黄泽斌，孟繁贺，陈云生，查 俊

(广西交通设计集团有限公司，广西 南宁 530029)

0 引言

广西南宁市是膨胀土发育的典型地区之一，分布有大量的古近系及新近系黏土岩及其风化残积土，这些岩土多具有中等-强胀缩性。近年来随着城市建设的快速发展，带来了许多与膨胀土相关的工程问题。作为一种特殊性岩土，膨胀土含有大量亲水矿物，特有的矿物组成决定了其具有吸水显著膨胀、软化，失水急剧收缩、开裂、强度大幅衰减的特性[1]。这些特性使得由膨胀土组成的边坡经常遭受破坏，由人工开挖边坡引起的膨胀土滑坡屡见不鲜，给工程建设带来了巨大的经济损失，严重威胁着国家财产和人民的生命安全。而城市建设中一旦出现滑坡，受限于复杂的场地环境，加之膨胀土本身极不“友好”的工程特性，如何有效地治理，成为摆在工程技术人员面前的一道难题。本文结合南宁市一个典型的工程案例来介绍膨胀土滑坡的成因机制、发展过程及综合治理措施。

1 滑坡工程地质条件

图1 滑坡工程地质平面图

根据滑坡区勘察成果[2]，滑坡区地质构造较简单，未分布大型断裂构造，地质钻孔亦未揭示断层破碎带。场地分布的地层主要为：

(1)第四系全新统人工堆积层素填土，呈松散状，成分为软-可塑状黏性土，局部夹少量建筑垃圾、卵石及混凝土碎块，为新近填土，尚未完成自重固结。该层广泛分布于滑坡表层。

(2)第四系上更新统残坡积层粉质黏土，局部为黏土、粉土，褐黄、灰黄、红黄色，以可塑为主，局部硬塑状，土质不均匀，韧性及干强度中等。该层广泛分布于滑坡区范围内，勘察钻孔揭示厚度为1.00～2.80 m。

(3)古近系渐新统强-中风化泥岩夹粉砂岩，泥岩为泥质结构，粉砂岩为粉砂状结构，中厚-厚层状构造，岩石成岩作用差，属半成岩，岩石具遇水易软化、崩解特点，泥岩还具风干易开裂特点。岩层产状74°∠3°，近水平分布。

滑坡区为广西典型的膨胀土地层，即古近系和新近系泥质岩及其风化物。根据勘察胀缩试验成果，场地素填土具有中等膨胀性，粉质黏土具有弱膨胀性，风化泥岩具有强膨胀性。

2 滑坡形态分布特征

该滑坡在平面上呈半椭圆形，空间上呈明显的台阶状，滑坡轴方向为72°，与边坡坡向基本相同，垂直于在建的快环道路，轴长约40 m。滑坡后缘拉张裂缝及错台明显，后缘断壁陡峭，壁高最大约3 m，滑坡两侧边界出现不连续纵向剪切裂缝，与主滑方向基本相同，坡脚剪出口清晰可见呈近水平状。滑坡体前缘宽度约150 m，后缘宽度约120 m，滑体厚度变化较大，前缘较薄，最小厚度约1.5 m，中后部滑体较厚，最大厚度约8 m，平均厚度约5.5 m，整个滑体体积约2.4万m3。

3 滑坡变形发展过程分析

从滑坡的形成发展过程来看，边坡在施工开挖后首先于坡面及坡顶出现少量拉张裂缝，后由于降雨入渗造成边坡土体强度下降，裂缝不断延伸扩大，并逐渐向坡体后缘发展，当后缘裂缝与坡体内部形成的软弱结构面贯通后，最终产生整体滑动形成滑坡。

(1)初始稳定阶段：施工开挖刷坡后，边坡内部初始应力平衡状态遭到破坏，为达到新的平衡，应力进行重新分布，并于局部出现应力集中，此时边坡尚处于自然稳定状态(见图2)。

图2 施工刷坡后的边坡结构图

(2)缓慢变形阶段：人工边坡形成后，坡体膨胀土直接暴露于大气中，受蒸发作用影响，浅表层土体含水量开始降低，由于膨胀土的胀缩特性，土体首先发生收缩变形，在边坡坡面出现裂隙，接着出现的降雨导致地表水通过坡面裂隙渗入坡体内部，膨胀岩土体吸水后发生膨胀变形，使坡面裂隙进一步变大，局部出现开裂形成裂缝(见图3)。

图3 边坡坡面局部裂缝分布图

(3)加剧变形阶段：持续的降雨造成雨水不断下渗使坡体处于饱和状态，坡体内部形成渗流，地下水渗流产生的渗透力及裂隙充水后的静水压力加大了边坡的下滑力，边坡膨胀岩土在饱水情况下变形进一步发展，坡面裂缝开始增多并逐渐扩大，坡面的变形开裂使坡顶土体受到牵引，导致坡顶出现较多纵向拉张裂缝(见图4)，为滑动面自上而下的贯通提供了条件。

图4 裂缝扩大增多、变形加剧示意图

(4)整体失稳阶段：由于土体饱水和胀缩变形造成岩土体的重度增加及抗剪强度大幅降低，边坡的下滑力增加而抗滑力减小。随着降雨的持续，变形裂缝不断扩大并向坡体内部发展延伸，与风化泥岩的软弱结构面贯通连接，最终在边坡中后部坡体强大的推力下发生整体滑动而形成滑坡(见图5)。

图5 裂隙面与软弱结构面贯通出现整体下滑示意图

4 滑坡成因机制分析

(1)滑坡区为广西典型的古近系膨胀土地层，构成该边坡的主要岩土层具有弱-强胀缩性，由于含有大量亲水矿物成分，其工程特征表现为失水收缩、吸水膨胀。在长时间的干湿循环条件下，胀缩变形使岩土体结构遭受破坏，抗剪强度也随之大幅度下降。膨胀土为滑坡的形成提供了基本的物质条件，也是滑坡产生的内在因素。

(2)滑坡所在区域为在建高速公路改扩建城市快速路工程段，由于道路拓宽，需要对原有的边坡进行开挖，边坡施工将原有的坡面植被破坏清除，并形成了大面积的临空面，使边坡应力失衡。因此，人类工程活动为本滑坡的产生提供了外在条件。

(3)施工期间正值雨季，边坡开挖后，由于台风影响，持续了近一个月的阴雨天气，使尚未来得及防护的边坡遭受了大量雨水冲刷，而雨水通过坡面竖向裂缝很快进入土体内部，不仅使非饱和的土体变成饱和土，增加了土体重度，饱水后的膨胀土产生膨胀变形，降低了土体抗剪强度，更重要的是在裂隙之间形成大致顺着边坡的渗流，这种渗透力所产生的滑动力，也大大增加了滑动破坏的可能性。因此，降雨在引起边坡抗滑力大幅减小的同时也增加了下滑力，导致最终形成滑坡。因此，连续的降雨是本滑坡最关键的诱发因素。

从上述分析可以得出，本次滑坡是由人类工程活动及降雨因素引发的膨胀土滑坡，从滑坡整个发展过程及滑动的力学性质来看，本次滑坡是在牵引和推移联合作用下产生的。

5 滑坡综合治理设计

由于滑坡坡脚位于在建高速公路改扩建为城市快速道路工程区域，滑坡顶部为一处足球训练场，球场附近尚有一座高压电塔，因此，滑坡的治理设计需综合考虑各方面因素。根据该滑坡体形态特征、形成机制、变形发展规律及目前稳定状况，考虑恢复滑坡顶部的足球训练场的需要，对比分析各项工程的适宜性、经济性、可操作性以及工期等方面因素，针对膨胀土的特性，最终采用在滑坡中后部设置加筋土柔性挡墙，并于坡脚采用抗滑桩支挡的治理方案。滑坡治理设计断面见图6。

图6 滑坡治理设计断面图

5.1 滑坡推力计算

选取主滑坡剖面，按设置抗滑桩及恢复足球场之后进行建模，采用传递系数法对滑坡的剩余推力进行计算，滑坡体各岩土层重度根据岩土试验参数统计及经验类比综合取值(见表1)，滑带力学参数采用反算法获得(见表2)。

表1 滑坡体岩土层重度取值表

表2 滑带抗剪强度参数取值表

根据规范要求[3]，正常工况下稳定安全系数Fst应≥1.20；非正常工况Ⅰ暴雨或连续降雨条件下稳定安全系数Fst应≥1.10；南宁市抗震设防烈度为7度，尚需满足地震工况下的稳定性要求，非正常工况Ⅱ地震荷载作用下稳定安全系数Fst应≥1.05。考虑到本滑坡由膨胀土组成，滑坡土体工程性质较差，且坡顶坡脚均有重要设施及构筑物，出于安全考虑，各工况计算滑坡推力采用的稳定安全系数均取最大值。抗滑桩位置处推力计算结果见表3。

表3 抗滑桩位置滑坡推力计算结果表

由于3号剖面相比2号剖面滑动面稍长稍深一些，因此3号剖面剩余推力要大于2号剖面。受下滑牵引力影响，2号剖面在滑坡后壁错台以外仍有纵向拉张裂缝，存在潜在不稳定体，一旦裂缝贯通将再次滑动并加大滑动面，按最不利原则考虑，在进行抗滑桩内力验算时采用滑坡推力最大值。

5.2 抗滑桩内力计算及配筋

根据滑坡区地形地貌、周边设施及推力大小情况，选取桩径为1.8 m的悬臂式圆形抗滑桩，桩中心距为4.5 m，桩间设置0.4 m厚钢筋混凝土挡土板。抗滑桩桩长16 m，其中悬臂段为7 m、嵌固端段为9 m，桩底边界条件按自由端设计。根据前述滑坡剩余推力计算结果，取2号剖面和3号剖面三种工况计算的抗滑桩位置剩余推力最大值进行抗滑桩内力计算，即为415.207 kN/m，推力水平分力为414.7 kN/m，按矩形分布形式，背侧最大弯矩为11 736.885 kN/m，最大剪力为2 896.426 kN。弯矩、剪力计算结果分布如图7、图8所示。

图7 抗滑桩弯矩分布曲线图

图8 抗滑桩剪力分布曲线图

抗滑桩按受弯构件考虑，钢筋保护层厚度按100 mm计，主筋采用HRB400螺纹钢筋，箍筋采用HPB300光圆钢筋。经计算，纵向受拉钢筋最大截面积As为49 362 mm2，斜截面受剪钢筋截面积为201 mm2。根据上述桩身受弯强度及斜截面抗剪强度验算结果，结合滑动面埋深情况，距桩顶3～14 m段范围主筋配63φ32 mmHRB400钢筋，其余段范围主筋配36φ32 mmHRB400钢筋，箍筋配φ12 mm@100HPB300钢筋。

5.3 加筋土柔性挡墙设计

为恢复滑坡后缘顶部足球训练场，针对滑坡体为膨胀性岩土的特点，于滑坡中后部采用加筋土柔性挡墙支护，即将中后部滑体开挖至滑动面后，利用开挖滑体土方作为填料再分层碾压回填，填筑压实度≥90%，回填时每隔0.5 m厚度加铺一层土工格栅并向上反包连接，形成加筋土柔性挡墙，墙面坡率为1:2，并采用喷播植草进行绿化防护。这样既充分利用了滑坡体的膨胀土料，大大减少圬工支护数量，又极大地缩短了施工工期，且景观绿化效果好。

5.4 防排水工程

滑坡治理要取得成效，治水很关键，且由于本滑坡岩土体具有膨胀性，水对其稳定性影响极大，如何有效地防排水显得尤为重要。为此，在该滑坡治理措施中采取了针对性的设计：(1)对抗滑桩后空隙采用透水性较好的粗粒土回填压实，并在桩间挡土板设置泄水孔引排坡体地下水；(2)于加筋土柔性挡墙顶部铺设复合土工膜，然后再回填1 m厚黏土并分层压实，对足球场范围内地表进行10 cm厚度C15素混凝土硬化处理，以基本阻断降雨及地表水在坡顶地表的下渗；(3)在桩顶平台及坡顶均设置M7.5浆砌片石截水沟，与路基排水系统顺接，将地表水引排至滑坡体以外。

6 结语

(1)南宁市人才公寓球场滑坡发育于膨胀性岩土中，连续的降水下渗引起膨胀土的胀缩变形，降低了岩土体的抗剪强度，加之施工开挖破坏了原有边坡的应力分布，在内因和外因共同作用下最终形成了大规模的滑坡。

(2)从滑坡整个发展形成过程及滑动的力学性质来看，先是经过牵引式的变形，最终在中后部滑体巨大的推力作用下发生推移式滑动，因此本滑坡是在牵引和推移联合作用下产生的。

(3)针对该滑坡的膨胀土特性，综合考虑周边道路及构筑物设施分布情况，于坡脚设置抗滑桩支挡，采用传递系数法计算得出滑坡剩余推力，以此对抗滑桩进行内力及配筋计算。

(4)在滑坡中后部采用加筋土柔性挡墙对已被滑坡破坏的足球场进行恢复，充分利用了滑坡体膨胀土料，在节约工程造价及缩短工期的同时也满足了市政道路的景观需求。施工完成后，经过近两年的运行监测，未再发现该滑坡变形，综合治理取得了良好的效果。