关于港口堆场的失稳滑动原因和治理方案设计

论文摘要：针对某港口堆场竣工即滑坡工程案例，对堆场岸坡进行了稳定计算、反演分析和加固治理，探讨了滑坡原因、勘探土层参数和原设计方案的缺陷。在反演分析得到的新土性指标基础上，提出了水泥搅拌桩设计治理方案并进行了稳定分析，实施后表明方案可靠。

 
1工程概况
    长江日某港因大轮客运停航，拟将候船室南侧6 150 m2的长江滩地改造成矿石堆场。原场地高程为1. 7~2.2 m，经堆填建筑垃圾至5.9  m左右。堆场设计荷载80kPa，地面高程6.0  m，地面铺设400 mm x 400 mm x 180 mm的混凝土预制块。
    堆场岸边及前方江底处存在1个深坑(如图1)，深坑在垂直长江方向长约45 m沿水流方向长约75 m最低处高程-1.4 m，为此，在坡脚处大量抛石，抛石棱体顶部高程3.7 m，向上为坡度1 : 2.5的干砌石护坡，与堆场边沿0.6 m高的挡浪墙底相接。
　　　　　　　　　　　　 
　　2滑坡过程
    在堆场发生滑动之前，使用单位从东(下游)往西(上游)堆放铁矿石，堆载长度约85 m，堆场南边前面5m未堆载，南北向堆载长度约47 m在10余小时内共堆积了近20 000 t铁矿石，堆载面积约占堆场面积的2/3最高处堆石6.5 m。堆场边坡发生滑动，场地中部形成1个大坑，坑南北向最长约30 m，东西最长约70 m。堆场边沿向外推移9.4 m，护坡坡脚淤泥及块石隆起。
    本工程设计时未进行地质勘探，设计所用土层及指标参照附近建筑物地层。为了找到滑坡原因，为加固设计提供依据，滑坡后对滑坡区进行了静力触探、十字板强度和钻孔取土室内试验。
　　3边坡稳定计算和滑坡原因
　　3.1边坡稳定分析方法
　　土坡稳定计算通常用毕肖普法，它考虑了土间的水平向和垂直向作用力。简化毕肖普法仅考虑土条间的水平向作用力，其稳定安全系数计算公式为(1);  式中:ru为孔隙压力比，定义为总的孔隙水压力
和总的上覆压力之比， 为水重度。当己知渗流浸润线位置时，可逐点输入测压竹水位高度来计算。
　　3.2稳定计算和参数反演
    滑坡后勘探得知，表层土为约3.2 m厚杂填土，第二层为2-1淤泥或淤泥质粉质粘土及2-2淤泥质粉质粘土的软弱土层，下面是粉砂层。
    稳定分析断面以滑坡后重新勘探的土层剖面为基础，以稳定性最差的深坑处断面为计算断面，土层断面如图2。考虑到堆场大量堆放铁矿石的过程历时很短，稳定分析时采用不固结不排水强度指标。
　　　　　　　　　　 
    取自滑坡后所做岩土工程勘测报告的各土层物理力学指标如表1所示。计算得到滑坡发生时此边坡的稳定安全系数仅为0.663，明显偏小，进一步计算该边坡无堆载情况下的安全系数为0.930，边坡失稳，与现场实际情况不符。检查地勘资料，发现2-1与2-2两个卞要软弱层的无侧限抗压强度qn均明显偏小，仅为12-13 kPa，远低于十字板强度(理论上为qn/2)以及附近岸边同类土4060 kPa的qn值，估计为钻孔取样时土样受到了较大的扰动，导致下要软弱层UU试验C,∮值偏低。
    因此，以滑坡后勘探报告中的静力触探、十字板试验结果为基准，结合邻近工程同类土层指标，利用滑坡时刻稳定安全系数接近1的临界状态原则来重新确定两个软弱土层的C,∮指标。通过反演分析计算得知，在2.5 m水位，图2堆载情况下，稳定安全系数为0.973，岸坡出现临界状态，失稳滑动。图2中对应的滑弧大部分穿越2-1淤泥或淤泥质粉质粘土和2-2淤泥质粉质粘土两个软弱土层，底部基本上与粉砂层相切，滑弧后方与堆场地面相交处距堆场边沿约30 m，滑弧前沿与护坡坡脚相交，与现场观察得到的实际滑坡发生位置基本吻合。由此确定两土层的计算参数为:2-1淤泥或淤泥质粉质粘土 ; 2 2淤泥质粉质粘土
　　3.3滑坡原因分析
    发生滑坡的时间是3月25日，正是长江枯水期结束的时段，江水位约为2.5 m，同时考虑对应同样堆载下设计高水位和设计低水位的不同工况

进行稳定分析计算，圆弧滑动面计算结果如表2。
　　　　　　　　　　　　
可见，高水位时安全系数大，岸坡稳定，低水位时稳定性降低。对应滑坡时2.5 m的水位下，当堆场均匀堆积1.5  m厚铁司’一石时边坡安全系数为1.172，在局部继续堆高后安全系数逐渐下降，当局部堆载到6.5  m后安全系数下降到0.973，出现失稳。可见，局部超高堆载是滑坡的卞要原因。
    计算中还发现，在设计低水位下，40 kPa荷载C 1.5 m厚铁矿石)堆积下，边坡安全系数1.089低于规范[2-3]规定的安全系数1.10，而此时40 kPa的荷载大大小于设计荷载80 kPa。而对应80 kPa的设计荷载，边坡安全系数仅为0.895稳定严重不足。可见，原工程设计的边坡稳定性不够，存在安全隐患。这与工程施工前未勘探就设计和施工等因素有关。
　　4加固方案及加固后稳定分析
　　4.1加固方法比选
    考察滑坡现场，研究治理方案，可采用碎石桩、灌注桩和搅拌桩进行加固。考虑到本工程软弱土层的抗剪强度较低，对桩体的约束作用不足，碎石桩是散粒体结构，在这样的淤泥层中抗滑作用较小，而目本处无石料资源，石了价格很高;灌注桩加固成本较高，不经济;经比较，搅拌桩具有较好的抗滑性和较低的价格。综合考虑采用水泥搅拌桩治理本滑坡。
    计算得圆弧滑动面底部与粉砂层相切，高程约为-60 m，地面高程6.0 m,桩应穿过滑动面进入下部粉砂层才能起到抗滑作用，即桩长要大于12 m.考虑桩端嵌入粉砂层一定长度，确定最低桩长为135m。
    整治工程按原结构恢复，采用2排连续搭接的深层搅拌桩，位置在堆场面与边坡顶的交界处，加固的岸线长度为85 m，总桩数为310根，设计桩径为700 mm桩长为14.2 m，桩底高程在-7.0}-11.0 m，搭接长度为14 cm，采用42.5普通硅酸盐水泥，水泥掺入量为15%，水灰比为0.5 。
　　4.2加固后稳定分析
    使用水泥深层搅拌桩加固后的稳定分析计算方法与加固前相同，只将桩体部分视为一种新的土层，断面如图3，计算所取桩体部分的参数参考同类工程l4]取为C=200 kPa, 
　　　　　　　　　   
　　加固后计算对应设计荷载80 kPa 清况下，设计低水位1.37 m时边坡安全系数为1.137，设计高水位4.7 m时边坡安全系数为1.736，均高于规范规定的1.10。计算结果显示，加固后的边坡稳定性达到了设计要求。日前，加固工程竣工约1年，边坡稳定。5结语
    (1)堆场及护坡发生滑动卞要原因是局部超负荷堆载，目堆载速度过快，下部有软土夹层，同时缺少监测措施。建议堆场加固恢复后，按照使用功能使用，不能违规操作。
  (2)稳定分析计算表明，本工程设计的堆场边坡滑动前就存在安全隐患，稳定性不足，原因是设计前没有进行必要的地质勘探，取用指标不准确，从安全角度考虑应加以杜绝。
    (3)日前加固工程峻工约1年，边坡稳定，说明反演分析得出的土性指标是可靠的，实施的搅拌桩方案是成功的。