淺析巨型滑坡防治技術(shù)體系框架

魏永幸 李天斌

(1.中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司， 成都 610031；2.成都理工大學(xué)， 成都 610059)

巨型滑坡，因其形成與演化機理復(fù)雜,且治理工程實施困難，其治理工程一直存在“設(shè)計難”“評估難”“決策難”的問題。國內(nèi)有學(xué)者對巨型滑坡機理開展過研究,中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司聯(lián)合成都理工大學(xué)開展了“西南地區(qū)巨(大)型滑坡演化機理及防治對策”研究，收集了中外巨(大)型滑坡案例300多例，并對巨型滑坡防治工程從理念、方法、技術(shù)等方面進行了系統(tǒng)分析,開展了概化模型的試驗研究[1-5]。本文在上述研究的基礎(chǔ)上，基于滑坡防治工程設(shè)計的角度，對巨型滑坡防治理念、設(shè)計方法、工程技術(shù)、工程模式等進行探討，希望有益于巨型滑坡防治工程的設(shè)計、決策，并由此構(gòu)建巨型滑坡防治技術(shù)體系的框架。

1 巨型滑坡防治理念

巨型滑坡，范圍廣、滑體厚、體積大，加之滑床形態(tài)通常多樣復(fù)雜，大部分滑坡都在平面上存在“分區(qū)”滑動、在滑動主軸斷面上存在“分級”滑動的現(xiàn)象。針對“分區(qū)”、“分級”滑動，滑坡治理工程在實施時序上，普遍采用“分期治理”。巨型滑坡治理工程設(shè)計，更強調(diào)“排水優(yōu)先”和“排水與抗滑錨固并重”。

1.1 “分區(qū)”、“分級”、“分期”治理

巨型滑坡的平面范圍廣，滑坡的不同區(qū)域，其滑動或變形速率往往不一樣，在平面上存在明顯的“分區(qū)”特征，反應(yīng)在滑坡主軸斷面上，存在“分級”滑動的現(xiàn)象。其主要原因有：(1)不同區(qū)域的滑床形態(tài)，可能存在差異，導(dǎo)致不同區(qū)域滑坡體滑動趨勢的不同。滑床陡，滑坡體滑動趨勢大，反之，滑床平緩或反傾，滑坡體滑動趨勢小。(2)不同區(qū)域的滑坡體物質(zhì)組成、成分、性質(zhì)不同，特別是滑帶土的物質(zhì)組成、成分、性質(zhì)可能存在差異，這些差異可能導(dǎo)致不同區(qū)域滑坡體滑動趨勢的不同。(3)巨型滑坡的滑動區(qū)、阻滑區(qū)，以及牽引區(qū)，其滑動趨勢往往不同，反映在滑坡體地表，其變形速率不同。圖1為南昆鐵路八渡車站滑坡的主軸斷面示意圖，根據(jù)地表變形、滑床形態(tài)，綜合判斷滑坡呈現(xiàn)明顯的兩級滑動特征[6]。

圖1 南昆鐵路八渡車站滑坡的主軸斷面示意圖

巨型滑坡防治工程，要針對滑坡“分區(qū)”、“分級”特征，采取相應(yīng)的“分區(qū)”、“分級”治理對策。巨型滑坡 “分區(qū)”、“分級”治理，在實施時序上，實際是“分期”治理。巨型滑坡由于形成演化機理復(fù)雜，采用 “分期”治理，也有利于通過先期施工，近一步判明滑坡滑動機制、治理工程的針對性和有效性，為后期工程實施提供依據(jù)。

1.2 “排水優(yōu)先”和“排水與抗滑錨固并重”

滑坡穩(wěn)定分析中剩余下滑力=下滑力-滑床阻滑力，其中，滑床阻滑力=滑坡體豎向重力×滑帶土阻力系數(shù)。

巨型滑坡，由于滑坡體積巨大，滑坡體作用在滑面的豎向作用力大，滑帶土阻力系數(shù)的微小變化，將引起滑床提供的阻滑力的較大變化，從而引起滑坡剩余下滑力的較大變化。如，滑帶土體內(nèi)摩擦角變化1°，滑坡剩余下滑力增減一般在 1 000 kN以上[6]。這說明，滑坡剩余下滑力對滑帶土阻力系數(shù)十分敏感,這是巨型滑坡的重力作用效應(yīng)。因此，對于巨型滑坡，無論是從增強滑坡穩(wěn)定因素的角度，還是從保持滑坡長期穩(wěn)定的角度來看，都必須重視滑坡體，特別是滑帶土體的排水。

此外，相關(guān)研究表明，巨型滑坡還存“鎖固段”鎖固效應(yīng)[6]。受“鎖固段”鎖固作用，滑坡下滑趨勢被抑制，滑坡趨向穩(wěn)定，在穩(wěn)定狀態(tài)下，滑帶土的性質(zhì)、強度參數(shù)等不斷得以改善，其趨勢更加穩(wěn)定。反之，若缺乏“鎖固段”鎖固作用，滑坡阻滑主要依靠滑帶土抗剪強度的發(fā)揮來實現(xiàn)，滑坡的穩(wěn)定性主要與滑帶土抗剪強度有關(guān)，其可靠度較低。鑒于此，可通過設(shè)置人工“鎖固段”，來提高巨型滑坡的穩(wěn)定性。因此，對于巨型滑坡，設(shè)置抗滑樁、剪力榫等抗滑錨固工程，通常是滑坡防治工程的首選。

綜上，巨型滑坡防治，要貫徹“排水優(yōu)先”和“排水與抗滑錨固并重”的理念，重視改善滑坡體的水環(huán)境，優(yōu)先實施地表、地下排水工程，同時設(shè)置可靠的抗滑錨固工程，確?；碌姆€(wěn)定。

2 巨型滑坡防治工程設(shè)計方法

鑒于巨型滑坡形成演化機理的復(fù)雜性，巨型滑坡治理工程設(shè)計，應(yīng)首先進行滑坡機制分析，在此基礎(chǔ)上采用數(shù)值模擬方法對滑坡在環(huán)境因素變化條件下的穩(wěn)定性、設(shè)置抗滑錨固工程對滑坡穩(wěn)定性的影響等進行分析(統(tǒng)稱為滑坡整體模擬分析)，依據(jù)滑坡機制分析、滑坡整體模擬分析，優(yōu)化治理工程。同時，由于巨型滑坡治理工程一般規(guī)模較大、投資較大、工期較長，需要開展滑坡治理風(fēng)險評估、滑坡治理價值評估，基于風(fēng)險評估、價值評估進行科學(xué)決策，確定治理工程施工次序、時機等。上述方法，稱為巨型滑坡防治的“兩分析、兩評估” 設(shè)計方法。

2.1 滑坡機制分析

巨型滑坡形成演化機制復(fù)雜，常見的巨型滑坡形成演化模式，如表1所示[7]。

表1 巨型滑坡形成演化模式及其特征

對于具體的滑坡，必須在測繪、調(diào)查、勘察、試驗，基本查清滑坡范圍、滑體物質(zhì)、滑體變形、地質(zhì)環(huán)境等基礎(chǔ)上，進行滑坡機制分析，以判明滑坡形成演化機制，以及影響滑坡穩(wěn)定的主要因素等，為針對性制定滑坡防治對策提供依據(jù)。

2.2 滑坡整體模擬分析

巨型滑坡一般存在“分區(qū)”、 “分級”滑動。如何進行“分區(qū)”與“分級”的劃分與判別，是巨型滑坡防治工作的難點、重點。

滑坡“分區(qū)”與“分級”，可依據(jù)滑坡體的變形來進行劃分。當(dāng)缺乏滑坡體變形資料時，則需要運用數(shù)值分析方法，對滑坡進行整體模擬分析，分析滑坡不同區(qū)域的滑動趨勢，并據(jù)此進行滑坡的“分區(qū)”、“分級”。

利用滑坡整體模擬分析，還可分析抗滑錨固工程對滑坡的影響，評價“分區(qū)”、“分級”設(shè)置抗滑錨固工程的合理性、有效性，為優(yōu)化防治工程提供依據(jù)。

2.3 滑坡治理風(fēng)險評估

巨型滑坡規(guī)模大、滑體厚，治理工程往往難度大、周期長、投資大。同時，由于巨型滑坡形成演化機制復(fù)雜，如對滑坡形成機制判別不準(zhǔn)，可能出現(xiàn)治理工程針對性不夠，導(dǎo)致不必要的工程增加，出現(xiàn)工程失效或報廢，造成經(jīng)濟、工期、環(huán)保等多重?fù)p失。為防范風(fēng)險，在巨型滑坡治理工程實施前，應(yīng)進行滑坡治理風(fēng)險評估。

滑坡治理風(fēng)險評估的內(nèi)容包括滑坡滑動風(fēng)險評估、滑坡治理風(fēng)險評估和滑坡治理工程風(fēng)險評估。

(1)滑坡滑動風(fēng)險評估：識別影響滑坡穩(wěn)定的因素，評估滑坡滑動的可能性，評估滑坡滑動造成的損失。

(2)滑坡治理風(fēng)險評估：分析滑坡治理工程的可行性，評估滑坡治理工程的可靠性，評估滑坡治理工程失效的風(fēng)險。

(3)滑坡治理工程風(fēng)險評估：評估滑坡治理工程設(shè)計風(fēng)險，評估滑坡治理工程施工風(fēng)險，評估滑坡治理工程投資風(fēng)險。

2.4 滑坡治理價值評估

巨型滑坡治理工程投資大，與此同時，由于巨型滑坡滑體厚，治理工程往往施工難度大，加之巨型滑坡形成演化機制復(fù)雜，如對滑坡形成機制判別不準(zhǔn)，可能出現(xiàn)治理工程針對性不夠，甚至出現(xiàn)工程失效或報廢，造成經(jīng)濟損失。為防范風(fēng)險，在巨型滑坡治理工程實施前，應(yīng)進行滑坡治理價值評估。

滑坡治理價值評估的內(nèi)容包括滑坡治理必要性評估和滑坡治理價值評估。

(1)滑坡治理必要性評估：滑坡治理必要性分析。

(2)滑坡治理價值評估：滑坡治理投入產(chǎn)出分析，滑坡治理經(jīng)濟效益分析，滑坡治理社會效益分析。

3 巨型滑坡防治工程技術(shù)

巨型滑坡防治技術(shù)可歸納為3類：①抗滑錨固；②改善滑坡環(huán)境；③減載反壓。

3.1 抗滑錨固

抗滑錨固是通過設(shè)置阻滑結(jié)構(gòu)阻止滑坡滑動，或?qū)⒒洛^固于穩(wěn)定地層。常用的抗滑錨固結(jié)構(gòu)包括抗滑樁、剪力榫、以及錨索抗滑樁、錨索框架梁等。

抗滑樁在滑坡治理中使用較多?？蓡闻挪贾?，也可布置為雙排或多排。上世紀(jì)70年代，襄渝鐵路趙家塘滑坡整治曾采用了截面3.5 m×7 m的抗滑樁,最大樁長46.7 m[8]。

剪力榫是抗滑樁的一種特殊形式，適用于滑動面清晰、滑坡體整體性較好的滑坡。南昆鐵路柏子村1號隧道曾受不穩(wěn)定斜坡蠕滑的影響出現(xiàn)開裂，為保護隧道，在隧道外側(cè)(線路中心右側(cè)16～20 m 處)設(shè)置了1排剪力榫(埋式抗滑樁) ，以阻止不穩(wěn)定斜坡的滑動，截面有2.5 m×3.5 m和3.0 m×4.5 m 2種,最大樁井挖深80 m,最大樁長20 m，如圖2所示[9]。

圖2 南昆鐵路柏子村1號隧道不穩(wěn)定斜坡治理示意圖

當(dāng)滑坡體較厚時，為改善抗滑樁的受力，可在抗滑樁頂部設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索，形成錨索抗滑樁結(jié)構(gòu)?；麦w不厚且整體性較好時，也可采用錨索框架梁結(jié)構(gòu)。南昆鐵路八渡車站滑坡治理中采用了雙排錨索抗滑樁和錨索框架梁結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 南昆鐵路八渡車站滑坡治理示意圖

3.2 改善滑坡環(huán)境

改善滑坡環(huán)境，包括設(shè)置防止雨水下滲、迅速排泄地表水的地面防水、排水系統(tǒng)工程，以及疏排滑動帶土體地下水的地下泄水洞和排水洞工程。

南昆鐵路八渡車站滑坡，在滑坡后緣外設(shè)置截水溝，在滑坡范圍設(shè)施了“橫七豎八”的截、排水溝，夯填地表局部凹地，將兩條自然溝渠化，形成完整的排水系統(tǒng)。并在主次兩級滑坡范圍內(nèi)分別設(shè)置了“T”型、“Y” 型地下泄水洞，疏排滑動帶土體地下水。

3.3 減載反壓

在滑坡后緣清方減載，在滑坡前緣填土反壓，均有利于減緩、抑制滑坡的變形。

對于有條件的巨型滑坡，采用滑坡后緣清方減載，或滑坡前緣堆載反壓的措施，可起到迅速抑制巨型滑坡變形的作用，這對巨型滑坡治理而言，既是一種應(yīng)急搶險的措施，也是巨型滑坡治理工程的一部分。

4 巨型滑坡防治工程模式

綜上分析，巨型滑坡防治模式主要有4種模式：①“抗滑錨固+滑帶排水”模式；②“抗滑錨固+地表排水”模式；③“抗滑錨固+滑帶排水+地表排水”模式；④“減載反壓+抗滑錨固+地表排水”模式。

4.1 “抗滑錨固+滑帶排水”模式

“抗滑錨固+滑帶排水”模式是巨型滑坡治理常用的一種模式。抗滑錨固以大截面抗滑樁為主(亦可采用剪力榫、錨索抗滑樁、錨索框架梁)?；瑤潘饕捎眯顾鹊溃约芭c泄水廊道聯(lián)通的疏排滑帶土體自由水的滲井、滲管。模式示意如圖4所示。

圖4 巨型滑坡治理“抗滑錨固+滑帶排水”模式示意圖

4.2 “抗滑錨固+地表排水”模式

地表排水包括截排地表水的排水系統(tǒng)，以及減少或防止地表水下滲的地面壓實、改造和植被恢復(fù)。模型示意如圖5所示。

圖5 巨型滑坡治理“抗滑錨固+地表排水”模式示意圖

4.3 “抗滑錨固+滑帶排水+地表排水”模式

該模式為巨型滑坡治理使用較多的一種模式，也是模式①與模式②的組合模式，模式示意如圖6所示。

圖6 巨型滑坡治理“抗滑錨固+滑帶排水+地表排水”模式示意圖

4.4 “減載反壓+抗滑錨固+地表排水”模式

在條件允許的情況下，在滑坡后緣清方減載，在滑坡前緣填土反壓，對減緩、抑制滑坡變形效果明顯，通?？勺鳛榛聭?yīng)急搶險措施使用。且對保障后續(xù)抗滑錨固工程的施工安全十分有利。

5 巨型滑坡防治技術(shù)體系框架

巨型滑坡，因其形成與演化機理復(fù)雜，且治理工程實施困難，其治理工程在理念、方法、技術(shù)、模式等方面存在特殊性?；谏鲜鲅芯?，本文提出巨型滑坡防治技術(shù)體系框架及主要內(nèi)容，如表2所示。

表2 巨型滑坡防治技術(shù)體系框架及主要內(nèi)容

6 結(jié)束語

本文基于滑坡治理工程設(shè)計的角度，對巨型滑坡防治理念、防治工程設(shè)計方法、防治工程技術(shù)、防治工程模式等進行探討，得出以下結(jié)論：

(1)巨型滑坡一般存在“分區(qū)”、“分級”滑動的特征，應(yīng)針對性采取“分區(qū)”、“分級”、“分期”治理。

(2)巨型滑坡防治要貫徹“排水優(yōu)先”和“排水與抗滑錨固并重”的理念，優(yōu)先實施地表、地下排水工程，并設(shè)置可靠的抗滑錨固工程，確?；碌姆€(wěn)定。

(3)巨型滑坡形成演化機理復(fù)雜，治理工程艱巨，為科學(xué)評價治理工程的合理性、可行性，應(yīng)開展滑坡機制分析、滑坡整體模擬分析，以及滑坡治理風(fēng)險評估和滑坡治理價值評估。上述方法，稱為巨型滑坡防治工程“兩分析、兩評估”設(shè)計方法。

(4)總結(jié)歸納，巨型滑坡防治工程主要有“抗滑錨固+滑帶排水”“抗滑錨固+地表排水”“抗滑錨固+地表排水”“抗滑錨固+滑帶排水+地表排水”“減載反壓+抗滑錨固+地表排水”4種治理模式。