復雜地質(zhì)山區(qū)上壩路基滑坡治理方法優(yōu)選研究

趙 普

(本溪市水資源(節(jié)水)管理辦公室，遼寧 本溪 117022)

我國幅員遼闊，在西部地區(qū)，山區(qū)地質(zhì)地貌強烈發(fā)育，每年夏季多發(fā)生滑坡、泥石流等地質(zhì)災害，這對附近區(qū)域居民生命安全、公共基礎設施以及道路橋梁等的安全運行帶來嚴重的危害[1- 2]。

路基滑坡治理工程是保障道路安全運行的必要建設項目，是維持交通安全的重要手段。張小衛(wèi)[3]以六盤水市大河經(jīng)濟開發(fā)區(qū)天湖路K4+720—K4+940段左側(cè)高邊坡滑坡治理工程為例，通過采用抗滑樁治理的方法，確保了道路高邊坡的穩(wěn)定；張志強[4]以渝利鐵路黃草山滑坡治理工程為研究對象，對黃草山滑坡進行了穩(wěn)定分析，得出在路基和隧道通過的地段對滑坡的穩(wěn)定性不利，綜合采用采用抗滑樁、錨索樁板墻、排水等綜合工程措施對滑坡體進行治理；柏建利[5]等通過對某公路滑坡的穩(wěn)定性進行詳細分析，并結(jié)合該滑坡工程地質(zhì)特征及危害范圍等因素，對滑坡治理方案的比選，采取了以抗滑樁為主，結(jié)合錨桿和擋土墻為輔的綜合治理方案，達到了預期目標，為同地區(qū)相似滑坡治理工程提供了經(jīng)驗；賴書名[6]以S105線K168+910～K169+0段滑坡為例，在查明滑坡的現(xiàn)狀特征、變形歷史與前期工程治理效果、形成原理與機理的基礎上，對其安全穩(wěn)定性進行了預測評價，并提出拆除損毀擋土墻、新建抗滑擋土墻、清除危石并修復公路邊溝的治理建議。

數(shù)值分析軟件是分析邊坡穩(wěn)定性提供合理滑坡治理措施的有效根據(jù)。張羅送等[7]針對某庫岸滑坡受極值降雨和水位調(diào)控方案的影響，運用GeoStudio分析軟件對不同工況下的滑坡進行穩(wěn)定性計算，確定出滑坡最不利工況條件，通過以最高性價比作為滑坡最佳加固措施的方法，對抗滑樁、削坡減載和錨桿3種設計治理方案進行綜合評定，最終確定性價比最高的方案對滑坡進行治理；梁玉華[8]根據(jù)江西省某縣滑坡區(qū)具體實例，采用ABAQUS軟件進行了三維有限元數(shù)值模擬分析，對樁與巖土的相互作用展開研究，分析了滑坡初始狀態(tài)、開挖狀態(tài)、抗滑樁加固狀態(tài)3種工況下滑坡的應力、位移場分布特征。本文基于GeoStudio數(shù)值分析軟件，以遼寧省某市路基滑坡為例，基于數(shù)值分析計算結(jié)果得出滑坡穩(wěn)定性，并提出該滑坡治理的有效方案。

2 滑坡穩(wěn)定性分析

2.1 滑坡概況

擬建上壩路基滑坡治理工程位于本溪市西部山區(qū)，斜坡原坡面較為平緩，原有坡體穩(wěn)定，工程地質(zhì)條件復雜，地層分布層次不齊，上層主要分布巖體為煤矸石，煤矸石遇水強度大大降低，厚度約65m；煤矸石底層下不均勻分布有粉質(zhì)黏土，層厚在0～15m之間，坡體坡頂及坡腳部位粉質(zhì)黏土層較厚，距坡腳40～60m層厚幾乎為0；粉質(zhì)黏土下層均勻分布全強風化砂巖，巖性較為破碎，強度低，具體見表1。此外，由圖1可見，坡體分布有兩條裂縫帶：一級滑動帶包含了整個坡體，長度在623m左右，寬度約為250m；二級滑動帶在滑坡坡體中部，自東而西分布，長度約400m。

表1 地層參數(shù)

圖1 坡體裂縫帶分布

2.2 基于GeoStudio的滑坡穩(wěn)定性分析

基于極限平衡法和有限單元法基本理論，采用Geo Studio軟件模擬該路段路基滑坡的穩(wěn)定性研究以及抗滑樁與滑坡體之間相互作用，滑坡的基本形態(tài)及計算模型如圖2所示，位移矢量計算結(jié)果如圖3所示。

圖2 坡體基本計算模型

圖3 坡體位移矢量圖

由圖3可知，在工程應力與降雨雙重條件作用下，該滑坡坡體的最大位移出現(xiàn)在坡頂處，主要涉及地層為煤矸石層，粉質(zhì)黏土層變形較??；坡頂土體發(fā)生較大位移且向臨空面發(fā)展，滑移傾向為下沉-滑移狀態(tài)，坡腳以及坡面相對較穩(wěn)定。根據(jù)最終計算結(jié)果顯示，在開挖與降雨雙重條件情況下，坡體的穩(wěn)定性系數(shù)為0.905，根據(jù)滑坡穩(wěn)定性系數(shù)與穩(wěn)定狀態(tài)評判標準(表2)可知，該滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

表2 滑坡穩(wěn)定性系數(shù)與穩(wěn)定狀態(tài)評判標準

目前，滑坡的發(fā)展逐漸進入加速發(fā)展階段?；碌暮缶壱呀?jīng)嚴重變形，公路出現(xiàn)沉降，后緣裂縫帶發(fā)育較為嚴重，中部的部分區(qū)域出現(xiàn)貫穿性的裂縫，滑坡前緣的變形也較為嚴重，已經(jīng)出現(xiàn)大面積的地面隆起，下方的村莊受災嚴重，上部的該公路已經(jīng)遭到嚴重的破壞，根據(jù)滑坡的穩(wěn)定性分析計算結(jié)果和野外勘察，目前的滑坡發(fā)展仍會繼續(xù)，沒有出現(xiàn)停止的跡象，并且滑坡體在受到降水影響下的穩(wěn)定性較差，上部的煤矸石土體的力學性質(zhì)較差，如果沒有采取工程措施，會導致坡體的持續(xù)蠕變，進而影響坡體的穩(wěn)定性，造成坡體的大幅變形和破壞，影響范圍該公路及附近村莊安全。

根據(jù)上述對滑坡的穩(wěn)定性分析和二維角度的有限元分析，坡體原本存在的裂縫以及煤矸石邊坡的頂部的不合理堆填的是滑坡的形成的重要因素?；碌挠覀?cè)前緣部分局部挖方，這使得原有邊坡的前緣產(chǎn)生局部位移；滑坡的左翼前緣的地下管線施工使得滑坡的左側(cè)前緣的部分土體滑動；而造成原有的坡體形成較大的位移是坡頂?shù)亩烟睿醪脚卸ɑ碌某梢驅(qū)儆跔恳?推移式滑坡。

3 治理方案優(yōu)選

由上述對該路基邊坡的數(shù)值模擬分析結(jié)果可知，在降雨情況下，該邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為0.905，故該邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要進行有效的治理方可作為公路路基。本文將基于安全、生態(tài)環(huán)保、經(jīng)濟、科學等滑坡治理原則，通過綜合比較錨桿、削坡、堆載、抗滑樁等多項滑坡治理手段，經(jīng)過商議，最終優(yōu)選“削方減載+排水+抗滑樁”綜合治理方案為該路基滑坡治理方案，具體結(jié)構(gòu)設計如下。

3.1 削方減載

削方減載工程是通過消除坡面多余土石方達到減輕坡面荷載，降低滑坡滑動可能性。根據(jù)該路段路基滑坡的地質(zhì)條件，整個滑坡區(qū)域長約600m，寬度約240m，上下高差近70m，地質(zhì)條件較為穩(wěn)定。通過削方減載的措施來穩(wěn)定滑坡體使得其達到穩(wěn)定狀態(tài)是可行的，削坡的工程施工量較大，由于附近的交通較為便利，且有可以利用的棄土場，因而便于施工的進行；由此來看，削坡減載施工技術(shù)上是可行的，但是也需要考慮到，煤矸石是一種較為松散的土體，削坡后坡體的巖土體性質(zhì)仍然較差，因此，僅通過削方減載不能完全達到維護滑坡穩(wěn)定的目的。

3.2 排水工程

由于僅靠削坡減載工程不能完全解決路基滑坡問題，進一步設置截、排水溝以提高坡體安全性。該市多年平均降雨量480mm/a，最大年降雨量可達824.7mm/a，日最大降雨量14mm，暴雨程度50mm/h。地表排水工程設計中的排水工程布置于滑坡的后緣以及滑坡坡體表面，此次布置方案有以下幾點。

(1)滑坡的后緣也就是4級平臺上應布置外圍截水溝，用來阻擋降水通過匯流途徑進入滑坡范圍，起到隔阻作用。

(2)排水溝沿公路兩側(cè)布設兩條，在滑坡體內(nèi)部布設3條，有經(jīng)過裂縫發(fā)育較為嚴重的區(qū)域，可采用黏土先行填實，在進行工程施工，同時應當確保沒一級平臺不保留匯水洼，以便及時將水體排走。

3.3 抗滑樁工程

根據(jù)滑坡地質(zhì)地層勘察及室內(nèi)試驗結(jié)果，該滑坡主要地層信息見表1。引用經(jīng)典剩余下滑力理論[9- 10]對滑坡荷載進行計算，考慮降雨及地下滲流的影響，其基本計算公式如下：

Pi=Pi-1×?+Ks×Ti-Ri

(1)

式中，Pi、Pi-1—第i、i-1條塊的剩余下滑力，kN/m;?—傳遞系數(shù)且滿足式(2)；Ti—塊體下滑力，kN；Ri—抗滑阻力，kN；Ks—安全系數(shù)。

?=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanαi

(2)

得出最終下滑力計算結(jié)果見表3。

表3 滑坡下滑力計算結(jié)果

由表3可知，GeoStudio數(shù)值分析軟件與經(jīng)典剩余下滑力對滑坡安全性計算分析結(jié)果之間存在一定的差異，但計算結(jié)果均表示，在降雨滲流條件下該滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要采用抗滑樁進行治理，經(jīng)過設計與計算，抗滑樁的主要參數(shù)見表4，其剖面分布及整體空間分布如圖4、圖5所示。

圖4 抗滑樁布置剖面圖

圖5 抗滑樁整體空間布置圖

樁號12樁長1212嵌入深度8.239.45截面尺寸2×22×2樁間距55抗滑力方向垂直樁身垂直樁身

4 結(jié)論

(1)本溪市某山區(qū)水利上壩公路工程地質(zhì)復雜，且坡體存在兩條較大裂縫，通過采用GeoStudio數(shù)值分析軟件得出在填方及降雨條件下滑坡在坡頂處存在較大的、向臨空方向發(fā)展的位移，滑坡不穩(wěn)定。

(2)通過討論與設計，優(yōu)選采用“削方減載+排水工程+抗滑樁工程”綜合治理方式處置路基滑坡問題，經(jīng)長期觀測，治理后的滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，確保了該路段的安全運營，為我國復雜地質(zhì)山區(qū)滑坡治理提供了良好的范例。

(3)此外，從長期運營及經(jīng)濟角度考慮，滑坡治理應進一步引入生態(tài)工程建設，因此，如何有效布置綠化工程、對樹種的選擇等問題仍值得進一步研究分析。