川东北气田A井场滑坡稳定性评价及治理方案设计

周记萌

（四川蜀渝石油建筑安装工程有限责任公司，四川 成都 610084）

0 引言

川东北高含硫气田宣汉开县区块内部集输工程之A井场位于重庆市开县高桥镇齐力乡新安村八组。A井场滑坡工程位于罗家11H井组南侧单面山堆积体斜坡中下部。在修建放空区及敷设管道的过程中，由于修建临时施工道路及连续降雨等因素，导致该区域覆盖层开始变形，为确保该区域的稳定及后期井场运营安全，防止产生边坡整体失稳，故需要对滑坡进行整治。根据现场调查和勘察资料查明A井滑坡形态、规模、地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质等，结合滑坡的基本特征及类型，分析滑坡成因机制，对滑坡的稳定性进行评价，预测滑坡未来发展趋势，结合工程实际，综合考虑技术、安全、施工等各方面因素，分析探讨得出合理的滑坡治理方案。

1 A井场滑坡工程地质特征

1.1 滑坡分布形态、类型及地形地貌

如图1所示，该滑坡整体上形态呈“簸箕”形。区域内地貌形态整体上为构造侵蚀低山丘陵岭谷地貌，勘查区微地貌形态为整体陡缓的斜坡地形，坡长约130 m，滑坡区平均坡度为20°～30°，主滑方向为337°。滑坡地貌明显，上部有圈椅状滑坡壁，坡面呈台阶状，上部陡、下部变缓。滑坡所处斜坡坡脚一般高程为790 m，后缘最大高程为840 m，相对高差约50 m，前缘宽度约为58 m，顺主滑方向长约95.5 m，滑体最大厚度约为7.8 m，体积约2.5×104m3，为一小型土质滑坡。

图1 A井场滑坡工程平面布置图

1.2 滑坡地层岩性特征及地质构造

根据勘察，滑坡的覆盖层为第四系全新统崩坡积碎石土（Q4col+dl）：杂色，稍密-中密，稍湿，碎石含量约50%～60%，空隙内填充为粉质粘土，碎石粒径主要为0.05～0.2 m，最大粒径约3.0 m，级配较连续，成分基本为强风化～中风化泥、砂岩碎块，如图2所示。

图2 A井场4-4′滑坡地质剖面图

下伏基岩为侏罗系中统沙溪庙组（J2s）泥岩：区域内泥岩与砂岩呈互层分布，产状330°∠17°，揭露段为泥岩，褐色、砖红色，泥质结构，薄—中厚层状构造，主为高岭土、蒙脱石等粘土矿物，次为岩屑，夹薄层砂岩，按风化程度分为强风化泥岩和中风化泥岩，层位较稳定。

A井场区域内构造体系属新华夏系构造体系，为燕山—喜山期成生之北北东向构造，滑坡位于平楼山向斜的南东翼和温泉井背斜的北西翼，断裂及次级褶曲均不发育。区域内历史上地震活动较弱，未发生过VI级以上的强震，根据《中国地震动参数区划图》（GB18306-2001，1∶400万），勘察区地震动峰值加速度值为0.05 g（相应地震基本烈度为VI度），地震动反应谱特征周期值为0.35 s。

1.3 地下水

地下水分为基岩裂隙水和第四系松散堆积层孔隙水两类。松散堆积层孔隙潜水分布在堆积体内，其含水介质由粉质粘土及碎块石组成。基岩裂隙水指赋存于沙溪庙组泥岩浅层风化带中的网状裂隙水及基岩层间裂隙水。滑坡区地形为斜坡状，致使地下水补给渗入条件较差，基岩富水性较弱。大气降水是地下水的主要补给来源，受降雨量、地貌、植被和岩石裂隙、岩溶发育等因素影响，补给随地面条件而变化，季节性变化较大。地下水及土对混凝土及混凝土中的钢为微腐蚀。据调查显示，A井区域内93.61%以上的地质灾害的发生与地下水活动有关，尤其在雨季，当连续下几天暴雨之后，滑坡、崩塌、地面塌陷等也随之发生。

2 A井滑坡稳定性评价

2.1 滑坡成因分析

1）地形地貌：滑坡区地面自然坡度20°～30°，在区域构造运动作用下，滑坡体内部原有应力状态发生变化，坡体内出现部分与坡面平行的裂隙，向斜坡的临空面方向张开，为深层变形的形成提供了条件。滑坡出现平台、面积不大，且有向下缓倾现象，滑坡前缘土石松散，有局部坍塌现象。

2）地层岩性：滑坡体主要为软质岩，抗风化能力弱，组织结构大部分破坏,节理裂隙十分发育，岩层破碎，岩质软,岩表层遇水产生粘土化现象，易被水软化，在渗流、重力、风化等作用下，岩土分界面易变为软弱面，易产生滑移，为滑坡的形成提供了物质基础。

3）地下水和降水：大气降水及地表水的渗透浸蚀作用增大了土体重度，并降低土体的抗剪强度。一方面，地下水产生的动水压力和静水压力，促进岩土体的破坏；另一方面，地下水交替强烈，在岩土体相对富集处，增加重量，且渗透破坏作用增强，滑坡土体的透水性总体较差，地下水多沿侏罗系中统沙溪庙组（J2s）泥岩顶面的中风化界面一带径流，对岩土体进行潜蚀软化，形成了软弱泥滑面（带），降低其抗剪强度，为滑坡的形成提供了滑动介质。

根据以上滑坡成因分析，判断滑坡变形破坏模式为：①蠕滑—拉裂：在重力作用下沿软弱夹层内部发生蠕动，形成折线型滑动面，在降雨外力作用下发生浅层坡体拉裂破坏。②滑移—压致拉裂：上覆松散体沿岩土分界面产生的折线型深层滑动［1］。

2.2 稳定性计算

2.2.1 计算方法

根据滑坡类型,采用传递系数法来评价滑坡的稳定性和计算滑坡推力，截取滑坡单位宽度（1 m）进行稳定系数和推力计算。按《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）中的公式进行滑坡稳定性系数计算［2］。

式中，Ti为第i条块下滑力（出现与滑动面方向相反的滑动分力时取负值），kN／m；Ri为第i条块的抗滑力，kN／m；Di为第i条块的动水压力（由于滑体内无统一地下水位，本次安全论证不考虑动水压力，公式中取值0），kN／m；Wi为第i条块有效重量（水位线以上取天然重，水位线以下取浮重），kN／m；Qi为地震水平力，kN／m；li为第i条块滑面长度，m；ci为第i条块的滑面粘聚力，kPa；φi为第i条块内摩擦角；Ψj为第i条块剩余下滑力传递至i+1块段时的传递系数（j＝i时）；αi为第i条块滑面倾角，（°）；βi为第i条块地下水位线平均倾角（一般情况下取浸润线倾角与滑面倾角平均值，反倾时取负值），（°）；Fs为滑坡稳定性系数。

滑坡剩余推力计算公式如下：

式中，Pi、Pi-1分别为第Pi条块、第Pi-1条块的剩余推力（如果Pi-1＜0，则计算Pi时式中Pi-1取0），kN／m；Fst为滑坡剩余推力计算安全系数（地质灾害防治工程等级为Ⅲ级，Fst取值1.05［3］）。

2.2.2 参数选取

根据滑坡类型,稳定性计算参数按岩土工程《勘查报告》和《施工图设计》选取，详见表1。

表1 滑坡体岩土物理力学性质指标统计表

2.2.3 计算剖面选取及计算工况

根据勘察和滑坡特征，选取可能产生滑动的滑坡滑面（3-3′剖面、4-4′剖面和5-5′剖面，见图1）进行滑坡稳定性验算分析。荷载类型为边坡岩体自重。荷载组合考虑两种工况：①工况一为“自重”状态（取天然重度和天然抗剪指标）；②工况二为“自重+暴雨+地下水”状态（取饱和重度和饱和抗剪指标）。由于滑坡区地震基本烈度为VI度，所以边坡稳定性计算时未考虑地震工况。工况一为设计工况，工况二为验算工况。设计标准参照《滑坡防治工程设计与施工技术规范》（DZ／T0219-2006）的有关要求执行。

2.3 计算结果及稳定性评价

根据勘察，综合岩土物理力学参数以及运用以上计算方法，可得出边坡稳定性的计算结果，详见表2。

表2 A井滑坡稳定性系数表

以安全稳定系数为标准，将稳定性系数Fs划分为四个区间：Fs≥1.05为基本稳定，1.05＞Fs≥1.0为欠稳定，Fs＜1.0为不稳定［4］。

从表2的计算结果看，在不同工况下Fs为0.841～1.045，该滑坡为不稳定状态，存在局部潜在滑动模式。在天然工况下Fs为0.949～1.045，滑坡体为欠稳定状态；在暴雨饱和工况下Fs为0.841～0.968，滑坡体处于不稳定状态；3-3′剖面在暴雨饱和工况下稳定系数最小，该面为潜在最不稳定滑面。

根据对滑坡稳定性评价认为，滑坡体在天然状态下处于欠稳定状态，在饱和工况条件下处于不稳定状态，总体来说A井场滑坡地质灾害现状处于欠稳定状态。未来滑坡受暴雨影响较大，若遇雨季连续降雨，洪流暴涨，滑坡体受暴雨冲刷易失稳破坏，产生滑坡，对井场内装置、施工机具及人员安全构成威胁，造成的直接及间接经济损失巨大，故需要提出滑坡综合治理方案，采取相应措施提前整治。

3 A井滑坡治理方案

3.1 设计思路

根据以上分析，滑坡自身稳定性差，为从整体上提高A井滑坡的稳定性，可采用分层综合治理的方法。

1）阻断进入边坡的水体：对于边坡上方及两侧地表水主要采取“截断”的措施，对于坡面上大气降水主要采取“封闭”的措施。

2）削方减载：根据现场地形及勘测资料对滑坡体进行削方减载，减少滑体体积。

3）锚杆及锚索框架梁主动支护：由于边坡内土层主要为碎块石土，自身稳定性差，因此采用锚杆框架梁以稳固坡脚及第一级边坡，边坡中部采用锚索框架梁支护，增强其稳定性，进而达到促进边坡稳定的目的。

4）重力式路堑挡土墙：根据滑坡剩余推力计算结果可知，滑坡前缘较稳定，挡土墙能有效抵挡前缘较小推力，起到稳固作用。

5）生物工程：在锚杆及锚索框架梁隔构内喷播植草，防止大气降水冲刷坡面，对坡体起到稳固护坡作用。

3.2 具体方案

根据场地工程地质条件，将A井滑坡按照高程由低至高划分为五级边坡，从高程最高一级边坡（第五级边坡）开始开挖，开挖一级加固一级，坡面清方采用人工清方的自上而下分级分段开挖方式进行，清理后的坡比为1∶1.5～1∶2。第一级边坡坡脚处设置4 m高重力式路堑挡土墙。墙顶第二、三、四级边坡采用锚索框架梁内喷播植草护坡防护，锚索间距3.5 m呈正方形布置，锚索长18～24 m，其余边坡采用锚杆框架梁内喷播植草护坡防护，锚杆间距3.5 m，呈正方形布置，锚杆长10 m。滑坡开挖边坡线外5 m设置矩形天沟，将坡顶部天沟水截断排入下方公路边沟内。边坡各级采用M7.5浆砌片石封闭，并设置截水沟，截水沟中水接入天沟内，每级框架梁均设置截水缘。

3.2.1 锚杆及锚索框架梁加固

锚杆框架梁加固适用于地形较陡，横向基岩不深的中浅层滑坡，锚固力要求不高的小吨位锚固工程，这均符合A井滑坡的地貌地形及岩层特性。锚杆的使用对加固土层起到加筋作用，同时通过锚杆使框架梁结构与地层连锁在一起，形成一个共同作用体系，增强了地层的强度，改善了地层的力学性能，能有效调用和提高岩土自身强度和自稳能力［5］。

考虑到地层岩性以及地质构造，如果单独使用预应力锚索进行边坡加固，锚索拉力过大会引起表层坡体的变形，甚至破坏，而坡体过大的变形又会导致锚索预应力的损失。预应力锚索框架作为一种轻型支挡结构,可以适应一定规模的各种地层岩性的边坡病害整治工程的要求。将预应力锚索与框架梁结合，贴于坡面的钢筋混凝土框架由于土拱效应对边坡体表层岩土起框箍作用，限制表层岩土变形和破坏［6］。采用锚杆及锚索框架梁还具有便于动态设计，施工简易，结构轻便，可靠性高，经济实用的特点。

3.2.2 削方减载

根据现场地形及勘测报告可知，A井滑坡滑动面土体上陡（重）下缓（轻），为推移式滑坡，且滑坡后缘及两侧有明显的边界。削方减载对于潜在变形面(滑动面)为上陡下缓的推移式滑动边坡在坡顶进行减荷和在下部阻滑段的压脚具有明显的支护效果。由于开挖扰动时，应力释放及地下水朝开挖面溢出产生的渗透压力等作用，易导致周边土体的牵动，产生新的变形体坡面，因此人工开挖时，要尽量把临近坡面的顺倾坡外的陡倾结构面切割的岩块清除，以免形成局部失稳，削方过程中要根据坡体实际情况，采用合适的开挖坡率，避免形成新的高边坡，开挖坡面的形态要与周围的环境协调［7］。

3.2.3 截排水措施

结合A井滑坡地形地貌特征及区域构造特性，滑坡区地表水、地下水较多，且受自然降水影响较大，滑坡界限固定，牵引范围不大，适合对边坡上方及两侧的地表水采取“截断”的措施：将水引入下方改移公路排水沟中，对地表水进行阻断，避免地表水冲刷浸润边坡。对于坡面上大气降水主要采取“封闭”的措施：将大气降水与地下水间进行有效“阻隔”，减轻地下水对岩土体的潜蚀软化作用，降低其抗剪强度,避免对岩土体进一步破坏。

3.2.4 挡土墙

挡土墙依靠墙身自重来平衡土压力，承受侧向压力，防止土坡坍塌。通常挡土墙是在缺乏使边坡延伸到足够长度空间的情况下使用，常用于基岩埋藏浅、滑动面浅的浅层滑坡，如A井场这样的浅层滑坡的坡脚处。在设计中还要考虑挡土墙本身的稳定性，在特殊情况下，一座重力式路堑挡土墙可能还不够，有必要采用多道挡土墙或是多道扶壁来满足其稳定性。

4 结束语

1）以A井滑坡为研究对象，通过资料采集和野外勘察，分析滑坡成因机制，进行滑坡稳定性评价，预测滑坡发展趋势，并结合A井滑坡实际，提出适合该滑坡的治理方案。

2）每一种滑坡的治理措施都有其对应的使用范围及特点，整治前必须搞清楚斜坡变形的规律和边界条件。变形破坏规律不同，处理方案及相应处理措施也不同，要根据斜坡变形的规律大小采取相应的措施［8］。

3）治理滑坡要因地制宜，要把“方案优化、经济合理、技术可行、不留后患”作为滑坡防治的总体方针，早预防、早治理，加强防滑措施的维护与保养，将滑坡治理的措施落到实处，最大程度减少地质灾害发生及其影响。