南京市栖霞区笆斗山滑坡稳定性分析及治理

李业兴, 钱建平, 张纪星

(1. 桂林理工大学, 广西 桂林541006; 2. 江苏省地质调查研究院, 江苏 南京210000)

笆斗山滑坡地质灾害点位于南京市栖霞区燕子矶街道太新路北侧、 蓝燕宾馆西侧, 所处位置为侵蚀堆积岗地区, 笆斗山山体整体呈北东-南西向展布, 山体主要由上更新统下蜀组粉质粘土组成。 修路建房等人类工程滑坡对笆斗山进行了不同程度的切坡, 切坡后边坡平均坡度大于45°, 局部可达70°。 近年来受强降雨影响, 笆斗山面向太新路、 蓝燕宾馆一侧的山体发生了多次滑坡灾害, 并且呈现日益加重的趋势, 滑坡导致挡土墙变形开裂、 树木倾倒, 对太新路过往行人以及车辆、 蓝燕宾馆及周边居民的安全构成严重威胁(图1), 同时也影响到笆斗山古墓葬群遗址保护工作以及坡下燕子矶街道高压1 万伏双回路输电线路太平1 号线、 2 号线正常运行的安全。 笆斗山滑坡地质灾害威胁人口多、 危害范围广、危害大, 对笆斗山滑坡地质灾害进行稳定性分析和实施工程治理十分必要而紧迫。

图1 南京市栖霞区笆斗山滑坡全貌图Fig 1. Birds's-Eye View of Badoushan Slide of Qixia Area, Nanjing

1 地质环境条件

1.1 地形地貌

笆斗山滑坡所处地貌单元属侵蚀堆积岗地, 岗地整体呈北东-南西向展布, 坡顶标高42. 8m; 坡底标高12. 6m～19. 8m, 边坡高差23. 0m～30. 2m, 边坡自然坡度20° ～45°, 后因工程建设等因素的影响,地形变化比较大, 边坡平均坡度大于45°, 局部坡度大于70°。

1.2 地层岩性

根据勘探深度范围内揭露的岩土层特征, 按其成因、 类型、 物理力学性质指标的差异划分为7 个工程地层。 各岩土层自上而下工程地质特征描述如下:

(1) 上更新统下蜀组粉质黏土: 灰黑、 灰褐色, 硬塑, 刀切面光滑, 干强度中等, 韧性中等。 土层厚度2. 0m～8. 4m, 平均厚度6. 0m。

(2) 下蜀组粉质黏土: 黄褐色, 可塑, 局部硬塑, 切面较光滑, 含少量铁锰质浸染, 干强度中等,韧性中等。 土层厚度0. 9m～8. 1m, 平均厚度4. 5m。

(3) 下蜀组粉质黏土: 黄褐色, 硬塑, 局部可塑, 切面较光滑, 含少量铁锰质浸染, 干强度中等,韧性中等。 土层厚度1. 4m～9. 0m, 平均厚度4. 1m。

(4) 下蜀组粉质黏土: 灰褐、 黄褐色, 可塑, 局部硬塑, 刀切面较光滑, 含少量铁锰质浸染, 干强度中等, 韧性中等。 土层厚度1. 0m～13. 0m, 平均厚度5. 2m。

(5) 下蜀组粉质黏土: 灰褐、 黄褐色, 硬塑, 局部可塑, 刀切面较光滑, 含少量铁锰质浸染, 干强度中等, 韧性中等。 揭露土层厚度2. 0m～11. 6m, 平均厚度7. 0m。

(6) 下蜀组黏土: 灰褐、 黄褐色, 硬塑～可塑, 局部坚硬, 刀切面光滑, 含少量铁锰质浸染, 干强度中等, 韧性中等。 揭露土层厚度2. 3m～9. 9m, 平均厚度4. 3m。

(7) 下伏基岩白垩系上统浦口组石英砂岩: 灰褐、 黄褐色, 强风化-中等风化, 厚层状, 属较软岩-较硬岩, 岩体破碎-较破碎, 岩体基本质量分级为Ⅳ-Ⅴ级。 基岩埋置深度2. 2m～25. 8m, 埋置深度变化较大。

1.3 地下水

根据地下水赋存条件, 研究区及附近地下水类型主要为松散岩类孔隙水和基岩裂隙水。

(1) 松散岩类孔隙水: 松散岩类孔隙水含水层由由上更新统粉质黏土组成, 不同地貌区的岩性、富水性及补迳排条件等表现出较大的差异。 该含水层透水性和富水性差, 单井出水量一般小于50m3/ d。地下水水位埋深1. 0m～1. 5m, 水位变化主要受大气降水和长江水位的影响, 年水位变幅一般在0. 5m ～1. 0m 间。

(2) 基岩裂隙水: 含水层主要由白垩系浦口组碎屑岩类组成, 浅部以风化裂隙水为主, 基岩出露地区风化现象较为严重; 深部风化作用逐渐减弱, 以构造裂隙水为主, 岩层构造裂隙的发育程度总体较差, 多为闭合状或被充填, 富水性较差, 单井涌水量一般小于100m3/ d; 但在构造有利部位, 特别是在断裂交汇部位, 构造裂隙发育程度较高, 连通性较好, 可能形成相对富水块段, 单井涌水量可超过100m3/ d。

1.4 人类工程活动

不稳定滑坡区位于南京市主城区, 人类工程活动对原始地形地貌的改造较强烈, 地质环境也发生了不同程度的改变。

周边人类工程活动主要表现为太新路、 蓝燕宾馆等工程建设存在的较多的切坡活动。 切坡后边坡平均坡度大于45°, 局部可达70°, 坡脚采用不同高度的重力式挡土墙进行支挡围护, 而坡面未采取有效的加固措施。

2 笆斗山滑坡灾害特征

通过现场地质灾害调查, 根据滑坡地质灾害的发育特征、 滑坡灾害的分布范围、 坡体结构以及边坡走向等特征, 研究区可分为三个不稳定边坡区域(图2), 1 号区位于研究区南部, 2 号区位于研究区东北部、 太新路西北侧, 3 号区位于研究区东北部、 蓝燕宾馆西侧。

2.1 滑坡各分区基本特征

滑坡各分区形态及边界特征:

1 号区不稳定边坡: 主要为土质滑坡地, 边坡总体地势呈北高南低, 受切坡影响, 坡度下陡上缓,前缘平均坡度约45°, 坡顶地势平坦。 潜在滑坡体总体形态呈圈椅状, 滑动方向约134°。

2 号区不稳定边坡: 为土质滑坡灾害, 边坡总体地势呈东北高西南低, 受切坡影响, 坡面较陡, 平均坡度约45°, 局部大于70°, 坡顶地势略有起伏。 潜在滑坡体总体形态呈圈椅状, 滑动方向约131°。

3 号区不稳定边坡: 为土质滑坡灾害, 边坡总体地势呈南西高北东低, 受切坡影响, 坡度下陡上缓, 前缘平均坡度约45°, 坡顶地势平坦。 潜在滑坡体总体形态呈圈椅状, 滑动方向约56°。

2.2 各分区滑坡物质组成及特征:

1 号不稳定边坡滑坡体主要由①层～⑤层粉质黏土组成, 滑动面位于粉质黏土层内部, 滑动面呈圆弧形, 滑动面平均深度5m 左右。 潜在滑坡总方量约15000m3。

2 号不稳定滑坡体主要由②层～③层粉质黏土组成, 滑动面位于粉质黏土层内部, 滑动面呈圆弧形, 滑动面平均深度5m 左右。 潜在滑坡总方量约4000m3。

3 号不稳定滑坡体主要由②层～③层粉质黏土组成, 滑动面位于粉质黏土层内部, 滑动面呈圆弧形, 滑动面平均深度5m 左右。 潜在滑坡总方量约13000m3。

2.3 边坡破坏模式分析:

通过现场调查、 钻探以及室内综合分析, 笆斗山滑坡均为牵引式土质滑坡, 坡体上部的粉质黏土层遇水后膨胀饱和, 重度增加, 强度降低, 抗滑力减弱, 导致坡体软化变形, 坡体易沿土体内部形成的贯通滑动面, 滑坡体潜在滑动面为圆弧形, 1 号区和2 号区滑坡体剪出口位于坡脚挡墙底部附近, 3 号区滑坡体剪出口位于二级挡土墙的墙顶部位。

3 边坡稳定性分析

3.1 边坡稳定性计算

研究区发育的地质灾害类型为土质滑坡, 滑动面呈圆弧形, 产生于边坡坡体内部, 根据 《滑坡防治工程勘查规范》 (GB / T32864-2016) 13. 4. 2 条, 采用毕肖普法进行稳定性评价, 可用摩根斯顿-普赖斯法等方法进行校核。 选取具有代表性1～1’ 剖面、 2～2’ 剖面、 3～3’ 剖面进行稳定性计算, 本次稳定性计算工况分为两种, 工况1: 自重工况; 工况2: 自重+暴雨工况。 根据室内试验参数统计结果, 结合勘查区周边类似滑坡的经验值, 本次稳定性计算选取参数如表1。

表1 滑坡稳定性计算参数表Tab 1. Parameter of Calculation of Slide Stability

3.2 稳定性计算结果

根据岩土体各项物理力学参数, 采用毕肖普法对滑坡的稳定性计算, 并采用摩根普莱斯法对滑坡稳定性进行校核, 计算校核结果见表2。 根据计算结果, 1-1’ 剖面在自重工况下处于稳定状态, 在自重+暴雨工况下处于基本稳定状态。 2-2’ 剖面在自重工况下处于稳定状态, 在自重+暴雨工况下处于基本稳定状态。 3-3’ 剖面在自重工况下处于稳定状态, 在自重+暴雨工况下处于不稳定状态。

表2 边坡稳定性计算结果统计表Tab 2. Calculation Result of Side Slope Stability

3.3 滑坡治理稳定性安全系数

根据受灾对象、 受灾程度等因素综合考虑, 参考 《滑坡防治工程设计与施工技术规范》 ( DZ/T0219-2006) 工程分级标准, 综合确定南京市栖霞区笆斗山滑坡地质灾害防治工程等级为II 级, 根据滑坡防治工程设计安全系数所示, 各工况下荷载组合及安全系数选取见表3。

表3 各工况下荷载组合及安全系数选取Tab 3. Various Load Assemblage and Safety Coefficient Selection

3.4 设计下滑推力

根据滑坡防治工程等级(II 级), 确定自重工况下安全系数取1. 3; 暴雨工况下安全系数取1. 15。参考规范提供的剩余下滑力的计算公式。 将各剖面稳定性及下滑推力计算成果见表4。

表4 各个断面滑坡稳定性及滑坡推力计算结果统计表Tab 4. Calculation Result of Slide Stability and Thrust of Various Section

3.5 边坡稳定性综述

笆斗山滑坡为土质滑坡, 滑坡体组成岩性主要为下蜀组粉质黏土, 下蜀组粉质黏土在降雨等不利条件下抗剪强度易下降; 地表水下渗后容易在土岩交界面汇集, 地下水一方面软化岩土体, 同时产生静水压力。 受切坡影响边坡前缘坡面较陡立, 原挡墙等支护手段已逐渐失效, 为坡体的滑动破坏提供了临空面和剪出口。 此外坡顶的建筑荷载加大了坡体的下滑力, 对坡体稳定不利。 综合考虑地层岩性、 地形地貌、 坡顶加载、 降雨等因素以及定量计算结果, 笆斗山滑坡在自重作用下处于稳定状态, 但在暴雨作用下处于不稳定～基本稳定状态。

4 滑坡工程治理设计

滑坡治理工程所采取的防治方案既要安全可靠。 结合地质灾害发育特点以及场地条件及周边相似工程的治理经验, 治理工程采用削坡减载、 锚杆格构、 截排水等措施进行地质灾害治理, 采用坡面挂网客土喷播的方式进行绿化。

(1) 削坡降坡: 1 号区治理利用机械结合人工对边坡进行削坡降坡。 2 号区治理利用人工的方式对边坡进行人工清坡, 并向东北侧边坡逐渐过渡至原始地形。

(2) 锚杆格构: 机械结合人工削坡降坡后进行人工清坡, 确保坡面平顺, 人工清坡后坡面采用锚杆格构进行加固。 锚杆均采用全长粘结式砂浆锚杆, 锚孔直径D = 130mm。 锚杆竖直向间距1. 5m, 水平向间距2. 5m。 注浆材料为水泥净浆, 水灰比0. 45～0. 5, 浆体材料不应低于30MPa; 格构梁采用井字形布置, 节点处与锚杆相焊接, 横梁、 纵梁截面尺寸均为0. 3m×0. 3m (宽×高), 地梁截面为0. 5m×0. 5m (宽×深), 顶梁尺寸为0. 5m×0. 5m (宽×深), 均采用C30 混凝土浇。

(3) 挂网客土喷播绿化: 均采用格构梁内码放堆土袋(编织袋装土) 后采用坡面挂网客土喷播的方式进行绿化。

(4) 截、 排水沟: 为减少降雨汇水对坡体的不利影响, 均在周边布设完整、 通畅的截排水系统引导降雨汇水至市政管网, 坡顶设置一道截水沟, 坡脚设置一道坡脚排水沟, 坡面设置纵向排水沟。 坡顶截水沟和坡面纵向排水沟均采用矩形断面, 宽0. 5m, 深0. 5m, 壁厚0. 2m; 坡脚现有一条浆砌块石排水沟, 损坏严重, 基本失去排水效果, 设计在原排水沟拆除的基础上, 设置一道钢筋混凝土排水沟, 采用矩形断面, 宽0. 8m, 深0. 8m, 壁厚0. 3m; 截排水沟均采用C30 钢筋混凝土结构, 每隔10m 设置一伸缩缝, 缝内填弹性较好的沥青麻丝。

(5) 挡土墙: 1 号区人行道旁挡土墙拆除后重砌, 采用M10 浆砌块石砌筑, 挡墙顶宽0. 6m, 底宽1. 12m, 墙背竖直, 墙背面向人行道, 墙胸坡比1 ∶0. 2, 墙高2. 6m, 其中基础埋深0. 6m, 地面以上高度2. 0m, 地面以上具体高度可根据实际地形作适当调整, 但基础埋深需满足0. 6m; 挡土墙墙身设置两排排水孔, 水平间距为1. 5m, 呈梅花型布置, 第一排排水孔距离地面0. 5m, 第二排排水孔距离地面1. 5m, 排水孔采用100mm 的PVC 管; 每隔10m 设置一道伸缩缝; 墙顶垛子宽0. 3m、 高0. 3m、 长0. 8m, 间距0. 8m。

5 结论

(1) 系统的解释了滑坡的形成机理: 滑坡为土质滑坡, 滑坡类型多为牵引式滑坡, 滑坡体组成岩性主要为1～6 层的下蜀组粉质黏土, 下蜀组粉质黏土在降雨等不利条件下抗剪强度急剧下降; 地表水下渗后容易在黏土与岩石交界面汇集, 地下水一方面软化岩土体, 同时产生静水压力。 受切坡影响边坡前缘坡面较陡立, 原挡墙等支护手段已逐渐失效, 为坡体的滑动破坏提供了临空面和剪出口。

(2) 通过对研究区进行用极限平衡法进行稳定性计算, 综合分析认为边坡在自重工况时处在稳定状态, 边坡在暴雨+自重工况时处在不稳定～基本稳定状态。

(3) 根据受灾对象、 受灾程度、 施工难度和稳定性评价结果等因素综合考虑, 治理措施采取削坡减载、 锚杆格构、 挂网客土喷播绿化、 截排水等方式进行滑坡地质灾害工程治理。