某滑坡分析與治理方案設(shè)計(jì)

劉曉朋

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司濟(jì)南設(shè)計(jì)院,山東濟(jì)南 250022)

1 工程概述

該滑坡位于韶關(guān)西南方向十幾公里處,京珠高速公路粵境南段某處左側(cè)。該邊坡曾經(jīng)發(fā)生兩次變形,在第一次邊坡開挖后,上部三、四級(jí)邊坡有大量地下水滲出,挖至第三級(jí)邊坡的上半部時(shí),于當(dāng)日夜大雨過程中,發(fā)生了淺層滑坡。其邊坡設(shè)計(jì)為：邊坡坡率為1∶0.5～1∶1.25；第一至三級(jí)邊坡高度10.0 m,坡頂留2.0 m分級(jí)平臺(tái)和截水溝,第四級(jí)邊坡最高約15 m,坡頂設(shè)截水天溝；第一級(jí)邊坡采用M7.5漿砌片石護(hù)面墻加固,以上各級(jí)邊坡采用M7.5漿砌片石護(hù)坡防護(hù)。變形后變更設(shè)計(jì)為：采用錨索抗滑樁輔以坡面防護(hù)和排水的綜合工程措施,第一級(jí)支擋工程為沿坡腳設(shè)抗滑樁排,樁間設(shè)擋土板；第二級(jí)支擋于半坡(第三級(jí)平臺(tái))設(shè)錨索抗滑樁及樁前擋土板,分七級(jí)邊坡。

第二次邊坡變形發(fā)生在半坡抗滑樁及錨索的施工過程中,半坡抗滑樁施工期間樁井護(hù)壁出現(xiàn)開裂、外鼓現(xiàn)象,原有滑坡裂縫刷方掩蓋后,重新出現(xiàn)且不斷發(fā)展。樁上錨索施工時(shí),錨索孔滲水,六級(jí)邊坡出現(xiàn)后緣圈椅狀裂縫,下錯(cuò)180 mm,張開600 mm,平臺(tái)出現(xiàn)長6.0 m、寬22～40 mm的裂縫,且隨著錨索鉆孔北移,鉆孔流水量不斷增大,邊坡變形向北加劇發(fā)展。于是停止錨索施工,在停止錨索施工后開始補(bǔ)充勘測,直至地面變形趨于穩(wěn)定。

2 邊坡工程地質(zhì)條件

2.1 自然斜坡地形地貌

邊坡區(qū)為低山丘陵剝蝕地貌,山頂高程約153 m,山脊走向北東向,自然斜坡由北向南緩傾10°～25°,線路以NW67°方向橫切斜坡通過,該段線路設(shè)計(jì)路面高程約為94 m,距自然斜坡坡頂最大高差約58 m。

2.2 地層巖性

邊坡場地內(nèi)地層分布有：

①第四系坡積層(Qdl),多分布于邊坡區(qū)的東側(cè),其組成受自然斜坡上巖性控制。為砂巖、砂頁巖、炭質(zhì)灰?guī)r坡積土,褐黃色、灰黑色,稍濕,硬塑,含部分砂巖碎塊。

②石炭系中上層白云巖(C2+3),分布于邊坡區(qū)F2斷層以東,巖石呈灰白—淺灰色,厚層狀,巖芯較完整,堅(jiān)硬。節(jié)理裂隙較發(fā)育,裂隙表面紫紅色,有鐵、錳質(zhì)及少量方解石充填。按風(fēng)化程度可分為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、弱風(fēng)化、微風(fēng)化四層。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

區(qū)域逆斷層斜穿該路段,斷裂帶寬20 m左右,產(chǎn)狀160°∠68°,與路線呈44°交角。斷層F1：斷層面向NW傾斜,西盤(上盤)向上運(yùn)動(dòng),屬擠壓性質(zhì)逆沖斷層,估計(jì)斷層長度270 m左右，根據(jù)探槽確定斷層產(chǎn)狀為335°∠60°；斷層F2：斷層面向NW傾斜,西盤(上盤)向上運(yùn)動(dòng)屬擠壓性質(zhì)逆沖斷層,估計(jì)斷層長度310 m左右，產(chǎn)狀為349°∠63°,工程物探成果亦表明斷層F2傾向NW。斷層F3：斷層面近于直立,偏向NW傾斜,西盤(上盤)向下運(yùn)動(dòng),屬張性正斷層,估計(jì)斷層長度200 m左右。

根據(jù)以上斷裂構(gòu)造在邊坡區(qū)的分布特征,對(duì)邊坡有影響的構(gòu)造應(yīng)力是近北西向的擠壓應(yīng)力,在此擠壓應(yīng)力的作下,生成了NE向F1、F2向山陡傾60°左右壓性斷層、F3張性斷層。在此構(gòu)造應(yīng)力場的作用下,形成的構(gòu)造裂面較貫通、長大、延展性好,相互間的空間交錯(cuò)組合構(gòu)成了山體的構(gòu)造格局,控制了邊坡變形體的空間形態(tài)和變形破壞的性質(zhì),也控制了地下水的儲(chǔ)存、補(bǔ)給和排泄。由此構(gòu)造應(yīng)力場推測,與向山陡傾的F1、F2壓性斷層同組的另一組向臨空緩傾的構(gòu)造斷裂可能存在或隱伏在邊坡體中,構(gòu)成滑動(dòng)的依附帶。

2.4 地下水分布

邊坡區(qū)內(nèi)類似向斜的儲(chǔ)水盆地構(gòu)成了邊坡巖體的儲(chǔ)水構(gòu)造。地下水豐富,地下水的主要來源為基巖張節(jié)理裂隙水與斷層帶水。由電測深視電阻率斷面圖的分析結(jié)果可知,除順線路方向+220～290左側(cè)20～35 m間一長約70 m的相對(duì)阻水條帶(其視電阻率明顯低于周邊的部位)外,從現(xiàn)地面至地下30 m范圍內(nèi),順線路方向+220～330間和垂直線路方向線路左側(cè)10～75 m間的區(qū)域內(nèi)為地下水富集區(qū),這與樁坑開挖過程中31號(hào)～47號(hào)抗滑樁涌水一致。

地下水的富水區(qū)的形成與巖性、地質(zhì)構(gòu)造格局密切相關(guān),小里程方向有F3正斷層,使原在炭質(zhì)灰?guī)r之上的砂巖、頁巖風(fēng)化的亞黏土與炭質(zhì)灰?guī)r接觸形成小里程方向的阻水邊界,大里程方向主要由F1和F2逆斷層使原在炭質(zhì)灰?guī)r上層的白云巖及其風(fēng)化形成的亞黏土與炭質(zhì)灰?guī)r接觸形成大里程方向阻水帶,在F3與F1之間為炭質(zhì)灰?guī)r(夾有頁巖、泥巖)和灰?guī)r,張節(jié)理發(fā)育,構(gòu)成良好的蓄水構(gòu)造,加之溶洞發(fā)育,形成邊坡特有的富水區(qū)分布特征。

滑坡平面示意如圖1所示。

圖1 滑坡總平面

3 滑坡原因分析

3.1 滑坡的性質(zhì)

滑坡主要發(fā)生在F1與F3斷層之間,滑體為破碎巖體,滑動(dòng)帶位于破碎巖石中,推測依附于壓性構(gòu)造面。該邊坡體產(chǎn)生的滑坡為破碎巖石滑坡，滑坡區(qū)內(nèi)包括淺層滑坡和潛在深層滑坡。

(1) 淺層滑動(dòng)

以現(xiàn)排水天溝山側(cè)為后界,中線范圍在+230～330間,與富水區(qū)分布范圍接近一致。目前,變形范圍主要是在31號(hào)～47號(hào)抗滑樁山側(cè)60 m范圍內(nèi)?；w厚度3～8 m,主滑斷面厚8 m,滑動(dòng)距離60 mm；在施工過程中,邊坡上部出現(xiàn)10條新裂縫,38號(hào)樁移動(dòng)64 mm,以后逐漸減小。根據(jù)測斜孔監(jiān)測,只有ZK3號(hào)、ZK6號(hào)兩個(gè)監(jiān)測孔測出深7～8 m間有位移,其他各監(jiān)測孔(包括38號(hào)樁監(jiān)測孔)所測量結(jié)果均在系統(tǒng)誤差范圍內(nèi)?？梢姎v次發(fā)生的滑坡變形,主要為淺層滑動(dòng)。

(2) 深層滑動(dòng)

深層滑動(dòng)為潛在滑坡,滑坡寬度沿線路方向199 m,縱長度沿主滑方向約95 m,滑坡軸線位于B-B′橫斷面位置；主滑方向垂直線路走向,變形區(qū)小里程方向周界沿著F3斷層發(fā)育而成；后界沿著L02裂縫；通過L03裂縫最上面的端點(diǎn)；經(jīng)53號(hào)抗滑樁直至+384處,成為大里程方向的邊界線。其滑坡厚度在主滑坡斷面后部約23.0 m,中部約17.0 m,前部約14.0 m,滑坡的體積約18萬m3。

勘察期間,淺層滑坡處于滑動(dòng)后由半坡抗滑樁阻擋的相對(duì)穩(wěn)定階段。深層滑坡還沒有形成滑動(dòng),處于擠壓狀態(tài),潛在很大的滑動(dòng)能量。隨邊坡繼續(xù)開挖有滑動(dòng)危險(xiǎn)。

3.2 滑動(dòng)原因分析

該區(qū)巖層的總體走向大致為NW,傾向SW,傾角20°～34°，順向坡傾斜。山坡自然坡度15°左右,即巖層傾角略大于自然坡度。這種巖層層面與山坡自然坡度的關(guān)系對(duì)山坡的穩(wěn)定性是不利的。另外，由于邊坡開挖,改變了自然坡體的平衡狀態(tài),特別是坡腳部位的開挖,使坡腳原有支撐喪失,穩(wěn)定性降低,導(dǎo)致滑坡的發(fā)生。目前邊坡尚未開挖到位,隨著邊坡的進(jìn)一步開挖,將使滑坡的穩(wěn)定度進(jìn)一步降低。

在雨季,特別在持續(xù)降雨時(shí),坡體表面降水入滲進(jìn)入坡體,不僅對(duì)滑體形成水壓力荷載,而且沿裂縫和土體孔隙下滲補(bǔ)給地下水,導(dǎo)致地下水活動(dòng)加劇,使土的抗剪強(qiáng)度降低,影響坡體的穩(wěn)定。本滑坡滑床巖體裂隙發(fā)育、破碎,風(fēng)化程度高,為地下水活動(dòng)提供了有利空間。地下水活動(dòng)使土體含水量增加,降低了坡體的穩(wěn)定性。

4 滑坡治理工程設(shè)計(jì)

4.1 滑坡穩(wěn)定性極限平衡法分析

以B-B′縱斷面為計(jì)算斷面,見圖2。

圖2 B-B′縱斷面(里程+280處)

滑坡穩(wěn)定性計(jì)算采用考慮滲透力的剩余推力法,采用垂直條分的方法將滑坡離散化為若干數(shù)量的塊體；然后采用以下的假設(shè)條件,建立一種特定類型滑坡體的簡化物理模型。其假設(shè)條件如下：(1)滑坡體的地下水為潛水,滑坡體透水物質(zhì)為均質(zhì)的連續(xù)介質(zhì)；(2)每個(gè)條塊內(nèi)地下水的滲流方向與滑動(dòng)面近似平行；(3)由降雨產(chǎn)生的入滲水瞬時(shí)補(bǔ)給到潛水面；(4)滑動(dòng)帶相對(duì)厚度很小,為弱透水層,假定地下水流向與潛在滑動(dòng)面一致,流網(wǎng)中等勢(shì)面與潛在滑動(dòng)面近垂直,則只要確定了斜坡堆積體中飽和帶的厚度,就可以直接確定地下水的水頭并由飽和帶的厚度變化確定水力梯度,計(jì)算滲透力。

圖3 滑坡條塊滲透力分析示意

對(duì)斜坡堆積體進(jìn)行條塊劃分時(shí),可把等勢(shì)面作為分界面(如圖3所示),以分界面處的地下水水位作為水頭(h1、h2),同時(shí)假定平均流動(dòng)途徑長度等于分界面在潛在滑動(dòng)面上的直線距離(L12)。這樣,在1、2分界面之間,條塊內(nèi)地下水水力梯度的絕對(duì)值為j=(h1-h2)/L12,而滲透力由下式計(jì)算

J=γwjVs=γwVs(h1-h2)/L12

式中J——條塊所受到的滲透力,方向指向斜坡前緣,與潛在滑動(dòng)面平行；

γw——水的容重；

Vs——條塊的飽和面積(單寬體積),與飽和帶的厚度成正比。

由滑體條塊自重產(chǎn)生的有效抗滑力為

由條塊自重和地下水滲透力組合形成的有效滑動(dòng)力為

式中γ′——土體的浮容重；

γ——天然容重；

Vup——條塊的包氣帶面積(忽略毛細(xì)吸力作用)；

αi——滑動(dòng)面與水平面的夾角；

Li——條塊底面長度；

K——滑坡穩(wěn)定系數(shù)；

n——條塊數(shù)。

力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)及滑坡推力按表1采用。

4.2 主要工程措施

(1)橫斷面形態(tài)

半坡樁以上按現(xiàn)狀,不作變更設(shè)計(jì)處理,樁外懸臂4.0 m,其下采用臺(tái)階式邊坡,臺(tái)階高6.0 m,分四級(jí),平臺(tái)寬2.0 m,邊坡率：一、二級(jí)取1∶1；三、四級(jí)取1∶1.25。

(2)地表水和地下水排除工程措施

地表排水：

在滑坡范圍以外設(shè)截水天溝,斷面為0.6 m×0.6 m,用M7-5漿砌片石砌筑,厚0.3 m截?cái)嗌狡滤蜻吰聟^(qū)補(bǔ)給,具體位置和長度由現(xiàn)場具體確定；在每一級(jí)邊坡平臺(tái)上都設(shè)小型排水溝斷面(0.4 m×0.4 m),把地表水迅速排出滑坡區(qū)以外。已建抗滑樁以上,按原拱型骨架坡面植草防護(hù),已建抗滑樁外至碎落臺(tái)間采用錨桿框架內(nèi)設(shè)空心六棱塊植草,減少地表水下滲。

地下排水：

勘察資料和錨索施工均揭示在線路左側(cè)70 m范圍為一地下水富集區(qū),擬在該區(qū)內(nèi)平行路線方向設(shè)置排水隧洞,洞頂置于深層滑動(dòng)面以下。排水隧洞長約146 m,沿洞身20 m設(shè)檢查井、滲井,共7個(gè)，井深約20 m,施工時(shí)根據(jù)現(xiàn)場揭露地質(zhì)情況及地下水底面高程具體確定。檢查井、滲井直徑均為1.5 m,井間設(shè)滲管,間距5 m,鉆孔直徑150 mm,內(nèi)放置軟式透水管,直徑100 mm,間隙中填礫砂。排水隧洞向小里程方向折線延長約60 m,引排地下水。排水隧洞應(yīng)先于其他工程施工，另在一級(jí)邊坡上滲水地段動(dòng)態(tài)設(shè)置仰斜孔排水管,以疏干和排除富水區(qū)內(nèi)排水隧洞未能攔截的部分地下水。

(3)抗滑樁加固

在二級(jí)平臺(tái)上設(shè)置抗滑樁一排,共28根,如表2。

(4)錨桿框架防護(hù)

于一、二、三、四級(jí)邊坡上設(shè)置錨桿框架。在排水隧洞地下排水和坡面植物防護(hù)尚未發(fā)揮作用時(shí),煤系地層的力學(xué)指標(biāo)低,易發(fā)生表層坍滑,設(shè)置錨桿框架防護(hù)是十分必要的。但由于地下水含部分硫酸根離子,為有效減緩其對(duì)錨桿的腐蝕作用,應(yīng)采用大孔徑錨孔,加厚鋼筋外的水泥砂漿厚度,使錨桿處于低應(yīng)力條件下,不易產(chǎn)生環(huán)狀裂紋,地下水不易浸害鋼筋,可延長錨桿壽命,錨桿灌漿又可加固坡面下部土體,增加整體性(特別是半坡樁前)。當(dāng)排水隧洞、抗滑樁和坡面綠化防護(hù)工程完全起作用后,邊坡體表層趨于自然穩(wěn)定,錨桿框架的作用逐漸減小。

(5)全坡面采用植草防護(hù)

一至四級(jí)邊坡采用空心六棱塊植草,六棱塊厚25 cm,采用C15號(hào)素混凝土制作,內(nèi)填種植土、植草，已建抗滑樁上部仍采用拱型骨架內(nèi)植草。已破壞的拱型骨架待下部工程竣工后再作修補(bǔ),并夯填坡面裂縫。

5 結(jié)論及建議

通過地質(zhì)勘察與力學(xué)分析,線路路基坡體前緣開挖邊坡高陡臨空,坡體前部牽引變形,在雨季降雨集中、強(qiáng)度大、地下水活動(dòng)等多種不利因素共同作用下,引起了中后部松散堆積體失穩(wěn),坡體產(chǎn)生裂紋,產(chǎn)生滑動(dòng)。由于滑坡體內(nèi)部存在富水區(qū),采用截水天溝、排水隧洞等地表和地下排水措施；根據(jù)滑坡推力計(jì)算結(jié)果,設(shè)置了抗滑樁；針對(duì)勘察地層巖性條件和表層坍滑現(xiàn)象設(shè)置錨索框架進(jìn)行防護(hù),并采用坡面立體植草防護(hù)。采用以上綜合治理措施后,取得了良好的治理效果。

[1]GB 50330—2002 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S]

[2]《工程地質(zhì)手冊(cè)》編輯委員會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007

[3]TB10025—2006 鐵路路基支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]

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