青崗古滑坡體前緣開(kāi)挖后局部復(fù)活特征及防治

趙海松, 向 波, 邵 江, 魏安輝, 鄔 凱, 張 磊, 柳 松

(四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司, 成都 610041)

我國(guó)是滑坡多發(fā)性國(guó)家,致命性滑坡多分布于黃土高原、四川盆地、云貴高原,山體滑坡常造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失[1-3]。根據(jù)《四川省高速公路網(wǎng)規(guī)劃(2019—2035年)》和《重慶市高速公路網(wǎng)規(guī)劃(2019—2050年)》,川渝還將分別新建4 100 km和2 111 km的高速公路[4]。大量的公路由盆地向周邊山脈修建,受規(guī)劃、線(xiàn)型等影響,不可避免地對(duì)古滑坡體造成擾動(dòng)[5-8]。

古滑坡體成因多樣,一般多由基巖順層失穩(wěn)堆積、傾倒折斷滑動(dòng)堆積或其他成因堆積物滑動(dòng)等形成[9-11]。滑坡的復(fù)活變形成因主要是工程擾動(dòng)[12]、集中降雨[13]因素誘發(fā)的。公路或其他構(gòu)筑物修建對(duì)古滑坡體擾動(dòng)后,常造成古滑坡體局部或整體復(fù)活,部分古滑坡體局部復(fù)活后,由于治理不及時(shí),可能造成古滑坡體整體復(fù)活?，F(xiàn)階段對(duì)古滑坡的治理常采用抗滑樁、反壓、錨索框架、排水隧洞等某一種或多種措施進(jìn)行治理[14-19]。

2019年6月青岡古滑坡體前緣按坡比1∶2開(kāi)挖高約15 m臨空后,在降雨下發(fā)生前緣變形復(fù)活。在對(duì)滑坡體進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查、鉆探、監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上,查明了滑坡體及復(fù)活區(qū)特征及成因,采用了樁板墻+反壓方案對(duì)古滑坡體進(jìn)行了治理,通過(guò)全過(guò)程變形監(jiān)測(cè)驗(yàn)證了治理工程的有效性。古滑坡體前緣開(kāi)挖后變形模式及治理方案,可為后續(xù)公路等工程對(duì)古滑坡體前緣開(kāi)挖擾動(dòng)時(shí)提供勘察設(shè)計(jì)參考。

1 古滑坡地質(zhì)背景及概況

1.1 場(chǎng)區(qū)地質(zhì)背景

場(chǎng)區(qū)位于四川盆地西南部,樂(lè)山市西南部,屬構(gòu)造剝蝕低山及侵蝕堆積地貌。場(chǎng)地出露及鉆探揭露的地層為新生界第四系全新統(tǒng)滑坡堆積層、崩坡積層,第四系上更新統(tǒng)沖洪積層及中生界侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組。其中滑坡堆積層以(含角礫)粉質(zhì)黏土、角礫、碎石、整體狀塊石等組成,鉆探揭示該層最大厚度為18.7 m。

場(chǎng)區(qū)地質(zhì)構(gòu)造如圖1所示,巖體結(jié)構(gòu)受地質(zhì)構(gòu)造影響強(qiáng)烈,巖體結(jié)構(gòu)面結(jié)合差。巖層產(chǎn)優(yōu)勢(shì)產(chǎn)狀318°∠29.5°,層面結(jié)合一般～差,淺表部位夾植物根系。受構(gòu)造作用影響主要發(fā)育兩組節(jié)理面:J1:55°～77°∠76°～85°,為主控結(jié)構(gòu)面,其延伸、切深均較大,局部倒轉(zhuǎn),地表可見(jiàn)延伸15～40 m,切深為 3～10 m,面較平,間距為0.5～2 m,結(jié)合一般～差,裂面微張～張開(kāi),淺表可見(jiàn)張開(kāi)寬2～5 mm,充填黏土;J2:106°～137°∠65°～70°,地表可見(jiàn)延伸2～5 m,切深為3～8 m,間距為0.3～2 m,面較平,結(jié)合差,微張～張開(kāi),裂隙中充填黏土。

圖1 場(chǎng)區(qū)地貌及地質(zhì)構(gòu)造

場(chǎng)區(qū)地下水主要為松散層孔隙水及基巖裂隙水。滑坡體中上部以整體狀塊石為主,孔隙較發(fā)育,滲透性好,地表水入滲后,快速沿古滑帶隔水層附近運(yùn)移;下部以含角礫粉質(zhì)黏土、角礫、碎石為主,滲透性相對(duì)較差,地表水入滲后,沿坡體內(nèi)相對(duì)角礫層及古滑帶隔水層運(yùn)移,易導(dǎo)致滑帶及角礫層力學(xué)參數(shù)降低。由于場(chǎng)區(qū)位于斜坡上,滑帶上陡下緩,地下水排泄較迅速,貯存條件較差,松散層孔隙水地下水整體不發(fā)育,但下部大于上部。

基巖孔隙裂隙水賦存于砂巖孔隙、砂泥巖裂隙、層間軟弱面中,主要接受大氣降水補(bǔ)給,有的地段還可獲得松散類(lèi)孔隙水補(bǔ)給,沿砂巖孔隙、砂泥巖裂隙、層面軟弱面向坡腳方向運(yùn)移,在地形低洼處以泉的形式排泄,大藍(lán)廠河為該層地下水排泄通道。場(chǎng)區(qū)巖層傾角中等,地下水富水性受巖性控制,主要含水層為砂巖,粉砂質(zhì)泥巖為相對(duì)隔水層,無(wú)斷層等導(dǎo)水構(gòu)造,總體而言富水性不強(qiáng)。

可見(jiàn),場(chǎng)區(qū)斜坡基巖順層,層間結(jié)合差,臨空后易發(fā)生基巖順層滑動(dòng)。古滑坡體中上部和下部物質(zhì)成分差異大,松散層孔隙水一般沿古滑帶及下部土體相對(duì)隔水層運(yùn)移。

1.2 古滑坡體特征

青崗古滑坡體自然坡向約323°,整體坡度為 10°～25°,中上部相對(duì)較陡為15°～25°,下部相對(duì)較緩為10～15°。堆積體前后緣高程分別為535～592 m,相對(duì)高差57 m,平面上呈不規(guī)則長(zhǎng)舌狀,堆積體所處地段地形凸起,凸起部分寬為30～80 m,兩側(cè)為季節(jié)性沖溝,沖溝深為5～10 m,寬為10～15 m,前緣路基范圍陡坎處基巖出露。堆積體上被墾為旱地,種植茶樹(shù)等。

根據(jù)地面調(diào)查結(jié)合鉆探成果,古滑坡體長(zhǎng)約為200 m,寬為50～90 m,平面積約為14 200 m2,厚為7.5～18.7 m,推測(cè)平均厚約為13 m,體積約為18.5萬(wàn)m3。

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖、鉆孔及調(diào)繪,繪得古滑坡工程地質(zhì)剖面如圖2所示?？梢?jiàn),滑體主要為含礫粉質(zhì)黏土、角礫、碎石、整體狀塊石組成,含礫粉質(zhì)黏土呈可塑狀,分布于滑坡體坡表;角礫呈稍密狀,分布于滑坡體中下部巖土界面附近以及滑坡體下部;碎石呈稍密狀,零星分布于滑坡體下部;整體狀塊石主要分布于滑坡體中上部區(qū)域,堆積體下部零星分布,石質(zhì)成分主要為粉砂質(zhì)泥巖,其中中上部整體狀塊石可見(jiàn)巖層產(chǎn)狀約320°∠30°。

圖2 古滑坡工程地質(zhì)剖面

滑帶主要分布于巖土界面附近,厚為15～60 cm,以含礫黏土為主,呈可塑狀,含25%～40%次棱～亞圓狀強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖、砂巖角礫。開(kāi)挖及鉆孔揭示該層內(nèi)光滑面清晰可見(jiàn)(圖2)。

滑床主要為侏羅系沙溪廟組砂泥巖互層,薄～厚層狀,層面傾角為28°～33°,層間結(jié)合一般～差,特別是砂巖與泥巖接觸部位,層間結(jié)合差。

1.3 古滑坡成因

依據(jù)場(chǎng)區(qū)工程地質(zhì)條件,從坡體的地形地貌、物質(zhì)組成入手,結(jié)合臨近地區(qū)滑坡工程類(lèi)比等綜合分析古滑坡形成演化過(guò)程,具體如下:

1)從斜坡地形地貌看,縱向上坡體中后部發(fā)育多處緩坡平臺(tái),橫向上坡體中間凸出,兩側(cè)略低,如圖3所示。

圖3 古滑坡平面

2)從坡體物質(zhì)組成看,鉆孔揭露巖土界面附近明顯發(fā)育一層滑帶土,光滑面明顯可見(jiàn);滑體中上部整體狀塊石可見(jiàn)巖層產(chǎn)狀約320°∠30°,為明顯順層堆積未解體的基巖;前緣堆積于灰黃色第四系上更新統(tǒng)卵石層上,堆積長(zhǎng)度約為40 m。

3)從地質(zhì)構(gòu)造特征看,場(chǎng)區(qū)基巖順層,堆積體中上部巖土界線(xiàn)順層面分布,可見(jiàn)其順層失穩(wěn)堆積可能性大。

綜上判定,場(chǎng)區(qū)斜坡為古滑坡體,因巖體層間結(jié)合差,且受河流下切等影響,前緣逐漸臨空。在外引力作用下,發(fā)生了基巖順層滑動(dòng),前緣堆積于河流階地卵石層上,中上部巖土界線(xiàn)順層面分布。

2 復(fù)活特征及成因

考慮某公路穿越青崗古滑坡下部,對(duì)滑坡體采用1∶2.5放坡+擋墻+錨桿框架梁進(jìn)行支擋。邊坡開(kāi)挖挖高約15 m,按約1∶2放坡后,滑坡體下部2019年6月23日發(fā)生第一次復(fù)活變形,變形量為0.2～0.8 m(圖4(a)),后采用反壓對(duì)其進(jìn)行應(yīng)急處治;2019年11月至2023年4月開(kāi)挖后,坡體發(fā)生蠕滑變形,變形量為0.2～0.3 m。復(fù)活區(qū)后緣裂縫如圖4(b)和圖4(c)所示。

圖4 復(fù)活區(qū)后緣裂縫

古滑坡下部復(fù)活區(qū)邊界特征明顯,裂縫已封閉成環(huán),縱向長(zhǎng)約為50 m,寬約為60 m,平面積約為 3 000 m2,鉆孔及探井揭示厚為3.9～8.9 m,推測(cè)平均厚約為7 m,體積約為2.1萬(wàn)m3,主滑方向與古滑坡一致,約323°。

復(fù)活區(qū)土體以含角礫粉質(zhì)黏土、角礫、碎石為主,其中角礫層為坡體內(nèi)部的軟弱夾層,力學(xué)參數(shù)低。降雨時(shí)地表水入滲后,沿古滑坡下部角礫層內(nèi)相對(duì)隔水層運(yùn)移,導(dǎo)致角礫層力學(xué)參數(shù)進(jìn)一步降低,加之開(kāi)挖臨空下,誘發(fā)了古滑坡體前緣沿角礫層內(nèi)部發(fā)生復(fù)活變形。

3 古滑坡局部復(fù)活后治理情況

3.1 滑坡體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

3.1.1 定性評(píng)價(jià)及潛在變形分析

開(kāi)挖后古滑坡體整體未出現(xiàn)開(kāi)裂、變形情況,據(jù)此堆積體整體處于基本穩(wěn)定～穩(wěn)定狀態(tài)。復(fù)活區(qū)出現(xiàn)變形滑移現(xiàn)象,處于欠穩(wěn)定～基本穩(wěn)定狀態(tài)。

古滑坡體下部還需進(jìn)行切坡開(kāi)挖,屆時(shí)復(fù)活區(qū)將進(jìn)一步變形,甚至發(fā)生滑動(dòng)失穩(wěn),此時(shí)存在牽引整個(gè)古滑坡體發(fā)生變形失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn),將嚴(yán)重威脅公路安全。此外,古滑坡體前緣開(kāi)挖臨空,在降雨入滲飽水軟化滑帶后,存在古滑坡體變形失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。因此,需及時(shí)對(duì)古滑坡及復(fù)活區(qū)進(jìn)行支擋,且滑坡推力應(yīng)取古滑坡整體或復(fù)活區(qū)下滑力大值。

3.1.2 定量計(jì)算及支擋下滑力選擇

1)滑帶土參數(shù)選擇。根據(jù)試驗(yàn)及反演情況,滑帶參數(shù)綜合取值如表1所示。

表1 滑帶土參數(shù)

2)推力計(jì)算及選擇。根據(jù)《公路滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范》[20]對(duì)古滑坡整體及復(fù)活區(qū)進(jìn)行滑坡推力計(jì)算。計(jì)算工況為正常工況,公路投入運(yùn)營(yíng)后經(jīng)常發(fā)生或持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的工況,穩(wěn)定安全系數(shù)取1.20;非正常工況I,公路滑坡處于暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)下的工況,穩(wěn)定安全系數(shù)取1.15。

由于滑面上陡下緩,下部為抗滑段,擬于滑坡前緣設(shè)置支擋。根據(jù)表2計(jì)算結(jié)果,支擋位置滑坡推力取大值,即古滑坡整體非正常工況I下滑力833.62 kN/m,下滑力角度為1.3°。

表2 支擋位置下滑力

3.2 防治方案

青崗古滑坡前緣復(fù)活后,應(yīng)急治理措施為前緣反壓,反壓體高約為8 m,坡比約為1∶3,方量約為3萬(wàn)m3,反壓后坡體穩(wěn)定(圖5)。

圖5 監(jiān)測(cè)點(diǎn)變形曲線(xiàn)

滑面上陡下緩,對(duì)滑坡體下部抗滑段位置設(shè)置支擋措施,根據(jù)下滑力計(jì)算成果,支擋位置處下滑力為833.62 kN/m,下滑力角度為1.3°。綜合下滑力大小及場(chǎng)地施工條件,采用樁板墻+反壓方案進(jìn)行支擋,抗滑樁采用圓樁,直徑為2.5 m,間距為 5 m,樁長(zhǎng)為25 m?？够瑯陡叱龅孛鏋?～10 m,樁間進(jìn)行外掛板,樁板墻后進(jìn)行反壓。樁板墻方案于2020年4月底開(kāi)始施工,6月底施工完成。樁板墻支擋位置平面見(jiàn)圖3,斷面見(jiàn)圖2。

結(jié)合設(shè)計(jì)方案,施工快速響應(yīng),抗滑樁采用旋挖施工,加快了工程進(jìn)度,暴雨季節(jié)來(lái)臨前完成了工程治理,防止了古滑坡體進(jìn)一步變形。

3.3 治理效果監(jiān)測(cè)

青崗古滑坡下部2019年6月23日復(fù)活變形后,對(duì)坡體設(shè)置了1條監(jiān)測(cè)斷面,3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行地表位移監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置如圖3所示。監(jiān)測(cè)方式采用全站儀監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)頻率根據(jù)降雨及施工情況,為 1～15 d/次。

根據(jù)監(jiān)測(cè)成果顯示(圖5),復(fù)活區(qū)外的J1點(diǎn)變形曲線(xiàn)收斂,無(wú)明顯變形;復(fù)活區(qū)上的J2、J3監(jiān)測(cè)點(diǎn)2019年11月以來(lái)受開(kāi)挖影響,坡體再次發(fā)生蠕滑變形,其中2020年3月10日突變約8 cm,4月1日突變約11 cm,變形方向約為323°,至2020年4月底抗滑樁施工開(kāi)始時(shí)累計(jì)變形為0.2～0.3 m。2020年6月治理工程完成后,坡體變形曲線(xiàn)收斂,坡體無(wú)明顯變形。由此可見(jiàn),樁板墻+反壓方案對(duì)滑坡體治理后滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)論

青崗古滑坡體為基巖順層失穩(wěn)堆積形成,下部土體以力學(xué)參數(shù)低的角礫土、含礫黏土為主,在開(kāi)挖及降雨誘發(fā)下古滑坡體前緣發(fā)生失穩(wěn)復(fù)活。

青崗古滑坡體下部復(fù)活后,不僅需要考慮復(fù)活區(qū)滑坡推力,還應(yīng)考慮整個(gè)古滑坡體滑坡推力,兩者需取大值進(jìn)行古滑坡體治理設(shè)計(jì)。同時(shí)設(shè)計(jì)方案應(yīng)考慮工程時(shí)效性、施工快速性,防止古滑坡體整體發(fā)生復(fù)活變形。

古滑坡體下部開(kāi)挖應(yīng)先進(jìn)行預(yù)支擋。若古滑坡下部復(fù)活后,反壓是對(duì)古滑坡體下部復(fù)活應(yīng)急治理的經(jīng)濟(jì)有效手段;樁板墻+反壓方案可對(duì)古滑坡體及復(fù)活區(qū)進(jìn)行有效治理。