角φ=12.8°降低为C=17.6 kPa、φ=11.1°。现行规范对触变性无明确的规定，因此前期设计对此考虑不足。施工荷载的往复作用也加剧了土体力学指标的降低。淤泥质重粉质壤土层的存在，使滑坡的严重程度加剧[4]。

2.2 施工期降雨频繁，河道水位反复涨落

2016年汛后降雨较为频繁，仅10月份，下雨天数达20 d，雨水下渗致使上部土体自重增加，土体抗剪强度降低，也易导致滑坡变形[5]。河坡裸露，导致堤身处于饱和状态。九乡河流域92%为山丘区，每次降雨，河道中的水位迅速上涨(据现场观测，施工阶段降雨期河道水位最高达8.8 m)，由于下游长江水位较低(11月份河口长江水位均在5.0 m以下)，雨后河道水位又迅速降落。河道水位的反复快速涨落，对刚开挖形成的坡面稳定影响极大，左岸坡面多次浅层变形均与此有关。

2.3 工程范围内地下水丰富，地下水位居高不下

分析历史地形图和补充勘察成果表明：现状左岸道路和右岸公园的高地均为2003年之后随着大学城的开发建设逐步填高形成，填土高度普遍在2.5～3.0 m，右岸局部填高达10 m，由于填土时未经过碾压，土质较为松散，透水性较强，降雨时地下水位上升较快。地勘显示，不下雨的情况下，地下水稳定在高程9.00～9.50 m，据现场实测，雨后地下水位达11.0～11.5 m；另外，右岸堤后高压铁塔低洼处长期有积水存在，施工现场反应，开挖坡面发现多处有排水暗管和不明渗水；左岸堤后有衡阳泵站前池及泵站进水河道，河道水位维持在7.5 m以上，坡顶又散布少量水塘。大坡降的地下渗流对岸坡整体稳定极为不利。

2.4 施工组织不尽合理

工程开工时，右岸1万V高压线未能及时迁移，坡顶土方开挖作业无法进行，造成岸坡土方无法按正常施工顺序进行开挖；同时因土场及市容要求等原因，下部开挖的土方不能及时运出，大量堆积在坡顶；天工路上游段施工时，在河道底部开挖了导流沟，导流沟紧贴坡脚，深约1.5 m，在坡脚处形成了额外的临空面。施工组织不合理是第一、二次滑坡的主要原因。第三次滑坡发生前，尽管该段河道施工基本完成，但土方运输车辆及施工机械仍在平台上频繁通行，这也是滑坡发生的诱因之一。

3 应急加固处理方案

针对出现的情况及研究结果，提出改进措施，包括：已发生滑坡段的处理和未施工地段的方案变更。对于目前已施工完成的地段，维持原状。

3.1 左岸处理方案

地质情况：除了最下游的425 m以外，均以淤泥质重粉质壤土为主，地质情况差。

因左岸施工时对坡面扰动小，计算采用原地勘指标，抗滑安全系数普遍为1.20～1.25。岸坡主要不利土层为淤泥质重粉质壤土层，选取淤泥质重粉质壤土土层较厚的7-7′地勘断面(图2)进行稳定复核，位于桩号7+950(第三次滑坡中心的上游150 m)。计算结果抗滑稳定系数K=1.22，满足规范要求。

图2 7-7′地层横剖面(桩号7+950)图

参照前期施工过程中左岸岸坡处理的成功经验，结合本次右岸的加固处理方案(河底标高抬高至4.0 m)，对左岸未实施段(桩号J6+880～J8+030，长1105 m)采用如下加固措施：高程7.0 m格埂下部、高程6.0 m、高程5.5 m和高程5.0 m设木桩，桩长为4.0 m，小头桩径不小于100 mm，顺河道向间距1.0 m，梅花型布置；对于局部坡面不易成型或发生流砂的地段，坡脚处抛石固脚，抛石厚度约1 m。左岸处理方案断面详见图3。

3.2 右岸处理方案

3.2.1 抗剪指标反演计算

(1) 淤泥质重粉质壤土土层的指标反演计算。经分析，淤泥质重粉质壤土土层的强度指标对岸坡稳定计算结果的影响最为明显，通过同时折减地质报告提供的该层土的力学指标(黏聚力C、内摩擦角φ)，直至发生滑坡的河道断面抗滑稳定安全系数为1.0。根据第三次滑坡的反演计算(考虑施工机械荷载)，淤泥质重粉质壤土土层折减后的强度指标为C=17.48 kPa、φ=12.16°。现场补充勘察淤泥质重粉质壤土层的强度指标为C=17.6 kPa、φ=11.1°，变更方案稳定计算时淤泥质重粉质壤土土层采用两者φ值最小的值，即C=17.6 kPa、φ=11.1°。

(2) 滑动带指标反演计算。滑动带位置根据滑坡发生后现场断面测量图并参照补充勘察成果分析选取，滑动带厚度取2 m。经反演分析，得到滑动带指标为C=6.07 kPa、φ=4.22°，比补堪所得指标小(C=9 kPa、φ=5°)，因此，已滑段变更方案稳定计算时滑动带土体指标取反演值。

图3 左岸拟加固方案断面图(单位：m)

3.2.2 右岸处理措施

该方案对已滑段采用减缓综合坡比(经试算，增加平台宽度比单纯放缓坡比更有利边坡稳定，因此本次减缓综合坡比指增加平台宽度)和设置抗滑桩，未实施段采用减缓综合坡比，局部坡面采用木桩和抛石加固，以满足岸坡抗滑稳定的要求。

(1)土层强度指标及地下水位的选择。全线淤泥质重粉质壤土土层强度指标采用补堪成果，即C=17.6 kPa、φ=11.1°。已滑段的滑动带土层的强度指标采用反演计算成果，即C=6.07 kPa、φ=4.22°。

地下水位采用勘察报告提供的地下水位，约在高程9.5～10.0 m。

(2)抗滑桩的位置及桩顶标高的选择。根据最不利滑弧位置及便于施工，本次变更设计将抗滑桩桩顶高程设置在8.5 m。

(3)计算断面及工况选取。根据《地质勘察报告》，选取以下最不利断面进行计算(表1)。计算工况选择最不利的施工期工况。

表1 右岸加固处理方案(计算断面)

(4)计算采用的软件。采用北京理正软件设计研究院编制的《理正边坡稳定性分析软件》计算边坡整体稳定；采用上海易工工程技术服务有限公司的《板桩码头CAD计算软件》复核抗滑桩稳定。

(5)计算结果及变更方案。计算结果汇总见表2、表3。

表2 右岸加固处理方案——滑坡段抗滑桩及岸坡整体稳定计算结果

表3 右岸加固处理方案——未实施段岸坡整体稳定计算结果

由计算结果可知，变更后右岸滑坡段及未实施段的边坡整体抗滑稳定均满足规范要求。因此，右岸滑坡段及未实施段河道断面采取如下方案(表4)。

表4 右岸加固处理方案——河道断面分段汇总表

注：未滑坡段不设抗滑桩，高程8.5 m平台增宽至15.0 m。

5 结 语

河道发生滑坡后，通过对地质条件、施工方法等方面的深入分析，获得滑坡产生的原因：①施工扰动(触变性)。②施工期降雨频繁，水位反复涨落。③工程地下水位居高不下。④施工组织不尽合理。

经过实地考察和补勘后，提出加固方案，左岸：设桩长为4 m的木桩，梅花型布置；对于局部坡面坡脚处抛石固脚。右岸：滑坡段高程8.5 m设抗滑桩一排，8.5 m平台增宽至15.0 m；未滑坡段高程8.5 m平台增宽至15.0 m。

另外，在项目的设计及实施过程中，施工方案的确定要充分考虑施工段及周边的地质条件，在选择施工方案时，做到技术上可行、经济上合理，还应严格控制施工顺序和施工速度，选用扰动小的施工工艺，以免造成不必要的人力、物力及财力的损失。

大开挖河道施工过程中，河道边坡的变形观测、土体含水率监测和日常巡视极为重要，在土体出现异常变形时，应立即停止施工，分析其原因，并采取措施及时处理，避免事故的进一步发展。

[1] 邱乾勇, 徐彬, 李茂平.堤防滑坡原因分析及处理[J].江苏水利，2015(6)： 23-26.

[2] 潘广良.堤防工程施工质量控制探讨[J].中国新技术新产品，2012(4)：100.

[3] 杨俊杰.堤防工程施工技术及质量控制[J].科技创新与应用，2012(1)：103.

[4] 阳良芯，侯群英.某水库土坝迎水坡滑坡成因分析及应急加固方案[J].广东水利电力职业技术学院学报，2008(3)：72-75.

[5] 王国栋，喻桂成.扬中市长江堤防兴隆港段滑坡成因分析和治理方案研究[J].湖南水利水电， 2014(4)：42-43.

Cause analysis and emergency reinforcement scheme of landslide in large excavation

WANG Yingcong1,WU Chengjun1,ZHU Hao1,LI Yi2

(1.NanjingWaterResourcesInvestmentCo.,Ltd,Nanjing211000,China;2.NanjingChuheRiverManagementOffice,Nanjing211000,China)

A large excavation of River landslide occurred in the construction process, through in-depth analysis of geological conditions, construction methods, obtained the causes of landslide: (1) The construction disturbance (thixotropy); (2) During the construction of the rainfall is frequent, the water level fluctuation repeatedly; (3) Engineering underground water level is high; (4) Construction organization is not reasonable. Combined with the actual situation of the project, proposed the emergency measures and reinforcement schemes. Summary of experiences and lessons in this case, can provide experience and reference for other similar projects.

dike; construction; landslide; causes analysis; emergency reinforcement

王颖聪(1985-)，女，河北衡水人，工程师，主要从事水利工程管理工作。E-mail:8583192@qq.cm。

TV871

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2096-0506(2017)03-0048-06