碎石盲溝在凍土滑坡治理中的應(yīng)用研究

張春光,張慶偉,范付松

(1.中國地質(zhì)大學(xué)工程學(xué)院,湖北武漢 430074;2.安陽師范學(xué)院建筑工程學(xué)院,河南安陽 455000)

0 引言

凍土是一種對地溫變化非常敏感的土體,凍融破壞使得凍土區(qū)的邊坡穩(wěn)定性較一般邊坡更為復(fù)雜。國外早在 1897年就有人對凍土邊坡進(jìn)行了研究[1],但國內(nèi)直到最近的 50年,尤其是西部大開發(fā)和青藏鐵路建設(shè)后才開始重視凍土邊坡的研究,并取得一些成果[2],但由于研究凍土的時間不長,關(guān)注力度不夠,研究成果還不是很豐富。最近,有研究表明凍融破壞引起的滑坡滑動,在滑坡體不同的部位滑動速率也不相同,靠近后緣的滑動速率要大于其它部位的滑動速率[3],但由于凍融破壞的地域性和復(fù)雜性,再加上地區(qū)氣候差異,所以治理凍土區(qū)滑坡的有效措施還在進(jìn)一步的探索之中。盲溝是降低地下水位的一種有效手段,目前盲溝技術(shù)用于道路工程排水、基坑排水較多,而且多為塑料盲溝[4-7],用于治理凍土區(qū)滑坡的還不多。

本文分析了凍融滑坡的成因和采用滲水盲溝法提高邊坡穩(wěn)定性的原理,并以澤根一社滑坡后緣處出現(xiàn)的凍融引起的變形滑動為例,根據(jù)滑坡地形地貌、巖層巖性及水文條件,首先分析了澤根一社滑坡的現(xiàn)狀及整體穩(wěn)定性,然后對解決滑坡后緣凍融問題所要采取的治理工程措施進(jìn)行了探討。

1 凍融滑坡成因及機(jī)理分析

凍土是一種對地溫變化非常敏感的土體,隨著地溫的季節(jié)波動,凍土極易發(fā)生凍脹融縮的變形破壞。由于冬夏兩季溫差較大,滑坡后緣位置較高,冬季產(chǎn)生凍土現(xiàn)象,凍脹時對下部坡體有擠壓加載的作用,增加滑坡的下滑力;夏季地溫上升后,凍土開始解凍,隨著溫度的升高,地下冰融化,巖土體強(qiáng)度顯著降低,從而產(chǎn)生局部的變形破壞現(xiàn)象;地下水對下部滑體產(chǎn)生滲透壓,同時融化水向下運(yùn)動,增加了滑坡體的含水量,提高地下水位,使部分土體(包括滑帶土)由非飽和向飽和過渡,從而降低整個坡體的抗滑力,使整體穩(wěn)定性下降。滑坡體后緣每年隨著氣溫的波動發(fā)生周期性凍融現(xiàn)象,這種周期性反復(fù)堆載作用最終將引發(fā)滑坡的整體變形破壞。

2 工程概況[8]

澤根滑坡目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài),僅在局部(滑坡后部)存在因季節(jié)性短時凍土引發(fā)的淺表層凍融滑塌,但滑坡后緣和邊界等處已出現(xiàn)變形,可能在降雨、地震、人類工程活動等不利影響因素組合下發(fā)生局部或整體滑移破壞?；聻橥临|(zhì)大型滑坡。

區(qū)域構(gòu)造：工作區(qū)位于金湯弧形構(gòu)造帶(東翼)與龍門山斷裂帶的交接部位。工作區(qū)內(nèi)受 5.12地震波及,部分山體斜坡也形成了滑坡。

地形地貌：澤根一社滑坡前緣下部水庫蓄水后水面高程約 2 137m,后緣高程約 2 230m?；麦w坡面坡度在 10°～13°間。

地層巖性：主要出露的地層有泥盆系(D)炭質(zhì)千枚巖,第四系冰水堆積層(Qfgl)、滑坡堆積層(Q4del)、殘坡積層(Q 4el+dl)及沖洪積層(Q 4al+pl)等。

圖1 澤根滑坡所在位置及地形

水文地質(zhì)：工作區(qū)內(nèi)地表水系主要為滑坡體前緣的磽磧水庫及坡體上的小沖溝,溝流向與坡向大體一致。根據(jù)地下水賦存條件及含水巖組的空隙性特征,將其劃分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水兩種類型。

水位氣象：多年平均降雨量為 992.5mm,且有 63.9%～85.3%的雨量主要分布于 6～9月,地溫累計年平均為15.9℃,比累年年平均氣溫 14.1℃高 1.8℃,多年平均氣溫17.6℃;多年平均年降雨量 1 245mm;日最大降雨量

16 2.9 mm。

3 治理方案的選取

3.1 參數(shù)選取

根據(jù)勘察報告,結(jié)合經(jīng)驗及反演分析,綜合確定滑坡治理工程設(shè)計基本參數(shù)取值如下：

(1)滑體土：滑坡土體天然重度為 19.8 kN/m3,飽和重度為 20.7 kN/m3,滑體角礫土、碎石土粘聚力為 30 KPa,內(nèi)摩擦角為 24°。

(2)滑帶土：滑帶土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)取值如下表 1。

表1 滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)取值表

(3)滑床：炭質(zhì)千枚巖天然密度 2.56 g/cm3,粘聚力 C值為 0.15 MPa,φ值為 34°。

3.2 設(shè)計工況與安全系數(shù)

澤根滑坡的荷載類型為滑坡體重度,地下水位以下選擇飽和重度,暴雨工況考慮滑體部分飽水,暴雨條件時按 50年一遇暴雨,雨水滲透深度按滑體厚度 1/3計算。5?12地震后,按最新的地震烈度區(qū)劃,寶興澤根地區(qū)抗震設(shè)防烈度為 7度,設(shè)計基本地震加速度值為 0.10 g,工程設(shè)計時要考慮地震荷載。不考慮上部加載和側(cè)向水動力荷載。

參照規(guī)范,可以將滑坡的工程等級確定為Ⅲ級。根據(jù)規(guī)范和四川省相關(guān)部門的要求,設(shè)計工況、相應(yīng)荷載組合以及安全系數(shù)見表2 。

表2 設(shè)計工況及荷載組合表

3.3 穩(wěn)定性計算及評價

用 Janbu法計算滑坡主剖面在上述三種工況下的穩(wěn)定性系數(shù),并對各種工況下的穩(wěn)定性進(jìn)行評價,計算結(jié)果見表3 。

表3 滑坡體穩(wěn)定性計算成果統(tǒng)計表

由表3 計算結(jié)果可知：在三種工況下滑坡都是整體穩(wěn)定的,計算結(jié)果與野外地質(zhì)調(diào)查及定性分析基本一致。

經(jīng)分析,水是影響澤根滑坡的重要因素,因此做好滑坡體的截排水工作至關(guān)重要。為防止凍融加載,在滑坡后部設(shè)盲溝,將地下水導(dǎo)入到滑坡體上的天然沖溝內(nèi),以降低后部地下水位,防止其后部凍融破壞。

4 碎石盲溝排水系統(tǒng)設(shè)計與布設(shè)

為防治凍融對滑坡后緣的破壞作用,根據(jù)勘察凍土深度,設(shè)計盲溝深 2 m,底寬 1.1 m,盲溝長 90m。根據(jù)工程經(jīng)驗和類比,放坡開挖,坡率為 1：0.75(高寬比),坡底部夯實后鋪 5 cm厚混凝土(C 30混凝土),兩側(cè)溝槽內(nèi)壁斜高 30 cm,壁厚 5 cm,槽壁為混凝土,槽壁與挖槽斜壁巖土體貼實。在溝槽底部堆填粒徑 100-150 mm的卵石,50 cm厚;再上覆 30 cm厚粒徑 10-50mm的小卵石,再上覆 30 cm厚 2-5 mm的粗砂,再回填土與地面平。各級卵石細(xì)砂鋪設(shè)及回填土過程中,要分層夯實。槽壁上沿基坑側(cè)壁往上到粗砂層底部,鋪厚 25 cm的反濾層。該盲溝滿足降低滑坡后緣區(qū)域地下水位的要求。

圖2 盲溝橫斷面圖

碎石盲溝與天然溝的連接處用兩條并行的水泥管涵進(jìn)行連接,每條管涵長度 7.2m,內(nèi)徑 300mm,與盲溝相連的管口處均設(shè)置過濾格柵,柵格尺寸為 400 mm 400 mm(底長高),外側(cè)管口要高于最高自然溝溝水位,以便順利將水導(dǎo)入溝中。管涵材料為 C30普通混凝土,上部封土并夯實。盲溝埋深 2 m,坡降大致與地形坡度相同,達(dá)到排水設(shè)計要求。

圖3 盲溝與天然溝管涵連接點(diǎn)剖面圖

5 結(jié)語

凍土區(qū)滑坡防治應(yīng)非常重視排水問題,降低巖土體中水的含量,防止凍土的凍漲融縮破壞。

采取地下排水工程和地表截排水相結(jié)合的方法,結(jié)合地表天然沖溝,設(shè)置地下盲溝,及時排出地下水,從而降低坡體內(nèi)的含水量,減少凍融時巖土體形態(tài)的變化幅度,從而降低凍融對巖土體的破壞程度,能有效增強(qiáng)坡體的穩(wěn)定性,降低了災(zāi)害發(fā)生的概率。

[1]Tarr R S.Rapidity ofweathering and stream erosion in the arctic latitudes[J].American Geologist,1897,19：131-136.

[2]周幼吾,郭東信,等.中國凍土[M].北京：科學(xué)出版社,2000.403-404.

[3]牛富俊,程國棟,等.青藏高原多年凍土區(qū)熱融滑塌型斜坡失穩(wěn)研究[J].巖土工程學(xué)報.2004.5,26(3)：402-406.

[4]牛富俊,程國棟,等.青藏高原多年凍土區(qū)熱融滑塌型斜坡失穩(wěn)研究[J].巖土工程學(xué)報.2004.5,26(3)：402-406.

[5]李曉莉.塑料盲溝在城市快速路中的應(yīng)用[J].中國市政工程,2007(5)：45-45,56.

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[9]《澤根一社滑坡群勘察報告》.

[10]GB 50108-2001.地下工程防水技術(shù)規(guī)范.