库岸滑坡成因分析及治理方案

高 骏，张有文，陈金辉，范 涛，纪 鹏

(1.红河州水利水电工程建设质量与安全监督站，云南 蒙自 661100；2.红河州水利水电工程地质勘察咨询规划研究院，云南 蒙自 661100)

1 概述

滑坡是指在重力或其他荷载的作用下，地质体沿着地质软弱面向下向外滑动的现象，它是水库主要地质灾害类型之一[1]，其治理工程是复杂的岩土工程问题[2]。滑坡发育主要受控于滑坡所处地质环境，如气象水文、地形地貌、地层岩性、地质构造等，其产生往往是所处地质环境与外界诱发条件共同作用的结果[3]。滑坡会对水库造成极大危害：如滑坡体滑入库盆，将直接威胁水工建筑物安全，堵塞输水隧洞建筑物；产生的巨大涌浪将对大坝形成巨大的冲击荷载，甚至漫顶导致溃坝，其危害不容忽视。库区一旦发生滑坡地质灾害，必须采取适当工程措施进行处理。

2 工程概况

2.1 工程简介

云南省元阳县东观音山水库为分区土石坝，正常蓄水位高程1937.00m，总库容约168.42万m3，为小(1)型水库，最大坝高42m。人工开挖引起库岸三处滑坡：HP1(左岸)滑坡体长约167m，宽约101m，堆积物厚约10～15m，滑坡体方量约11.8万m3，为中型中层滑坡；HP2(中部)滑坡体长约224m，宽约166m，堆积物厚约5～17m，滑坡体方量约13.3万m3，为中型中层滑坡；HP3(右岸)滑坡体长约90m，宽约58m，堆积物厚约3～13m，滑坡体方量约2万m3，为小型中层滑坡。滑坡危及水库施工及蓄水安全，对其进行综合治理刻不容缓。

本着经济、安全及减少环境影响的原则，HP1滑坡采用开挖削坡+回填压脚进行治理，HP3滑坡采用回填夯实土方+回填压脚进行治理[5]，二者施工工艺较为简单，下文仅对HP2(中部)滑坡治理进行详述。

2.2 工程地质条件

库区属于河流侵蚀低中山河谷地貌，地势东南高西北低，坝址河底标高介于1878.23～1960.41m之间，相对高差40～160m。河谷较为狭窄，为“V”形谷，最宽达44.0m，最窄约2.0m。河床多被第四系土层堆积覆盖，其厚度一般在1.0～5.0m间，两岸山坡坡度多为25～55°。库区无区域性断层及规模较大的褶皱构造，岩层倾向北东，走向大体顺河道，产状为265～81°∠4～16°。坝区节理裂隙较发育，按产状可分为三组：306～321°∠68～81°、175～190°∠72～88°、165～175°∠72～80°，其延伸性较差，延伸长度多为1.0～2.0m[4]。

根据滑坡地质勘查，相关岩土体物理力学参数取值见表1[5]。

表1 东观音山水库滑坡区物理力学指标建议值表

2.3 滑坡产生的原因分析

根据山体边坡结构特征及岩土体工程性质分析及现场勘查，导致HP2滑坡产生的影响因素分析如下：

(1)岩土体工程性质及构造影响。①片麻岩(基岩)与花岗岩(脉状)交错分布，高含量云母(28%～61%)导致岩土体强度降低；②岩土体风化强烈，工程力学性质较差。全风化深度5～17m，粉粒含量20%～35%，细砂含量30%～37%，粘粒含量少于8%，其余部分主要为砂粒含量；强风化厚度10～18m，主要由砂粒及砾粒组成，含少量粉粒及碎石；③岩体节理裂隙发育，节理面云母富集；④存在泥化条带软弱夹层。

(2)水文地质条件。工程区位于河谷，滑坡体的两壁地形较高，其地下水集中向滑坡区排泄，钻孔地下水位较高，勘查孔地下水位距地表2～7m，全风化层基本处于饱和状态，物理力学性质降低；滑坡体后缘见一下降泉点。

(3)气象因素。降雨强度越大，在停雨时刻土层的孔隙水压力越大，基质吸力越小，使得边坡有效应力减小，降低了边坡的稳定性，边坡的失稳概率不断增大[10]。工程区内雨量充沛，多年平均降雨量2353.8mm，日最大降雨量169.3mm，雨季(5—10月)降水量968mm，占全年71.5%。该滑坡发生于雨季，气象条件为诱发滑坡因素之一。

(4)开挖方式。施工取料时采取自下而上开挖且未分平台，形成较高陡土质边坡，加之未采取有效截排水措施，改变了山体应力平衡条件，减小了山体斜坡的稳定性。

综上所述，导致HP2滑坡产生的内因是岩土体工程性质、内部构造、水文地质条件；滑坡破坏机制为剪切-滑移破坏，结构面临空，坡脚全强风化岩层被切断，或坡脚岩层挤压剪切。错误的开挖方式是滑坡产生的主要外因；诱发因素是气象因素。

3 滑坡体特征及稳定性计算

3.1 滑坡体特征

HP2(中部)滑坡主滑方向约为258°，长约224m，宽约166m，滑面呈弧形，后缘滑面较陡，坡度36～60°，前缘较平滑，坡度8～17°，堆积物厚约5～17m，堆积方量约13.3万m3，为中型中层滑坡。滑坡堆积物主要为全风化基岩及第四系残坡积土，其颗粒主要由粉粒及细砂组成(粉粒含量20%～35%，细砂含量30%～37%)，粘粒含量少于8%，其余部分主要为砂粒含量。按SL 386—2007《水利水电工程边坡设计规范》第3.2.2条、3.2.3条的规定，东观音山水库为小(1)型水库，主要建筑物为4级，库岸边坡影响大坝及输水隧洞工程，边坡级别为4级[6]。

3.2 滑坡体稳定性计算

抗滑桩桩位确定方法主要为剩余推力法，该方法综合考虑了地质条件与施工条件[7]。库区地下水位较高，土体天然状况即处于饱和状态，水平地震影响系数取a=0.10，采用河海大学软件Autobank7.0计算HP2在工况Ⅰ(饱和状态)、工况II(地震状态)下的稳定系数和剩余下滑力。根据SL 386—2007该边坡等级为4级，滑坡安全系数对应工况分别取1.1、1.05。

工况Ⅰ安全系数取1.1，稳定系数为0.98，剩余下滑力为606.08kN，滑坡体不稳定；工况II安全系数取1.05，稳定系数为0.87，滑坡体剩余下滑力为741.21kN，见表2，滑坡体不稳定。

表2 滑坡推力计算结果统计表

4 治理方案

库岸滑坡严重危及大坝、输水隧洞的安全，其治理为永久性工程，必须做到永久根治，防止滑坡体再次复活。通过现场勘察工作，了解清楚滑坡规模、特征，并及时取得必要的真实反映滑坡实际的岩土技术资料参数，进行科学的分析，确定合理的治理参数和治理措施[9]。

本着施工可行、技术可靠、经济合理的原则，综合库区地形条件、滑坡的发展状况与范围、滑坡体的剩余下滑力等因素，HP2滑坡采用削坡+截排水沟+抗滑桩，结合坡面土工布防冲刷及固坡绿化等工程措施进行综合治理[5]。如图1所示。

图1 HP2滑坡抗滑桩设计示意图

4.1 削坡工程

通过削坡减载的措施来稳定滑坡体使得其达到稳定状态是可行的[8]。减缓坡比及减载，具体为1918m高程至1938m高程位置开挖坡比为1∶4.0，坝顶高程1938m处设置15m宽平台；1938m高程至1948m高程位置开挖坡比为1∶2.5，设置6m宽平台；1948m高程至1958m高程位置开挖坡比为1∶2.5，设置3m宽平台；1958m高程以上位置开挖坡比为1∶3.0，开挖至滑坡顶。

4.2 截排水工程

边坡渗水是影响斜坡稳定的重要因素之一，为快速排出水体，边坡布置了截排水工程。在HP2滑坡外围设置截水沟，防止雨水冲刷产生新滑坡体。滑坡体开挖1938m以上设置φ75mmPVC排水管，长3m，梅花型布置，间距、排距均为3m；平台设置C20砼排水沟，排水沟断面尺寸为0.4m×0.4m。

4.3 抗滑桩工程

为防止水库蓄水引发新的滑坡，在滑坡体较为薄弱的1938m高程位置布设抗滑桩，确保滑坡体的整体稳定。根据滑坡体稳定性计算，滑坡体最危险工况为工况Ⅱ(地震工况)，故选用工况Ⅱ(地震工况)为设计工况，地震综合影响系数取0.25，建筑物抗滑稳定安全系数kc≥1.05，抗倾覆安全系数kt≥1.50。选取10-10′剖面，采用北京理正软件抗滑桩设计模块进行计算，由于滑面以下为全强风化片麻岩，故采用M法计算。抗滑桩设计抗滑力为41.21kN/m，库区中部抗滑桩里程为K0+000.00m～K0+155.00m，为单排布置，桩顶设计承台联系，单桩长10～18m，桩间距5m，共设抗滑桩32棵，总桩长466m；抗滑桩截面形状为矩形，A型抗滑桩长度为18m，B型抗滑桩长度为15m，C型抗滑桩长度为10m；截面尺寸A型抗滑桩为2.0m×2.5m，B型、C型抗滑桩为1.5m×2.0m。由于滑面以下为全强风化片麻岩，故采用M法计算，桩底自由支承，桩芯C25砼。桩井开挖从防护范围两端向主轴方向进行，隔桩开挖，及时做好锁口和护壁，保证施工安全。孔口以下分节开挖，每节开挖高度控制在2m以内并及时支护。开挖的弃渣弃出防护范围之外，桩身浇筑砼连续进行。施工中保证抗滑桩成型的设计净断面尺寸。桩与桩之间采用0.6m×0.8m钢筋砼连系梁连接，以发挥群桩效应，增加抗滑桩的稳定性。

5 工程治理效果

按照上述治理方案实施后，在其采用削坡压脚的方式后，减少了滑坡体，中上部土方量从而有效地缓解了库水位下降产生的动水压力，增加了坡脚抗滑能力[11]。HP2滑坡体在地震工况下安全系数大于1.0，符合DZ/T 0219—2006《滑坡防治工程设计与施工技术规范》的规定，表明在饱水状态下仍能保证滑坡的安全稳定。截排水沟能有效排泄雨季降雨形成的坡面径流。重视相关解决对策的科学使用，促使这类工程设计工作得以高效开展，满足水利工程设计质量可靠性方面的要求[12]。桩顶承台起到了重新分配弯矩的作用，承台的存在改变了桩悬臂受力的模式，桩身形成了超静定结构[13]，充分发挥群桩效应。滑坡体治理完工一年余，水库历经多次水位升降，最大蓄水位高程约1933.00m，最大变形监测值仅为49mm，远小于允许偏差值100mm(如图2所示)，表明地震状态下仍能保证滑坡体稳定性，综合治理效果凸显。滑坡体治理确保了水库平稳运行，有效改善了库区生态环境，库内水源达到了Ⅰ类水质标准，实现年供水量约219.74万m3，解决了约19895城镇人口、5869农村人口、1967头大牲畜、2180头小牲畜饮水问题和1695亩农田灌溉用水问题[4]，对工程、环境及社会均产生了巨大效益。

图2 完工后变形监测折线示意图

6 结语

云南省元阳县东观音山水库库区工程地质条件复杂，岩土体工程性质及内部构造、气象及水文地质条件、施工活动等多因素造成了滑坡的产生，影响施工工期约3个月。建设单位在组织设计审查阶段，应根据建设工程特点、需求等逐一进行严格审查[14]，保证工程建设顺利进行。文章鉴于篇幅有限，未对抗滑桩的详细应用及其它两滑坡体的治理措施展开介绍说明。工程实施证明了治理措施在水库滑坡治理中具有良好的可靠性，是能使库岸滑坡体达到稳定状态，为类似工程的滑坡治理积累了借鉴经验。