论文部分内容阅读
摘 要： 本文通过一个工程实例，分析了白水河高位滑坡灾害链情况，介绍了采用微型组合桩进行抢险治理的思路和方法。工程实践表明，微型组合桩具有施工高效快捷安全的优点，在交通运输条件受限的高位滑坡处置中，取得了成功，可供类似项目设计时参考。
关键词： 白水河； 高位滑坡； 稳定系数
1. 引言
高位滑坡危险区范围大，除滑坡体上的人员、房屋等外，因滑坡从高位滑出后，可沿陡峭斜坡产生高速下滑，滑体物质又铲刮和携带下部斜坡表层较松散物质产生大落距运移，直接产生较大危害。高位滑坡一旦初期启动后，往往形成高陡临空面，进一步牵引其后坡体形成牵引式滑坡，若不及时处置，将发生更大规模、更大危害的灾害链。因为地形地貌、交通等各种因数制约，处置的难度和时效限制受到较大制约，在选择处置方案时，通常无条件短期内进行一次性治理，常规办法也会受到局限。本文以四川省宁南县白水河滑坡为例，介绍在滑坡初期启动后的抢险治理中，选用微型组合桩的做法和效果。
2. 白水河滑坡特征及危害
2.1 滑坡基本特征
该滑坡地处横断山东北部、青藏高原东南边缘，北东为大凉山余脉，西及西南为鲁南山东坡，两山之间形成一条由西北向东南倾斜的横沟，即黑水河谷。两岸整体陡峭，30°～52°，局部地段平缓，18°～25°，呈现陡缓相交的地形地貌特征，在陡缓地形变化一带，形成滑坡，该滑坡位于黑水河右岸，地形总体上为深切割构造侵蚀中-高山地形，地形陡峻，受构造及岩性控制，地形临空条件发育。滑坡后缘的绝对高程2000m左右，前缘剪出口高程1615m，坡下黑水河高程约为1076m，为一典型的高位滑坡。滑坡区地处则木河断裂以及高陡边坡，滑床基岩节理裂隙发育，强风化层较厚，钻探岩芯较破碎。滑体物质主要为碎石及夹岩屑碎石土，稍湿，稍密，碎石成分主要为砂岩和泥岩，滑带物质为基覆界面处灰黄、黄色、褐黄色夹含黏性土角砾，滑床为灰白、灰绿、褐黄色砂岩、紫红色泥质砂岩、页岩互层，滑体前沿厚度18m～25m。
2012年6月28日发生初次滑动，部分滑坡物质高位剪出后堵断其下方公路。2012年8月16日，持续3天暴雨后滑坡前缘发生二次大规模的滑动，滑体物质又铲刮和携带下部斜坡表层较松散物质做大落距运移，造成过往人员死亡2人、失踪3人，公路阻断长达600余米，堵塞坡角河道长100余米，河水位上涨近4米，河水断流近3个小时，阻断交通15天。滑坡剪出后在其下部坡体形成坡面碎屑流，在河谷形成不稳定堆积体，经测算，两次剪出滑落的滑体体积共约87.0×104m3（见照片1、2）。后部坡体变形严重，坡体发育有明显的多级错距明显的圆弧形错坎，最高下错高度达4m，还发育大量拉裂缝。根据变形特征，可将剩余滑坡划分为三个区：1区为强烈区，受前缘滑坡下滑的牵引变形严重，形成4m高错坎和深大裂缝，极不稳定；2区为中等变形区，产生了大量的变形拉张裂缝；3区为一般变形区，仅少数变形裂缝产生。其对应滑体体积分别为54.0×104m3、107.5×104m3和14.7×104m3（详见图1、图2）。勘察结论认为滑坡整体稳定状态相对较好，天然状态稳定系数1.09，暴雨和天然+地震状态稳定系数分别为1.01和0.99，将出现失稳；滑坡I区在天然状态下处于临界平衡，稳定系数1.02，暴雨状态和天然+地震状态稳定系数分别为0.97、0.94，将失稳下滑。如果1区失稳下滑后，将进一步牵引滑坡2、3区，使其稳定性进一步降低，在暴雨状态下也将会失稳。
2.2 滑坡危害
2012年灾情发生后，在滑坡体上变形区仍然有14户70余口人居住，为直接危害对象。
根据调查分析“8.16”滑坡滑动后堵江情况，依据现有地形剖面对后期堵塞河道情况进行估算分析其他危害情况。
2.2.1 滑坡区河流堵江的最小土石方估计
按照下列公式Vmin=L·Hr·Br-Hr2·Br（1/2tg14°+1/2tgφ）
当坝底宽是坝高的8～10倍，如果取L=9Hr，则上式可简化为
Vmin=Hr2·Br（7-0.5ctgφ）
式中：河床宽度为Br ；河水平均深度为Hr ；河床纵向坡降角为β，一般情况河床坡降β较小，在距离较短时可近似视为水平，即β=0。一般天然堆石坝上游坝体较陡，其坡度应满足滑体物质堵江的饱水内摩擦角φ ，下游的坡角可以采用堵江物质发生水石流的起始坡度，一般取14°，坝底宽度为L。
通过上述公式可以计算出本滑坡后期完全堵江所需要的最小土石方量12.2×104m3。
由于滑坡前缘的黑水河经过2012年堵江之后河道狭窄，而滑坡稳定性较低，在暴雨或地震条件下1区54×104m3滑体将失稳，满足河段发生完全堵江所需的最小方量。
2.2.2滑坡区河流堵江高度预测
①经验公式法：采用黄润秋、王士天等依据32个滑坡失稳堵江资料的总结得出天然堆石坝的体积Vd和坝高Hd的经验关系式：
（相关系数r=0.8736）
计算得出该滑坡失稳后的堵江高度分别为1区失稳堵江高度16.93m，1+2區失稳堵江高度47.86m。
②形态法：根据可能的滑动的区块，参照滑坡前期启动的堵河特征，分别计算堵塞黑水河的高度分别为1区失稳堵江高度14.3m，1+2区失稳堵江高度41.2m。
2.2.3 滑坡区河流堵江回淤高度预测
按照上述滑坡不同分块滑动导致的堵河高度，结合河道纵剖面坡降，得到不同堵河高度下的回淤回水对上游重要建筑及人口密集区回水高度如下：
白水河滑坡不同区块下滑造成回水深度统计表
[滑坡区块＼&白水河电站回水高度（m）＼&大河坝集镇回水高度（m）＼&1＼&11.65＼&＼&1+2＼&38.55＼&17.79＼&] 2.2.4 滑坡威胁对象分析
通过堵河计算，参照目前的黑水河河面坡度，堰塞湖的回水长度会危及坝体上游约2502.02m～8611.66m的范围，将淹没上游距离滑坡点只有200米普格县白水河电站、距离1000米的公德房电站，两座电站总投资1.6亿元、装机容量1.66万千瓦、有从业人员110人。同时，严重威胁距离滑坡点只有3000米的大河坝普格县花山乡建设村、大坪乡底古村、普基镇红军树村村民共108户800人、2000多万元的生命财产安全。
考虑到堵江后可能完全溃坝，洪峰影响长度约7.6km～23.9km，根据溃坝影响长度，下游区的主要威胁对象有：一是直接威胁滑坡点下游约1500米的上游村8组实施集农村改造和地质灾害避让搬迁安置为一体的新建上游新村，涉及45户230人财产1500万元。二是威胁下游约10公里的松新镇安全。松新镇属宁南县第二大集镇，目前松新镇五一村下坝的白鹤滩电站移民安置暨新农村综合体正在建设中，该新区一旦建成将涉及15300人的生命财产。
其他还存在坡面滚石和坡面泥石流两种危害方式。因此，该滑坡将会产生一系列灾害链，必须立即处置。
3. 应急抢险治理
3.1 应急抢险的紧迫性和必要性
由于滑坡特别是在1区54万方天然状况处于临界平衡状态，暴雨时将失稳下滑，对黑水河将堵江，形成较大的灾害链，因项目程序等诸多原因，勘察结束时已至2013年4月底，6月中旬即将进入主汛期，如果按照常规程序进行施工图设计、财政评审、招投标等，2013年汛期将无法安全度汛，为此分两步进行治理，即应急抢险治理+综合治理。抢险治理目标是确保2013年汛期滑坡不产生较大规模滑动造成堵江形成灾害链，同时尽量保障宁南县唯一的出县通道的基本畅通；汛期后再进行彻底整治的综合治理；应急治理要与后期综合治理相结合考虑。
3.2 应急抢险总体方案选择
应急抢险治理工程的总体方案如下：由于汛期临近，抢险治理工程要以最快速度在45天内有效发挥作用，因此选择方案时应以施工快捷为首选；鉴于滑坡位置交通运输条件很差，传统人工挖孔抗滑桩既不能满足工期要求，也存在施工安全隐患，而滑坡体又为松散土层、表面坡度较缓，锚索锚杆方案效果和发挥效果的时间也受到限制；经比较最终主体工程选择微型组合桩（钢管桩）对强烈变形的滑坡Ⅰ区进行支挡，尽可能将滑坡物质拦挡于坡顶，在下部滑坡堆积区上设分流槽，将滑坡体下滑物质和斜坡上堆积形成的坡面碎屑物质产生碎屑流时向堆积区两侧分流堆积，减少滑坡物质对黑水河主河道的淤积。另外在滑坡体外围设一道截水沟，在滑坡体内设两条排水沟，封闭滑坡体内的裂缝，防止地表水的下渗，以提高滑坡的稳定性。
在滑坡前缘设置钢管桩可支挡滑坡体物质约为33×104m3，未进行支挡的樁前滑坡体物质方量为21×104方；在下部堆积区设“V”型分流槽，槽宽10m，建成后的分流槽可向两侧分流滑坡物质约10×104m3，分流槽本身可停淤约5.4×104m3。考虑滑坡中部碎屑残留体形成坡泥石流20年一遇冲出量固体物质为0.44×104方，入河放量仅有6×104m3不会造成堵江，可达到防治目标。
3.3 主体工程设计
3.3.1 平面布置
微型组合钢管桩布置分两组，由于滑坡前沿比较破碎、稳定性很差，为保证施工安全，第一组钢管桩距滑坡前缘为15m，第二组钢管桩距第一组钢管桩10m，两组间距是考虑后期综合治理时，可能将在两组桩之间实施人工挖孔抗滑桩。在主滑方向推力最大段达745kN每组钢管桩均设为三排桩，推力较小部位后面1组设2排桩，两侧方设1组钢管根。钢管桩按梅花形布置，桩距、排距均为1.5m。
3.3.2 桩身构造
钢管桩成桩孔径取250mm，采用气动潜孔锤成孔，跟管管径245mm，成孔后内下Φ168δ8无缝钢管，钢管连接采用内帮外焊连接，钢管内外进行注浆作为钢管的保护层。嵌固端长度根据经验，嵌固段不少于桩长的1/4，该滑体由于滑体厚度大按1/3计。滑体厚18m～25m，嵌固端分别取10m～13m。桩长分别为A型桩长28m、B型钢管桩长32m、C型钢管桩长38m。
3.3.3 联系梁
为将钢管桩连成整体，在桩顶部布置纵横及斜向的联系梁，梁的宽度为370mm，高度为440mm，桩伸入梁内400mm。
4. 结语
（1）白水河高位滑坡为一牵引式滑坡，其滑动破坏将形成灾害链，危害非常大，为安全度汛按抢险治理和综合治理分两步进行十分必要。
（2）钢管桩施工采用气动潜孔锤成孔，施工速度快、安全性较高、无施工用水对滑坡的不利影响，且可以众多设备同时作业，能较快发挥治理效果，是应急抢险治理工程较好的选择手段之一。
（3）对于滑体厚度达18m～25m且临空面较陡，不稳定的滑坡采用微型组合桩支档，尚无成熟经验可借鉴，常规计算往往存在诸多的不满足，设计时应充分分析和综合判断。同时，尚应考虑到灌浆后对滑带土体力学性能的增强作用。
（4）抢险治理的微型组合桩既是临时措施，又可永临结合作为永久治理工程的一部分，避免了仅作为临时措施造成的浪费。
（5）该滑坡抢险治理后，经历了两个水文年均保证了很好的抢险治理效果。
致谢
本项目应急抢险治理设计过程中，得到了蒋忠信等专家的大力指导和帮助，在此表示衷心感谢。
关键词： 白水河； 高位滑坡； 稳定系数
1. 引言
高位滑坡危险区范围大，除滑坡体上的人员、房屋等外，因滑坡从高位滑出后，可沿陡峭斜坡产生高速下滑，滑体物质又铲刮和携带下部斜坡表层较松散物质产生大落距运移，直接产生较大危害。高位滑坡一旦初期启动后，往往形成高陡临空面，进一步牵引其后坡体形成牵引式滑坡，若不及时处置，将发生更大规模、更大危害的灾害链。因为地形地貌、交通等各种因数制约，处置的难度和时效限制受到较大制约，在选择处置方案时，通常无条件短期内进行一次性治理，常规办法也会受到局限。本文以四川省宁南县白水河滑坡为例，介绍在滑坡初期启动后的抢险治理中，选用微型组合桩的做法和效果。
2. 白水河滑坡特征及危害
2.1 滑坡基本特征
该滑坡地处横断山东北部、青藏高原东南边缘，北东为大凉山余脉，西及西南为鲁南山东坡，两山之间形成一条由西北向东南倾斜的横沟，即黑水河谷。两岸整体陡峭，30°～52°，局部地段平缓，18°～25°，呈现陡缓相交的地形地貌特征，在陡缓地形变化一带，形成滑坡，该滑坡位于黑水河右岸，地形总体上为深切割构造侵蚀中-高山地形，地形陡峻，受构造及岩性控制，地形临空条件发育。滑坡后缘的绝对高程2000m左右，前缘剪出口高程1615m，坡下黑水河高程约为1076m，为一典型的高位滑坡。滑坡区地处则木河断裂以及高陡边坡，滑床基岩节理裂隙发育，强风化层较厚，钻探岩芯较破碎。滑体物质主要为碎石及夹岩屑碎石土，稍湿，稍密，碎石成分主要为砂岩和泥岩，滑带物质为基覆界面处灰黄、黄色、褐黄色夹含黏性土角砾，滑床为灰白、灰绿、褐黄色砂岩、紫红色泥质砂岩、页岩互层，滑体前沿厚度18m～25m。
2012年6月28日发生初次滑动，部分滑坡物质高位剪出后堵断其下方公路。2012年8月16日，持续3天暴雨后滑坡前缘发生二次大规模的滑动，滑体物质又铲刮和携带下部斜坡表层较松散物质做大落距运移，造成过往人员死亡2人、失踪3人，公路阻断长达600余米，堵塞坡角河道长100余米，河水位上涨近4米，河水断流近3个小时，阻断交通15天。滑坡剪出后在其下部坡体形成坡面碎屑流，在河谷形成不稳定堆积体，经测算，两次剪出滑落的滑体体积共约87.0×104m3（见照片1、2）。后部坡体变形严重，坡体发育有明显的多级错距明显的圆弧形错坎，最高下错高度达4m，还发育大量拉裂缝。根据变形特征，可将剩余滑坡划分为三个区：1区为强烈区，受前缘滑坡下滑的牵引变形严重，形成4m高错坎和深大裂缝，极不稳定；2区为中等变形区，产生了大量的变形拉张裂缝；3区为一般变形区，仅少数变形裂缝产生。其对应滑体体积分别为54.0×104m3、107.5×104m3和14.7×104m3（详见图1、图2）。勘察结论认为滑坡整体稳定状态相对较好，天然状态稳定系数1.09，暴雨和天然+地震状态稳定系数分别为1.01和0.99，将出现失稳；滑坡I区在天然状态下处于临界平衡，稳定系数1.02，暴雨状态和天然+地震状态稳定系数分别为0.97、0.94，将失稳下滑。如果1区失稳下滑后，将进一步牵引滑坡2、3区，使其稳定性进一步降低，在暴雨状态下也将会失稳。
2.2 滑坡危害
2012年灾情发生后，在滑坡体上变形区仍然有14户70余口人居住，为直接危害对象。
根据调查分析“8.16”滑坡滑动后堵江情况，依据现有地形剖面对后期堵塞河道情况进行估算分析其他危害情况。
2.2.1 滑坡区河流堵江的最小土石方估计
按照下列公式Vmin=L·Hr·Br-Hr2·Br（1/2tg14°+1/2tgφ）
当坝底宽是坝高的8～10倍，如果取L=9Hr，则上式可简化为
Vmin=Hr2·Br（7-0.5ctgφ）
式中：河床宽度为Br ；河水平均深度为Hr ；河床纵向坡降角为β，一般情况河床坡降β较小，在距离较短时可近似视为水平，即β=0。一般天然堆石坝上游坝体较陡，其坡度应满足滑体物质堵江的饱水内摩擦角φ ，下游的坡角可以采用堵江物质发生水石流的起始坡度，一般取14°，坝底宽度为L。
通过上述公式可以计算出本滑坡后期完全堵江所需要的最小土石方量12.2×104m3。
由于滑坡前缘的黑水河经过2012年堵江之后河道狭窄，而滑坡稳定性较低，在暴雨或地震条件下1区54×104m3滑体将失稳，满足河段发生完全堵江所需的最小方量。
2.2.2滑坡区河流堵江高度预测
①经验公式法：采用黄润秋、王士天等依据32个滑坡失稳堵江资料的总结得出天然堆石坝的体积Vd和坝高Hd的经验关系式：
（相关系数r=0.8736）
计算得出该滑坡失稳后的堵江高度分别为1区失稳堵江高度16.93m，1+2區失稳堵江高度47.86m。
②形态法：根据可能的滑动的区块，参照滑坡前期启动的堵河特征，分别计算堵塞黑水河的高度分别为1区失稳堵江高度14.3m，1+2区失稳堵江高度41.2m。
2.2.3 滑坡区河流堵江回淤高度预测
按照上述滑坡不同分块滑动导致的堵河高度，结合河道纵剖面坡降，得到不同堵河高度下的回淤回水对上游重要建筑及人口密集区回水高度如下：
白水河滑坡不同区块下滑造成回水深度统计表
[滑坡区块＼&白水河电站回水高度（m）＼&大河坝集镇回水高度（m）＼&1＼&11.65＼&＼&1+2＼&38.55＼&17.79＼&] 2.2.4 滑坡威胁对象分析
通过堵河计算，参照目前的黑水河河面坡度，堰塞湖的回水长度会危及坝体上游约2502.02m～8611.66m的范围，将淹没上游距离滑坡点只有200米普格县白水河电站、距离1000米的公德房电站，两座电站总投资1.6亿元、装机容量1.66万千瓦、有从业人员110人。同时，严重威胁距离滑坡点只有3000米的大河坝普格县花山乡建设村、大坪乡底古村、普基镇红军树村村民共108户800人、2000多万元的生命财产安全。
考虑到堵江后可能完全溃坝，洪峰影响长度约7.6km～23.9km，根据溃坝影响长度，下游区的主要威胁对象有：一是直接威胁滑坡点下游约1500米的上游村8组实施集农村改造和地质灾害避让搬迁安置为一体的新建上游新村，涉及45户230人财产1500万元。二是威胁下游约10公里的松新镇安全。松新镇属宁南县第二大集镇，目前松新镇五一村下坝的白鹤滩电站移民安置暨新农村综合体正在建设中，该新区一旦建成将涉及15300人的生命财产。
其他还存在坡面滚石和坡面泥石流两种危害方式。因此，该滑坡将会产生一系列灾害链，必须立即处置。
3. 应急抢险治理
3.1 应急抢险的紧迫性和必要性
由于滑坡特别是在1区54万方天然状况处于临界平衡状态，暴雨时将失稳下滑，对黑水河将堵江，形成较大的灾害链，因项目程序等诸多原因，勘察结束时已至2013年4月底，6月中旬即将进入主汛期，如果按照常规程序进行施工图设计、财政评审、招投标等，2013年汛期将无法安全度汛，为此分两步进行治理，即应急抢险治理+综合治理。抢险治理目标是确保2013年汛期滑坡不产生较大规模滑动造成堵江形成灾害链，同时尽量保障宁南县唯一的出县通道的基本畅通；汛期后再进行彻底整治的综合治理；应急治理要与后期综合治理相结合考虑。
3.2 应急抢险总体方案选择
应急抢险治理工程的总体方案如下：由于汛期临近，抢险治理工程要以最快速度在45天内有效发挥作用，因此选择方案时应以施工快捷为首选；鉴于滑坡位置交通运输条件很差，传统人工挖孔抗滑桩既不能满足工期要求，也存在施工安全隐患，而滑坡体又为松散土层、表面坡度较缓，锚索锚杆方案效果和发挥效果的时间也受到限制；经比较最终主体工程选择微型组合桩（钢管桩）对强烈变形的滑坡Ⅰ区进行支挡，尽可能将滑坡物质拦挡于坡顶，在下部滑坡堆积区上设分流槽，将滑坡体下滑物质和斜坡上堆积形成的坡面碎屑物质产生碎屑流时向堆积区两侧分流堆积，减少滑坡物质对黑水河主河道的淤积。另外在滑坡体外围设一道截水沟，在滑坡体内设两条排水沟，封闭滑坡体内的裂缝，防止地表水的下渗，以提高滑坡的稳定性。
在滑坡前缘设置钢管桩可支挡滑坡体物质约为33×104m3，未进行支挡的樁前滑坡体物质方量为21×104方；在下部堆积区设“V”型分流槽，槽宽10m，建成后的分流槽可向两侧分流滑坡物质约10×104m3，分流槽本身可停淤约5.4×104m3。考虑滑坡中部碎屑残留体形成坡泥石流20年一遇冲出量固体物质为0.44×104方，入河放量仅有6×104m3不会造成堵江，可达到防治目标。
3.3 主体工程设计
3.3.1 平面布置
微型组合钢管桩布置分两组，由于滑坡前沿比较破碎、稳定性很差，为保证施工安全，第一组钢管桩距滑坡前缘为15m，第二组钢管桩距第一组钢管桩10m，两组间距是考虑后期综合治理时，可能将在两组桩之间实施人工挖孔抗滑桩。在主滑方向推力最大段达745kN每组钢管桩均设为三排桩，推力较小部位后面1组设2排桩，两侧方设1组钢管根。钢管桩按梅花形布置，桩距、排距均为1.5m。
3.3.2 桩身构造
钢管桩成桩孔径取250mm，采用气动潜孔锤成孔，跟管管径245mm，成孔后内下Φ168δ8无缝钢管，钢管连接采用内帮外焊连接，钢管内外进行注浆作为钢管的保护层。嵌固端长度根据经验，嵌固段不少于桩长的1/4，该滑体由于滑体厚度大按1/3计。滑体厚18m～25m，嵌固端分别取10m～13m。桩长分别为A型桩长28m、B型钢管桩长32m、C型钢管桩长38m。
3.3.3 联系梁
为将钢管桩连成整体，在桩顶部布置纵横及斜向的联系梁，梁的宽度为370mm，高度为440mm，桩伸入梁内400mm。
4. 结语
（1）白水河高位滑坡为一牵引式滑坡，其滑动破坏将形成灾害链，危害非常大，为安全度汛按抢险治理和综合治理分两步进行十分必要。
（2）钢管桩施工采用气动潜孔锤成孔，施工速度快、安全性较高、无施工用水对滑坡的不利影响，且可以众多设备同时作业，能较快发挥治理效果，是应急抢险治理工程较好的选择手段之一。
（3）对于滑体厚度达18m～25m且临空面较陡，不稳定的滑坡采用微型组合桩支档，尚无成熟经验可借鉴，常规计算往往存在诸多的不满足，设计时应充分分析和综合判断。同时，尚应考虑到灌浆后对滑带土体力学性能的增强作用。
（4）抢险治理的微型组合桩既是临时措施，又可永临结合作为永久治理工程的一部分，避免了仅作为临时措施造成的浪费。
（5）该滑坡抢险治理后，经历了两个水文年均保证了很好的抢险治理效果。
致谢
本项目应急抢险治理设计过程中，得到了蒋忠信等专家的大力指导和帮助，在此表示衷心感谢。