胥河大桥北岸边坡稳定性分析及防治措施
胥河大桥北岸边坡稳定性分析及防治措施
摘 要：在现场地质调查的基础上，分析了胥河大桥北岸边坡失稳的潜在因素，计算了边坡的稳定安全系数，得出了其沿淤泥质粘土层底面可能滑动的结论。最后，给出了相应的防治方案。
关键词：边坡；软土；边坡稳定性；稳定安全系数；防治
Abstract: Potential unstable factors of the north side of the Xuhe bridge slope are analyzed based on the on-site geological investigation, conclusions in terms of the fact that the slope will slide along the bottom of the mucky clay layer are drawn by the means of the computation of the factor of safety, and corresponding treatment measures aiming to prevent the slope from sliding are suggested at last.
Key words: slope; soft soil; slope stability; factor of safety; treatment
1 概况
胥河大桥是高望公路(双石牌～望斗墩)的一部分，位于江苏省南京市高淳县境内。胥河是固城湖的一条东西走向的支流，年水位变化幅度较大。大桥南岸边坡坡度较缓，北岸较陡，且在北岸低坡处有线状出水点及出水处，存在滑坡的极大可能性。本文的主要目的是对胥河大桥北岸边坡的稳定性进行系统的分析，并给出可行的防治方案。
2 工程地质
2.1 土层土质
由地质勘察报告可知，胥河大桥两岸揭示的土层按其成因可分为以下4层：
①层：灰黄、砖红色粘土、亚粘土和历年河道疏浚堆填土。
②层：灰色淤泥质粘土，软～流塑状态，高压缩性。该层仅分布于胥河大桥北岸边坡。
③层：褐红、灰红杂黄绿色粘土，夹铁锰质结核，少砾石，夹有灰白色条带，硬塑～坚硬状态。
④层：紫红、棕色泥岩，坚硬，厚度较大。
2.2 物理力学性指标
根据钻孔资料，上述各土层物理力学性指标如表1所示。从表中可以发现，较之于其它各土层，②层土的力学性质最差。
3 边坡失稳潜在因素
3.1 坡后加载过大
解放初期，胥河河道曾大规模疏浚，废土在坡顶堆积较厚，坡高一般均在20m以上，坡度也较陡。这样，过大的坡后加载和过陡的临空面使得岸坡在雨水的冲刷作用下极易发生塌滑。此外，由于历史上堆填土压实不够，土体中多存在架空现象，这样土体遇水极易软化，从而导致其强度降低。这种作用日积月累，将会使岸坡土体在水的作用下产生一些潜在的滑动通道或滑动面，这对岸坡的稳定性是极为不利的。
表1 土层物理力学参数
3.2 边坡土质具有膨胀性
由钻孔资料分析，胥河大桥边坡土质多为上第三系、第四系下更新统杂色粘土和具膨胀性的裂隙性粘土，且其中夹有软弱夹层，这种土是最容易形成滑坡的粘土类型之一。当该边坡因自然条件或人工活动暴露于临空，且受水软化后，上覆地层滑动的可能性就较大。
3.3 河坡无排水系统
边坡合理的排水系统可以减少渗透水压力，消除或减少水的冲刷作用。但胥河边坡无排水系统，雨水在坡面上自由流动。在河坡低凹处或裂隙发育处，雨水会汇集下来或下渗到软弱土层中，导致土体自重增加，遇水软化，强度降低。当土体的抗剪强度超过其极限抗剪强度，处于极限平衡状态时，其便会沿着地下某一滑动面滑动而失去稳定。
3.4 人为因素的影响
与胥河大桥相配套，胥河河道将再次疏浚。河坡坡脚的开挖及北坡上树木的砍伐将会导致②层淤泥质粘土处于临空状态，这将严重影响边坡的稳定性。
4 边坡稳定性分析
为对胥河大桥北岸边坡的稳定性进行快速、有效、定量的分析，进而对设计、施工提供有效的指导，因而，选用合适的计算方法至关重要。综合边坡的地质条件，拟采用瑞典条分法[1]这一最为方便、简单的方法来进行分析。该方法假设滑动面为圆弧，滑动土体为不变形的刚体，且不考虑土条间的侧向作用力。首先，对可能的滑动面进行了搜索，结果表明，这些滑面主要位于③层粘土层内。接着，对这些可能的滑动面进行了稳定性分析，计算结果显示，其稳定安全系数Fs均远大于1.0。图1为其中一个可能滑动面的计算图，滑动面圆心为O，滑动半径R=50m，安全系数Fs=3.4。因而，从计算结果可以初步判断，此边坡是稳定的。
图1 可能的滑动面
Fig. 1 Possible slide surface
不过，考虑到该边坡中还存在着一宽约15～20m，厚约4～6m的②层淤泥质粘土层，其黏聚力、内摩擦角(c=13kPa，φ=6°)较其上、下的粘土层要低很多。此外，在对河道进行再次疏浚，开挖坡脚后，河床将下降2～3m，此时，该层软土将处于临空状态，并将受到雨水的冲刷。因而，必须密切关注该边坡沿软土层底面滑动的可能性。为此，以该②层淤泥质粘土层底面为滑动面，对该边坡再次进行了稳定性计算，如图2所示。图中，拟开挖坡面为河道重新疏浚后产生的临空面，此时的滑动半径R=10m，计算所得的安全系数Fs=0.9＜1.0。因此，可以大致判断该边坡在施工期河道疏浚后，可能沿②层软弱土层底部产生滑动，边坡将处于失稳状态。
5 防治措施
根据以上分析，胥河北岸边坡在河道疏浚，开挖坡脚后将可能沿淤泥质粘土层底面发生滑移，因此必须采取相应的防治措施。在对症下药、综合治理、力求根治、以防后患、方法简便、正确施工的治理总原则[2]下，并结合已有滑坡治理的成功经验[3-5]，现提出以下3点具体处理措施：
图2 ②层软弱土层底面潜在滑动面
Fig. 2 Potential slide surface along the bottom of the soft
clay layer No. 2
5.1 地表排水
在治理胥河边坡时，应首选地表排水措施。为了不使地表水下渗到土层中，增加土的抗滑力，可采取下列措施[2]：
(1) 在边坡变形破坏体外，设置一条或多条截水沟，拦截旁引地表径流，阻止地表水渗入边坡土层中；
(2) 在边坡变形破坏体内，充分利用自然沟谷，布置成树枝状排水系统汇集旁引地表径流；
(3) 在边坡线状出水处，设置渗沟及明沟等引水工程，将水排走，以减少水对边坡的危害；
(4) 整平夯实边坡坡面，减少坑洼及裂隙，防止积水下渗；
(5) 做好边坡的植被保护。
5.2 打抗滑桩
该边坡属于淤泥质粘土层因开挖坡脚而失稳的边坡，因此，用抗滑桩加固该土层将是行之有效的办法。桩的埋深应深入到下层粘土层中，长度一般为桩长的1/3～1/4[6]。为防止桩被剪断或推弯，桩身要有足够的强度，通常用加大桩的截面和合理的配筋来解决。
5.3 保护坡面、坡脚
胥河河道疏浚后，坡脚开挖将形成新的坡面。采用表面抛石或在斜坡堆置岩块保护坡脚可以防止水的侵蚀。岩块堆砌的高度为在预计的平均高水位以上约l.0m，这样便可有效地防止水流冲刷，从而保持边坡的稳定。
6 结论与讨论
本文在现场地质调查的基础上，分析了胥河大桥北岸边坡失稳的潜在因素，计算了边坡的稳定安全系数，得出了其沿淤泥质粘土层底面可能滑动的结论，并给出了相应的防治方案。本文对边坡稳定的分析思路和方法可对类似工程提供借鉴，尤其在以下几方面应予以重点关注。
(1) 现状边坡现场的认真地质调查可从源头上发现边坡失稳的潜在隐患，有利于从宏观上分析边坡的稳定性。
(2) 尽管边坡在大范围内是稳定的，但若边坡土体中存在着软弱夹层，必须特别留意其对边坡稳定性的影响。
(3) 人工活动(如开挖坡面、坡后加载等)是影响边坡稳定的不容忽视的重要因素。若其将导致边坡失稳，应当采取适当的措施保证边坡的稳定。
参考文献
[1] 钱家欢. 土力学[M]. 第二版. 南京: 河海大学出版社, 1995.
[2] 湖南省水利水电勘测设计院. 边坡工程地质[M]. 北京:水利电力出版社, 1983.
[3] 曹国安, 崇 毅, 黄修云. 岳阳楼滑坡的机理分析与加固处理[J]. 岩土工程学报, 1998, 20(3): 114－117.
[4] 张新生, 傅腾玄. 六盘水南编组站斜坡软土路基滑坡治理[J]. 铁道标准设计, 2000, 20(8): 23－24.
[5] 卿三惠, 黄润秋. 六盘水铁路枢纽建设中斜坡软土滑坡灾害整治[J]. 路基工程, 2005, (4): 89－92.
[6] 罗国煜, 李生林. 工程地质学基础[M]. 南京: 南京大学出版社, 1992.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
