河道滑坡勘察與治理
——以洪河干堤滑坡為例

黃 江, 李劍修, 王月恒, 余小明

(中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司,安徽 合肥 230000)

河道滑坡勘察與治理
——以洪河干堤滑坡為例

黃 江, 李劍修, 王月恒, 余小明

(中水淮河規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限公司,安徽 合肥 230000)

以洪河干堤滑坡為實(shí)例,針對性勘察、分析河道滑坡產(chǎn)生的原因,探討防治方案,對相關(guān)工程設(shè)計(jì)施工具有重要的參考意義。

洪河;河道滑坡;地質(zhì)勘察

洪河為淮河支流,其河道邊坡特性決定自身必須具有較強(qiáng)的抗?jié)B透性、穩(wěn)定性、耐久性等特征,建成后期需要規(guī)范的維護(hù),避免河道邊坡受損危及周圍居民生命及財(cái)產(chǎn)安全。河道滑坡治理應(yīng)利用非汛期時(shí)間,對隱患處進(jìn)行針對性治理。

1 基本概況

工程區(qū)位于阜南縣方集鎮(zhèn),臨近上游洪河裁彎取直段。該段洪河干堤段堤防為3級設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)堤頂寬6 m,堤頂高程33.90 m,河底高程約17.10 m,勘察期間河水位高程約21.80 m。經(jīng)查勘和實(shí)測斷面,HP1(照片1)滑坡位于堤防迎水側(cè)天然邊坡,順滑動(dòng)方向長約30 m、寬約60 m。

照片1 HP1地貌照Photo 1 Landscape photo of HP1

2 工程地質(zhì)勘察思路

2.1 地質(zhì)測繪

以實(shí)測1∶500地形圖為底圖,查明滑坡地貌特征,滑坡發(fā)生、發(fā)展的歷史及相關(guān)因素,重點(diǎn)查明滑坡平臺、裂縫、滑動(dòng)面(帶)、前緣剪出口及滑坡周邊水系發(fā)育特征、徑流條件等。

2.2 勘探

在滑坡體及其下游未滑動(dòng)斜坡處各布置縱向勘探線,勘探點(diǎn)間距10～20 m,用以查明滑坡體和未滑動(dòng)斜坡物質(zhì)組成及類型,通過對比分析判斷可能形成滑動(dòng)面的層位及位置。鉆探時(shí)采用干法鉆進(jìn),滑動(dòng)帶附近回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)進(jìn)尺不得<0.5 m,取原狀土?xí)r(使用薄壁取土器)采用壓入法或擊入法取樣[1]。

2.3 試驗(yàn)

(1) 原位試驗(yàn):在滑動(dòng)帶附近進(jìn)行密集標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn),即采用標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)+回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)取標(biāo)貫擾動(dòng)土+薄壁取土器取原狀土的循環(huán)方式,用以查明軟弱層分布特征及物質(zhì)組成。

(2) 室內(nèi)試驗(yàn):查明組成邊坡土層特別是滑帶土天然含水量、土粒密度、孔隙比等基本物理指標(biāo),c、φ值的確定采用與滑坡受力條件相似的快剪和飽和快剪確定。

3 滑坡體工程地質(zhì)條件

在地貌上滑坡體位于淮北平原西部,第四系廣泛分布并堆積較厚。歷史上洪河洪澇災(zāi)害嚴(yán)重,河曲發(fā)育,由于自然和人工裁彎取直,大洪河兩岸留下了較多牛軛狀古河道?；麦w位于方集鎮(zhèn)洪河大橋下游約150 m 處左岸坡,距上游洪河趙灣—方集人工裁彎取直段約500 m。洪河此段為北東東走向,堤頂高程約在33.2～33.8 m之間,堤腳高程約在28.0～30.0 m之間,多分布一級平臺,平臺以下地表坡度約15°,水下坡度約32°?；聦?dǎo)致HP1頂坡面形成臨空面,坡面發(fā)育多條裂縫(照片2),沿裂縫下錯(cuò)高度大多在5～20 cm之間。此段堤防背水側(cè)坡腳原為長數(shù)百米,寬20～35 m,深3～5 m的取土坑,后期對其局部回填。

勘探點(diǎn)揭示地層主要是人工填土、第四系全新統(tǒng)輕—中粉質(zhì)壤土、上更新統(tǒng)粉細(xì)砂,其地層巖性特征如表1。

照片2 HP1主裂縫特征照Photo 2 Characteristic picture of main fracture of HP1

表1 工程區(qū)地層巖性特征表

在構(gòu)造上,滑坡體處于中朝準(zhǔn)地臺之華北坳陷南部周口凹陷與駐馬店—淮濱凹陷之間的西平—平輿凸起帶及白堊紀(jì)阜南坳陷內(nèi),滑坡體所處區(qū)域的地震反應(yīng)譜以0.35～0.45 s為周期,基本烈度在Ⅵ度以上,當(dāng)發(fā)生地震時(shí),此工程區(qū)域易誘發(fā)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害,在設(shè)計(jì)時(shí)需考慮抗震因素。

水文地質(zhì)方面,區(qū)內(nèi)地下水主要以③、④層孔隙性潛水、⑦層粉細(xì)砂層弱承壓水為主,地下水主要受大氣降水、地表徑流補(bǔ)給,其含水量季節(jié)性變化明顯。HP1背水側(cè)坡腳溝渠縱橫,多分布有坑、塘,地表水同時(shí)接受附近的大型砂場排水補(bǔ)給,常年有水,水位高程約為28.20 m。通過鉆孔揭示,滑坡體地下水沿③層底面富集,潛水位高程低于HP1背水側(cè)坑塘地表水位、高于正常河水位,即背水側(cè)地表水通過中等透水性的③層土形成向大洪河地表水的補(bǔ)給通道。

4 滑坡發(fā)展歷史

HP1滑坡自20世紀(jì)末產(chǎn)生蠕滑,坡腳部位形成短小裂縫,2002—2003年地方水利部門曾組織對該段坡腳進(jìn)行了大量的拋石壓腳處理,并對堤防后取土坑進(jìn)行回填,治理后HP1趨于穩(wěn)定。2012—2014年秋季阜南地區(qū)長期干旱,洪河水位處于低位,然而2014年秋季汛期來臨,河水在短時(shí)間內(nèi)暴漲至約28.7 m,又在短時(shí)間回落。洪水退去后不久,HP1發(fā)生劇烈下滑,沿一級平臺以下陡緩交界處產(chǎn)生錯(cuò)落,后緣呈圈椅狀臨空面,HP1坡面自上而下形成6條較大裂縫,長度30～50 m。

近些年,原取土坑位置新建養(yǎng)殖場,并于廠址東側(cè)坡腳取土用以抬高廠房區(qū)地基,取土區(qū)改造成水塘。2012—2014年秋季阜南地區(qū)長期干旱,洪河水位處于低位,然在2014年秋季汛期來臨時(shí),河水在短時(shí)間內(nèi)暴漲至約28.7 m,又在短時(shí)間回落。洪水退去后,HP1發(fā)生劇烈下滑,沿一級平臺以下陡緩交界處產(chǎn)生錯(cuò)落,后緣呈圈椅狀臨空面,HP1坡面自上而下形成6條裂縫,長度30～50 m。

5 滑坡成因機(jī)制分析

5.1 地層巖性

滑坡體由上覆填土、第四系沖洪積輕粉質(zhì)砂壤土、淤泥質(zhì)中粉質(zhì)壤土、中粉質(zhì)壤土組成?；瑤翞檩p粉質(zhì)砂壤土,中等透水性,飽和狀態(tài),軟—流塑狀,下部淤泥質(zhì)中粉質(zhì)壤土微透水,為相對隔水層,地表水下滲及地下水在輕粉質(zhì)砂壤土層底部富集,富水后抗壓及抗剪強(qiáng)度下降,下層淤泥質(zhì)中粉質(zhì)壤土上部土體軟化,呈軟塑狀,為滑帶形成提供了條件。

5.2 水文地質(zhì)

滑坡體背水側(cè)坡腳范圍分布有坑塘,接受降雨和砂廠來水補(bǔ)給,常年水位在28.20 m,高于滑坡體潛水位及常規(guī)河水位,滑坡體中等透水的③層土中形成由堤后向河水的滲流通道,很大程度降低了③層土及④層上部土的力學(xué)性質(zhì)。

5.3 人類工程活動(dòng)

坡頂填土新建堤防及堤頂?shù)缆?增加了滑坡體靜、動(dòng)荷載;背水側(cè)水塘系近期開挖,地表水滲流至河水通道使滑坡體處于飽水狀態(tài);上游500 m處洪河裁彎取直,改變了泄流條件,水流沖刷力和沖擊力增加,河床表層土為淤泥質(zhì)中粉質(zhì)壤土抗沖刷能力差,使剪出口臨空,打破了滑坡體原有平衡。

5.4 降雨

2014年秋汛期研究區(qū)河水位暴漲,致使地下水位上升,對滑坡體產(chǎn)生浮托力和靜、動(dòng)水壓力,從而增大滑體下滑力,加劇坡體變形。

6 滑坡破壞機(jī)制分析

邊坡失穩(wěn)的破裂面形狀按土質(zhì)和成因不同而不同,粗粒土或砂性土的破裂面多呈直線形,滑帶土為輕粉質(zhì)砂壤土,邊坡破壞時(shí)破裂面近似平面,斷面近似直線(圖1)。

圖1 HP1特征剖面Fig.1 Characteristic profile of HP1

在不利因素的誘發(fā)作用下滑坡體剪出口可能發(fā)生失穩(wěn)破壞,其破壞機(jī)制為:在2014年秋汛期持續(xù)強(qiáng)降雨作用下,河水暴漲,地下水排泄無通道滯留在滑坡體內(nèi),一方面使得滑體的重度增加,加大下滑力;另一方面,地表水在后緣裂隙匯集形成靜水壓力,滑帶土飽和軟化,巖土體力學(xué)性質(zhì)降低,形成滲透壓力和向上的浮托力,使滑塊抗滑能力大大降低,在河水驟落前緣陡坎提供有利的臨空環(huán)境下,滑坡體可能沿剪出口被水平推出,發(fā)生失穩(wěn)破壞[2](圖2)。

圖2 HP1滑坡受力示意圖Fig.2 Force sketch map of HP1 landslide

已知滑體ABC重量W,滑面的傾角為α,φ為滑帶土體內(nèi)摩擦角。顯然,滑面AC上由滑體的重量W=γ(ΔABC)產(chǎn)生的下滑力T和由土的抗剪強(qiáng)度產(chǎn)生的抗滑力T′分別為:

T=W·sinα,T′=Wcosα·tanφ+c·L

則此時(shí)邊坡的穩(wěn)定程度或安全系數(shù)Fs可用抗滑力與下滑力來表示,即:

HP1為近似砂性土邊坡,飽水工況下取c=0,其安全系數(shù)表達(dá)式則變?yōu)?

從上式可以看出,當(dāng)α=β時(shí),Fs值最小,說明邊坡表面一層土最容易滑動(dòng),這時(shí)即:

當(dāng)Fs=1時(shí),β=φ,表明邊坡處于極限平衡狀態(tài)。當(dāng)滑帶土富水后內(nèi)摩擦角減小至臨界值,滑坡開始起動(dòng),滑面強(qiáng)度迅速降至動(dòng)摩擦強(qiáng)度,因而滑塊可作快速運(yùn)動(dòng),滑塊滑出的同時(shí),拉裂縫中充水高度和滑面上揚(yáng)壓力隨之迅速消散、降低,滑塊也因此而迅速減速制動(dòng),后緣陷落帶的寬度反映滑體滑出的距離。

7 滑坡治理的措施建議

滑坡治理的常用方法一般是削坡減載、坡腳壓重及設(shè)抗滑樁等。研究區(qū)曾進(jìn)行坡腳拋石壓重處理,但仍發(fā)生蠕滑,綜合研究區(qū)工程地質(zhì)條件結(jié)合HP1、滑坡發(fā)展歷史及成因,對滑坡治理提出以下建議:

(1) 對滑坡段堤防進(jìn)行退建達(dá)到減載的目的。

(2) 增設(shè)導(dǎo)滲排水溝井,降低坡體的地下水位,避免坡面上部積水。

(3) 采取粉噴樁、攪拌樁等措施增強(qiáng)④層土強(qiáng)度和人工填土的密實(shí)度;削減滑坡及其附近邊坡部位③層土厚度。

(4) 采用黏性土對堤防背水側(cè)水塘及水溝進(jìn)行回填并夯實(shí)處理,阻斷其地表水向洪河的排泄通道。

(5) 在HP1坡面設(shè)置抗滑樁,抗滑樁應(yīng)進(jìn)入⑤層淤泥質(zhì)中粉質(zhì)壤土底部(HP1附近對應(yīng)進(jìn)入高程9.5～10 m)。

以上治理措施應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,優(yōu)選治理方案。

8 結(jié)語

通過上述分析可以發(fā)現(xiàn),研究區(qū)內(nèi)河道滑坡受洪河工程地質(zhì)、水文條件決定,滑坡發(fā)育于上覆第四系輕粉質(zhì)砂壤土內(nèi),滑坡近期變形顯著,表現(xiàn)出加速蠕滑的趨勢。持續(xù)強(qiáng)降雨及河水位暴漲驟降是誘發(fā)滑坡失穩(wěn)破壞的主導(dǎo)因素。滑體剛度小,厚度薄,治理時(shí)不利于支擋力的轉(zhuǎn)遞,因此采用工程治理措施必須綜合考慮滑體的整體和局部穩(wěn)定性,需多級支擋方能有效,避免因治理措施不當(dāng)而造成防滑效果不佳[3]。

[1] 姜煥光.清淤工程河岸滑坡成因分析和處理措施[J].浙江水利科技,2003(5):41-42.

[2] 孟永東,徐衛(wèi)亞,田斌,等.深切峽谷河道滑坡災(zāi)害影響的水動(dòng)力學(xué)分析[J].巖土力學(xué),2011,32(3):927-934.

[3] 仲靜文,徐甲存,曹建軍,等.某河道滑坡勘察工程實(shí)踐探討[J].城市道橋與防洪,2015(9):121-122.

(責(zé)任編輯：陳文寶)

Analysis of River Landslide Investigation and Treatment in the Case ofLandslide about Hong-river Main Dike

HUANG Jiang, LI Jianxiu, WANG Yueheng, YU Xiaoming

(HuaiheRiverPlanningandDesignInstitute,Hefei,Anhui230000)

Taking the Hong-river landslide as an example,this paper analyses the causes of landslides,explores prevention scheme,provides important reference significance. for the related engineering design and construction.

Hong river; river landslide; geological investigation

2016-05-16;改回日期:2016-05-31

黃江(1984-),男,工程師,工程地質(zhì)專業(yè),從事勘測方面工作。E-mail:80771909@qq.com

P642.22

A

1671-1211(2016)03-0506-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.059

數(shù)字出版網(wǎng)址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160530.0937.008.html 數(shù)字出版日期:2016-05-30 09:37