福建三明沙溪河岸某邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)與加固設(shè)計(jì)

何英達(dá)，崔芳鵬

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京) 地球科學(xué)與測(cè)繪工程學(xué)院，北京 100083

0 引 言

沙溪河為閩江一條主要支流，是三明市最大的河流，發(fā)源地位于福建省建寧縣嚴(yán)峰山。全長(zhǎng)325 km，流域?yàn)槿魇型恋孛娣e的一半，達(dá)11 793 km2，惠及清流、寧化、三明、永安、沙縣四市。三明市市區(qū)分布在沙溪下游的東側(cè)和西側(cè)，構(gòu)成一個(gè)窄而長(zhǎng)的小盆地，且沙溪河河道的平均坡降為0.9%。因此，三明市市區(qū)受洪澇災(zāi)害威脅嚴(yán)重。

沙溪流域濕潤(rùn)溫和，為海洋性季風(fēng)氣候，降水十分豐富且分布不均勻，易對(duì)邊坡穩(wěn)定性造成威脅，并威脅居民生命財(cái)產(chǎn)安全、影響三明市工業(yè)發(fā)展等。在此背景下，運(yùn)用GeoStudio軟件對(duì)沙溪某邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)[1-2]。

1 研究區(qū)概況

(1)工程地質(zhì)條件。研究區(qū)位于丘陵山坡地帶，地勢(shì)總體東北高，西南低，坡下為寧路村民房建筑，坡體表層植被發(fā)育。原狀坡體坡度25°～40°，海拔高度一般為350.00～395.00 m，相對(duì)高差45 m，各勘探點(diǎn)孔口高程為359.41～389.11 m。地層為粉質(zhì)粘土層、石英云母片巖殘積粘性土、砂土狀強(qiáng)風(fēng)化石英云母片巖、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化石英云母片巖四層。

(2)水文地質(zhì)條件?？辈靺^(qū)未發(fā)現(xiàn)地表水系。東北側(cè)老滑坡下段坡腳處有1處泉點(diǎn)，系地下水出露點(diǎn)，流量約0.09 L/s。場(chǎng)地內(nèi)地下水主要為賦存于基巖風(fēng)化帶中裂隙潛水，含水層富水性弱，透水性弱，屬弱透水層。地下水補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水下滲補(bǔ)給及同一含水層的側(cè)向補(bǔ)給，地下水順坡向逕流，向地勢(shì)低洼處排泄。地下穩(wěn)定水位埋深為2.90～8.50 m，水位標(biāo)高348.17～353.31 m。由于場(chǎng)地地下水主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水，在枯水期，地下水位及水量下降幅度較大，水位變幅3～5 m。

2 基于GeoStudio坡體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

2.1 天然狀態(tài)下坡體穩(wěn)定性

運(yùn)用Geo-slope模塊分析了天然狀態(tài)下坡體穩(wěn)定性，最危險(xiǎn)滑移面安全系數(shù)為1.145，結(jié)果表明原生坡體穩(wěn)定[3-6](表1、圖1)。

表1 最危險(xiǎn)滑移面數(shù)據(jù)Table 1 Table 1Most dangerous slip surface data

圖1 天然坡體穩(wěn)定性分析成果圖Fig.1 Analysis results of natural slope stability analysis

2.2 暴雨情況下坡體穩(wěn)定性

運(yùn)用Geo-slope與Geo-seep模塊耦合分析了暴雨工況下坡體的穩(wěn)定性，最危險(xiǎn)滑移面的安全系數(shù)為0.955，結(jié)果表明坡體在暴雨工況下失穩(wěn)(圖2、表1)。

圖2 天然坡體在暴雨工況的穩(wěn)定性分析成果圖Fig.2 Stability analysis results of natural slopes under heavy rain conditions

3 坡體加固

3.1 排水工程

(1)設(shè)置坡體排水溝和邊溝?？紤]到坡體排水溝需設(shè)置在坡度較為緩和、自然排水能力較差的坡段。將排水溝位置定于X=5 m、X=20 m、X=42 m的坡體上中下地段。在坡腳設(shè)置邊溝，除排水外，還可攔截坡體滾石(圖3、圖5)。

圖3 排水溝、邊溝剖面圖Fig.3 Sectional view of drainage ditch and side ditch

(2)坡面防護(hù)工程。由于研究區(qū)坡體表層植被發(fā)育，以毛竹和雜草為主。毛竹根部能固定砂土，該工程主要是在雜草為主的坡面上進(jìn)行混凝土噴射護(hù)坡，增加坡面緊實(shí)度，降低坡面面滲水性，從而減少降水對(duì)坡體內(nèi)部巖土體物理力學(xué)性質(zhì)的影響。對(duì)于部分毛竹坡面，不過(guò)多改造。

具體步驟：①坡面初步處理。把坡面上現(xiàn)存的雜草、可能滑落的滾石、松散土體、人工垃圾等清理干凈并用高壓水沖洗，以使坡體保持一定濕度，可與混凝土融合。②搭設(shè)塔架。要求塔架承載能力足夠，必須具有安全防護(hù)網(wǎng)、安全繩等防護(hù)措施。③布設(shè)錨釘孔及排水孔。錨釘孔以2.5×2.5 m梅花狀布設(shè)，且垂直于坡體。排水孔直徑100 mm，間距2.5 m，保證能排水成功。④安裝錨釘。將定制好的錨釘安裝到錨釘孔中。⑤布設(shè)鋼筋網(wǎng)。用規(guī)定的單層網(wǎng)片雙向與錨桿牢固且與坡面起伏情況基本一致。⑥噴射混凝土。在噴射前做好標(biāo)記工作，分段噴射，從下而上進(jìn)行，每次噴射5 cm左右厚度，距離在0.8～1.5 m，以圓弧一層一層噴射。⑦保護(hù)工作。在完成噴射工作后持續(xù)噴適量水分5～7天(圖5)。

(3)設(shè)置排水孔。排水孔是確保穩(wěn)定性極其關(guān)鍵的設(shè)施。根據(jù)研究區(qū)水文地質(zhì)條件及天氣因素，應(yīng)在坡體中下部設(shè)置排水孔來(lái)提高坡體穩(wěn)定性，此外擋土墻中、減荷反壓工程都需設(shè)置排水孔。由于排水管不具有動(dòng)力，為利用重力排水，引用傾斜式排水孔。傾斜式排水孔規(guī)格：傾角應(yīng)大于6°，直徑75～150 mm，孔壁厚25～50 mm。排水管安裝時(shí)需在其周圍設(shè)計(jì)透水過(guò)濾系統(tǒng)，避免由于砂土等堵塞排水孔，一般將其安放置于坡體潛在滑移面或者富存地下水的位置，呈梅花狀分布(圖5)。

圖4 擋土墻剖面圖Fig.4 Retaining wall section

3.2 設(shè)置擋土墻

根據(jù)原生坡體在Geo-slope模塊中模擬結(jié)果，最危險(xiǎn)滑移面的最末端位于坐標(biāo)(50，3)處。若在X=50 m這個(gè)截面設(shè)置擋土墻，由于擋土墻與滑坡體之間的接觸不多，因此擋土墻對(duì)于最危險(xiǎn)滑移面的阻擋防滑移效果將十分不明顯。為了加大擋土墻與滑移面之間的作用效力，應(yīng)當(dāng)將擋土墻設(shè)置在X=48m截面處最為合適(圖4、圖5)。

3.3 減荷反壓工程

坡體后緣部分孔隙水壓力線較高，在X=10 m截面以后孔隙水壓力降低，且該部分坡體較陡峭。因此在X=10 m，Y=18 m處進(jìn)行減荷，在坡體后緣切出一個(gè)平臺(tái)。由于該部分土體被削去后會(huì)形成地下水自溢區(qū)，應(yīng)在該地段設(shè)置多個(gè)排水孔，使該地段坡體地下水得到充分排泄，否則會(huì)使坡體上部巖土體物理力學(xué)強(qiáng)度降低，產(chǎn)生負(fù)面影響[7-13](圖5)。

圖5 平面位置示意圖Fig.5 Plane position diagram

4 基于GeoStudio加固坡體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

4.1 加固后無(wú)暴雨?duì)顟B(tài)下坡體穩(wěn)定性

運(yùn)用Geo-slope模塊分析了加固后天然狀態(tài)下坡體穩(wěn)定性，安全系數(shù)提高到1.588，結(jié)果表明加固后坡體穩(wěn)定系數(shù)大幅度提高，坡體十分穩(wěn)定(圖6、表1)。

圖6 加固后天然坡體的穩(wěn)定性分析成果圖Fig.6 Results of stability analysis of natural slope after reinforcement

4.2 加固后暴雨情況下坡體穩(wěn)定性

結(jié)合加固設(shè)計(jì)中的擋土墻、排水溝等加固設(shè)計(jì)，運(yùn)用Geo-slope與Geo-seep模塊耦合分析了加固后暴雨工況下坡體穩(wěn)定性，安全系數(shù)為1.334，結(jié)果表明暴雨工況下坡體依舊穩(wěn)定(圖7、表1)。

圖7 加固后坡體在暴雨工況的穩(wěn)定性分析成果圖Fig.7 Results of stability analysis of reinforced slopes under heavy rain

5 結(jié)論

基于GeoStudio對(duì)坡體天然狀態(tài)、在暴雨影響下進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，經(jīng)加固設(shè)計(jì)，再對(duì)坡體加固后基本狀態(tài)、加固后在暴雨影響下進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。得出如下結(jié)論：

(1)天然狀態(tài)坡體穩(wěn)定系數(shù)數(shù)為1.145，降雨情況下穩(wěn)定系數(shù)為0.995會(huì)滑坡，急需加固措施。

(2)加固后坡體穩(wěn)定系數(shù)為1.558，降雨情況下穩(wěn)定系數(shù)為1.334，說(shuō)明本文加固設(shè)計(jì)有效可行。

(3)特殊坡體需高安全系數(shù)時(shí)，可采用排水工程、擋土墻、減荷反壓工程、護(hù)坡工程四者結(jié)合處理。