地質(zhì)災害治理工程施工中邊坡穩(wěn)定問題及滑坡治理方法

劉海波

（甘肅省地礦局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅酒泉735000）

地質(zhì)災害治理工程施工中邊坡穩(wěn)定問題及滑坡治理方法

劉海波*

（甘肅省地礦局第四地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，甘肅酒泉735000）

通過對地質(zhì)災害治理工程施工中巖（土）體滑坡形成的原因及危害性進行綜合分析，闡述了滑坡體的分類及基本特征、巖（土）體的地質(zhì)結構對邊坡穩(wěn)定性的影響，提出了邊坡穩(wěn)定性計算方法和人工邊坡穩(wěn)定坡度的參考數(shù)據(jù)，并根據(jù)以往施工經(jīng)驗及工程實例，著重介紹了對非穩(wěn)定邊坡進行滑坡治理所采用的一般處理方法。

滑坡原因；滑坡分類；基本特征；穩(wěn)定分析；治理方法

巖（土）體邊坡穩(wěn)定問題是地質(zhì)災害治理工程施工中經(jīng)常遇到的工程地質(zhì)問題，它對整體工程的經(jīng)濟造價、安全施工和后續(xù)投入使用影響甚大，具有顯著的危害性。非穩(wěn)定邊坡對建筑物和道路造成影響或危害的主要表現(xiàn)形式為缺乏足夠的抗滑穩(wěn)定性，在各種荷載作用下坡體沿著一定的軟弱結構面下滑，從而發(fā)生局部或大面積滑坡。因此，分析巖（土）體滑坡形成的原因和特征，繼而對其進行綜合治理，是地質(zhì)災害治理工程施工中非常重要的環(huán)節(jié)。

1 滑坡形成的原因

無論是巖質(zhì)邊坡還是土質(zhì)邊坡，其穩(wěn)定因素和滑坡形成的原因很多。根據(jù)筆者在西北地區(qū)進行滑坡治理的施工經(jīng)驗，綜合歸納大致有如下幾種類型：

1.1 巖（土）體的物理性質(zhì)

巖（土）體的物理性質(zhì)決定其力學強度和抵抗外力的能力，一般情況下凡含有較多粘土礦物及親水礦物并易于軟化的巖石，如粘土、泥巖、頁巖、泥灰?guī)r、凝灰?guī)r、云母片巖、滑石片巖等具層狀結構的巖石，以及各種含有泥質(zhì)充填物的破碎帶等，均易于軟化，從而降低其力學強度，?？蓪е禄碌陌l(fā)生。

1.2 巖體內(nèi)結構面的發(fā)育特征

巖體內(nèi)發(fā)育的各種結構面，破壞了巖體的完整性，這是發(fā)生巖質(zhì)滑坡的必要條件，西北秦嶺和祁連山區(qū)所發(fā)生的滑坡絕大部分屬此種類型。當巖體被結構面切割與邊坡呈分離狀態(tài)且結構面的抗剪強度小于滑坡體的剪應力并具有滑動臨空面時，就可能導致滑坡的發(fā)生。對于松散巖體，雖然不具備明顯的地質(zhì)結構面，但當其本身的抗剪強度小于邊坡的剪力時，也可能出現(xiàn)滑坡現(xiàn)象。

1.3 外部浸水對邊坡的破壞作用

大部分邊坡變形滑移多發(fā)生在雨季，對水工建筑物而言，在水庫蓄水初期或庫水消落期間滑坡居多，證明水對邊坡穩(wěn)定性的影響是十分顯著的。究其原因，筆者認為有如下幾種情況：一是水可促進滑動帶土石的強度顯著降低；二是水的沖刷作用破壞坡腳引起滑坡；三是水庫蓄水引起庫岸邊坡失穩(wěn)滑動。

1.4 地震對邊坡的破壞作用

區(qū)域地震作用使巖（土）體結構在短時間內(nèi)發(fā)生劇烈破壞，在地震波的反復沖擊震蕩下，邊坡巖（土）體沿原有結構面或由地震所產(chǎn)生的新的結構面發(fā)生滑坡。一般情況下，地震烈度在6級以上時誘發(fā)山體滑坡的可能性是很大的，如汶川大地震曾使山體產(chǎn)生許多滑坡。

1.5 人為因素的影響

包括人工削坡、爆破及傾斜邊坡的墾植破壞、引水灌溉導致浸水滲漏等，均可造成滑坡現(xiàn)象的發(fā)生。

2 滑坡的分類及特征

根據(jù)西北地區(qū)野外地質(zhì)勘查實際情況，可粗略地將滑坡體按巖性分為5類，其各類滑坡體的基本特征為：

2.1 粘性土滑坡

均質(zhì)粘性土中的滑坡受浸水作用顯著，干燥時呈裂縫狀態(tài)，遇水時膨脹、崩解，呈軟塑或流動狀態(tài)，抗剪強度劇降。這種類型的滑坡與降雨關系極為密切，具有“大雨大滑，小雨小滑”的特點。其滑動面呈圓弧形，滑坡體與底部母巖均為粘性土，故在野外鑒定時稱之為同類土滑坡。

2.2 黃土滑坡

系發(fā)生在不同的黃土層中的滑坡，多群集出現(xiàn)，常見于高階地前緣斜坡上。此類滑坡中，一般滑動速度較快，變形急劇，規(guī)模及動能較大，破壞力強，多具崩塌性。西北地區(qū)黃土結構松散，垂直裂隙發(fā)育，透水性強，雨后常形成窩狀地下水，黃土經(jīng)浸泡軟化，其抗剪強度顯著下降，繼而形成滑坡。

2.3 碎石土滑坡

系發(fā)生在傾斜邊坡上各種堆積層中的滑坡，一般多沿基巖頂面滑動，少部分沿不同時期的堆積層面滑動，滑動面（帶）多數(shù)由一些粘土夾層或風化千枚巖、炭質(zhì)頁巖構成，且均為潮濕的或飽和的并經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有窩狀地下水活動（但滑體內(nèi)含水量很少）。基巖頂面與斜坡坡面傾向一致時，無論其巖性如何，其上的碎石土都存在滑動的可能。

2.4 均質(zhì)軟巖滑坡

在泥巖、頁巖、泥灰?guī)r等軟弱巖石中，巖性大體均一，軟弱面的強度與巖石強度基本相同。當斜坡上的剪切力大于巖石的抗剪強度時，形成近乎圓弧狀的滑動面，在滑坡體滑動過程中可順勢旋轉，具有明顯的主滑與抗滑地段。工程施工中人工開挖邊坡時，這種滑坡的規(guī)模較小，一般僅數(shù)十立方米，而在高陡的河岸則具有較大規(guī)模的滑坡發(fā)生。

2.5 堅硬巖石內(nèi)的滑坡

系沿堅硬巖石內(nèi)的軟弱面發(fā)生的滑坡，其主要特征是滑動面均在坡腳以上?；麦w通常呈塊狀，含水量很少，滑坡受一個或幾個軟弱結構面控制，滑坡壁則受構造切割面控制。當巖層的傾向和邊坡的傾向一致（外斜巖層邊坡）時，由于人工切削坡腳或河流沖淘坡腳，斜坡極易發(fā)生順層滑動，從而形成順層滑坡。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 邊坡結構對穩(wěn)定性的影響

邊坡巖（土）體的地質(zhì)結構是滑坡產(chǎn)生的內(nèi)在因素，結構面的組合控制著滑動的條件、規(guī)模、形式及方向，特別是滑動面的形態(tài)對穩(wěn)定性影響更大。野外進行地質(zhì)災害治理勘查及地質(zhì)災害治理施工時，應著重注意以下幾個方面：

（1）順坡結構面易于形成滑動面。當層面傾角小于地形坡腳時，沿層面形成完整的滑動面；當層面傾角大于地形坡腳時，應注意層面與緩傾角的節(jié)理組合的滑動面。當層面傾角很緩時，一般情況下是穩(wěn)定的，但結構面抗剪強度較低，亦應注意沿軟弱面的滑動。

（2）反坡結構面在一般情況下是穩(wěn)定的，但應注意巖（土）體往往被多組不同的結構面所切割，特別是節(jié)理發(fā)育巖石破碎地段，易于形成組合滑動面。在巖石較軟弱或節(jié)理發(fā)育的位置，由于岸坡重力作用的影響也可能產(chǎn)生松動變形。

（3）圓弧形滑動面。松散體的滑坡，往往具有圓弧形的滑動面；某些基巖的滑坡，往往也有切層現(xiàn)象形成類似的弧形滑動面。在邊坡治理中采用壓腳或減荷（減少上部重量）的方法可有效抑制此類滑坡的發(fā)生。

3.2 邊坡穩(wěn)定性計算

在野外進行地質(zhì)災害治理勘查及地質(zhì)災害治理施工中，一般是用穩(wěn)定系數(shù)K（阻滑力與下滑力的比值）來判定邊坡的穩(wěn)定性。當K＝1時，邊坡處于臨界狀態(tài)；當K＞1時，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)；當K＜1時，邊坡處于非穩(wěn)定狀態(tài)。其計算公式為：

K＝（N·tanφ+F·S）/T（N＝G·cosω T＝G· sinω）

式中：G——巖（土）體重量；

N——巖（土）體重量在滑動面上的垂直分力；

T——巖（土）體重量在滑動面上的平行分力；

F——滑動面的凝聚力；

S——滑動面的面積；

ω——滑動面的傾角；

tanφ——滑動面的摩擦系數(shù)。

3.3 人工邊坡穩(wěn)定坡度的選擇

在實際施工中天然邊坡往往不能滿足工程設計要求，需通過開挖、切削、回填等手段對原有邊坡進行改造或重新修筑邊坡，以形成穩(wěn)定的、可供利用的人工邊坡。在確定人工邊坡的穩(wěn)定坡度時，除應考慮巖（土）體的物理性質(zhì)、結構面的組合和滑動面的抗剪強度外，還需考慮各種外力作用的影響（水流、荷載等），永久邊坡和臨時邊坡的穩(wěn)定坡度亦應有所區(qū)別。根據(jù)以往滑坡治理施工經(jīng)驗，一般常見地層人工邊坡允許坡度如表1所示。

4 滑坡預防及治理措施

對于不穩(wěn)定結構類型的邊坡，根據(jù)其變形因素和變化規(guī)律，必須因地制宜地采取治理措施，防止發(fā)生嚴重變形破壞。根據(jù)以往施工經(jīng)驗，對非穩(wěn)定邊坡進行滑坡治理一般采用如下幾種方法：

4.1 地表或地下排水

水的浸泡作用是形成滑坡的重要因素，地表水的下滲增加了下滑力，軟化了滑動面，使滑坡體產(chǎn)生浮力，大大降低了抗剪強度。地表排水系在滑坡體外修筑環(huán)形截水溝以及在滑坡體內(nèi)修筑放射狀排水溝，地下排水一般是在滑坡體內(nèi)設置排水平洞或開挖滲溝等。

表1 人工邊坡允許坡度參考值

4.2 抗滑擋土墻

設置擋土墻是滑坡治理經(jīng)常采用的有效措施之一，對于大型滑坡做為排水、減重等綜合措施的一部分，對于中小型滑坡常與支撐滲溝聯(lián)合使用。其優(yōu)點是破壞山體平衡小，穩(wěn)定滑坡收效快。

4.3 抗滑樁

以各種形式的樁體嵌入滑動面之下，用以阻止坡體滑動。在樁身材料上分為木樁、鋼管（鋼板）樁、鋼筋混凝土樁等，在布置形式上分為相互連接、相互間隔、相互交錯等排樁，一般適用于淺層及中厚層滑坡。

4.4 鋼筋（鋼索）錨固

不穩(wěn)定或已出現(xiàn)裂隙的巖體邊坡，當巖石較完整時可以用鋼筋（鋼索）錨固的方法予以處理。錨桿長度一般應穿過滑坡體深入母巖不小于1/3錨桿長度。錨桿制作材料可由具有一定強度的鋼筋束或鋼索組成，其周圍應壓入高標號水泥漿封堵固定，與圍巖連為一體。在必要情況下，可對錨桿（錨索）施加一定的預應力，形成預應力錨桿（錨索）。

4.5 減荷與壓腳

這種處理方法的目的是力求改善邊坡的平衡條件，通過上部減荷以減小下滑力，下部壓腳以增大阻滑力。對于滑動面上陡下緩推移式滑坡，減荷效果較為明顯。當滑動面在坡腳上翹即存在反弧時，則采用壓腳的處理方法其效果較為明顯。當滑動面上下一致甚至上緩下陡時，不宜采用此種處理方法。

5 工程實例

位于甘肅省境內(nèi)河西走廊某水庫大壩，其上游左岸為一順向邊坡，坡腳巖層已被河流沖刷切斷。邊坡巖層為泥盆系的石英砂巖夾薄層頁巖，頁巖受層間錯動影響呈破碎泥化狀態(tài)，構成滑動控制面。巖層走向NE60°～70°，產(chǎn)狀傾向河中，上陡下緩，上部傾角30°～38°，下部傾角18°～30°。坡體位于1350～1436m高程之間，上部寬約150m，沿水面寬約185m，厚度10～13m，總體積約68×104m3。因地質(zhì)作用而產(chǎn)生的3條斷層將坡體由上而下大致分割成3部分，經(jīng)野外勘查試驗并參考經(jīng)驗數(shù)據(jù)，摩擦系數(shù)確定為0.29、0.31、0.48，凝聚力確定為0.1、0.3、0.25，其地質(zhì)剖面及現(xiàn)場巖體分布情況如圖1所示。

圖1 大壩地質(zhì)面及現(xiàn)場巖體分布情況

經(jīng)對該邊坡進行穩(wěn)定計算，邊坡穩(wěn)定系數(shù)K= 0.92，接近于臨界狀態(tài)。通過野外現(xiàn)場勘查，該河段同類邊坡滑動面傾角在30°以上的絕大部分都已滑落，但該段邊坡由于斷層切割和下部巖層平緩，使巖體尚保持穩(wěn)定狀態(tài)。分析研究現(xiàn)場不穩(wěn)定因素，首先當水庫蓄水后，邊坡下部較平緩的地段將被淹沒，下部受浮托力影響較大；其次隨地下水位升高，滑動面處于長期飽和狀態(tài)，抗剪強度將會明顯降低；再者其坡腳巖層已被河流沖刷切斷，具有滑動臨空面。由此推斷水庫蓄水后該邊坡是不穩(wěn)定的，必須采取有效的治理措施。

鑒于以上實際情況，我們對該邊坡采取了如下治理措施：

（1）清除坡體上部覆蓋層及風化基巖表層，人工削坡約9.6×104m3，通過上部減荷降低下滑力，改善了邊坡的平衡條件；

（2）為防止降雨下滲，惡化邊坡穩(wěn)定性，在重點區(qū)域特別是3條斷裂帶部位采用了澆灌水泥漿液及砂漿護面的處理方法；

（3）沿坡腳修筑了一道長200m的混凝土擋墻，并兼做防波堤之用。此舉不僅有效阻擋了河流對坡腳的沖刷破壞，而且封堵了地下水位對滑動面的浸潤通道，又填補了滑動臨空面，可謂一舉三得，對坡體穩(wěn)定起到至關重要的作用；

（4）自坡腳開始沿坡面布設施工6排預應力錨索，呈梅花形布置。其排距和錨索間距均為25m，錨索長度根據(jù)坡體厚度確定，以穿過坡體滑動面進入穩(wěn)定基巖面不小于坡體厚度為宜。其施工工序分鉆孔、灌漿、張拉3步，在鉆孔中植入錨索后，用高壓泵注入高標號水泥漿液封堵固定，待凝14d后對錨索進行張拉，施加一定預應力。

通過采取以上措施對該邊坡進行綜合治理，基本上消除了不穩(wěn)定因素的影響。水庫正常蓄水后，其坡腳及下部較平緩的地段在浸水淹沒情況下，該段邊坡仍然長期處于穩(wěn)定狀態(tài)，取得了較為理想的治理效果。

[1]黃昌乾,丁恩保.邊坡工程常用穩(wěn)定性分析方法[J].水電站設計,1999,15（1）.

[2]馬麗.論工程滑坡的成因與防治[J].西部探礦工程,2003（5）.

[3]殷躍平,彭軒明.三峽庫區(qū)千將坪滑坡失穩(wěn)探討[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2007（3）.

[4]白有社,岳正喜.南溝滑坡穩(wěn)定性分析與防治對策[J].西部探礦工程,2008（1）.

[5]楊永波.庫岸區(qū)巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析研究[J].西部探礦工程, 2013（2）.

[6]DZ/T0219-2006滑坡防治工程設計與施工技術規(guī)范[S].北京：中國標準出版社,2006.

[7]鄭穎人,陳祖煜,王恭先，凌天清.邊坡與滑坡工程治理[M].人民交通出版社,2007.

[8]《工程地質(zhì)手冊》編委會.工程地質(zhì)手冊[M].4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社,2007.

P642.22

A

1004-5716(2015)08-0005-04

2014-12-29

2014-12-31

劉海波（1967-），男（漢族），河北保定人，高級工程師，現(xiàn)從事探礦工程、地質(zhì)災害治理工程、地基與基礎工程施工和管理工作。