土體開挖對老滑坡體邊坡穩(wěn)定性的影響及其防治

周星志,許宏武,張可能

(中南大學地學與環(huán)境工程學院, 湖南長沙 410083)

土體開挖對老滑坡體邊坡穩(wěn)定性的影響及其防治

周星志,許宏武,張可能

(中南大學地學與環(huán)境工程學院, 湖南長沙 410083)

某老滑坡體因升級改造市政道路誘發(fā)新的滑坡,詳細介紹了滑坡區(qū)工程地質(zhì)條件。分析結(jié)果表明,老滑坡對環(huán)境改變響應(yīng)敏感,復(fù)活的新滑坡是老滑坡基礎(chǔ)上原有擋墻拆除、溝槽開挖及降雨誘發(fā)形成的。通過分析邊坡的穩(wěn)定性,提出了溝槽分段開挖、一次根治的防治思路。

老滑坡;穩(wěn)定性分析;滑坡成因;防治措施

在我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中,老滑坡時有出現(xiàn)[1,2],在坡體開挖、雨水、爆破振動等外界因素的影響下[3～4]老滑坡復(fù)活幾率較大。本研究邊坡為市政道路邊坡,道路路線從山體中前部以路塹形式通過,路堤下方為居民區(qū)。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及周邊工程存檔資料可知該區(qū)域為一老滑坡。通過對滑坡的變形進行深部位移監(jiān)測和地表位移監(jiān)測,動態(tài)了解邊坡的變形特征,同時對滑坡形成機制和穩(wěn)定性進行深入分析,采取了合理經(jīng)濟的滑坡防治措施。

1 工程概況

該場地地貌單元為湘江Ⅳ級沖積階地,表現(xiàn)為殘丘及沖溝,場地地勢起伏較大。老滑坡體沿主滑方向長約70～90m,東西向?qū)?0m,滑坡體厚4～7.5m,為小型滑坡(見圖1)。老滑坡坡面平均坡度為16°～20°,坡頂為廢舊車輛棄置場,坡體上有一輸電線路,滑坡體中部為一市政道路,路塹邊坡采用重力式擋墻進行支護,路堤下方為居民區(qū)。此山體在1980年代曾發(fā)生過一次較大的滑動,后來又有一次相對較小的滑動,之后山體處于相對較穩(wěn)定的狀態(tài),沒有明顯的變形發(fā)生。

根據(jù)勘察報告,老滑坡體主要地層從上至下依次為雜填土、粉砂質(zhì)粘土、強風化泥質(zhì)粉砂巖、中風化泥質(zhì)粉砂巖,其中粉砂質(zhì)粘土厚度為1.5～3.5 m,強風化泥質(zhì)粉砂巖厚2～4.2m。

老滑坡區(qū)水文地質(zhì)條件較簡單,位于山體斜坡中上部。原有道路排水系統(tǒng)為地表水排泄通道,修建年代較早,在道路提質(zhì)改造施工過程中遭到不同程度的破壞?，F(xiàn)對原有道路進行升級改造,由于道路的拓寬,原有擋墻須拆除,并對坡體進行一定土方量的切坡,同時須開挖寬5m、深4.8m的溝槽埋設(shè)排水管道,施工導致老滑坡體上產(chǎn)生了兩處新的滑坡,若不及時治理,會影響路堤下方數(shù)棟居民樓的正常使用及居民生命安全。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》[5],確定此邊坡安全等級為一級。

圖1 滑坡的平面示意

2 滑坡形成機理分析

2.1 工程因素

由于原有道路為兩車道,在提質(zhì)改造過程中拓寬為雙向4車道,單幅路寬7m,原有擋墻拆除并削掉部分坡體,形成新的臨空面,坡體產(chǎn)生一下滑推力,軟弱土層在此推力作用下,變形增大,逐漸產(chǎn)生下滑。

同時,排水溝槽開挖穿過粉砂質(zhì)粘土到達強風化泥質(zhì)粉砂巖,形成一連續(xù)線形臨空面,使得路堤一側(cè)土體對上部山體的阻滑作用高度折減,由于上部山體厚度較大,老滑坡體穩(wěn)定狀態(tài)被破壞,粉砂質(zhì)粘土及強分化泥質(zhì)粉砂巖將發(fā)生剪切破壞,坡體沿強風化泥質(zhì)粉砂巖層理面發(fā)生滑動產(chǎn)生新的滑坡。根據(jù)圖1,老滑坡區(qū)斜坡中部為原道路,2#滑坡剪出口在開挖溝槽地面往下2.8～3.5m處,表明工程施工對老滑坡穩(wěn)定性影響很大。

2.2 自然因素

滑坡發(fā)生的根本原因是地層巖性以及地質(zhì)構(gòu)造[6～8],同時在降雨的誘發(fā)作用下發(fā)生。施工期間,7d中等強度連續(xù)降雨,雨水順著坡面滲入坡體,開挖溝槽充滿積水,導致土體的物理力學性質(zhì)發(fā)生變化,粉砂質(zhì)粘性土吸水飽和后呈可塑狀,降低了坡體的穩(wěn)定性;另一方面隨著水的下滲,坡體內(nèi)的含水量激增,基質(zhì)吸力大幅下降,降低了土體抗剪強度,導致滑坡產(chǎn)生[9]。

由上述分析可知,此邊坡產(chǎn)生失穩(wěn)主要是由于擋墻拆除后溝槽開挖破壞山體原有平衡,同時受連續(xù)降雨影響。

3 穩(wěn)定性分析與評價

3.1 穩(wěn)定性計算

道路提質(zhì)改造過程中誘發(fā)了兩處新滑坡,在此分析滑動規(guī)模相對較大的Ⅱ號滑坡的穩(wěn)定性。假設(shè)滑坡為折線型滑動模式,采用不平衡推力系數(shù)法確定剩余下滑力,計算剖面如圖2所示。根據(jù)復(fù)活老滑坡的形成機理及地形特征選取代表性剖面,根據(jù)滑坡后緣、深部位移監(jiān)測孔剪斷位置及剪出口位置確定滑動面,進行擋墻拆除、溝槽開挖工況下的穩(wěn)定性驗算。計算參數(shù)見表1。

圖2 穩(wěn)定性計算剖面

表1 抗剪強度指標

不平衡推力傳遞系數(shù)法計算滑坡穩(wěn)定性系數(shù)K的計算方法如下[10]:

式中,Ri為作用于第i條塊滑動面上的抗滑分力,kN/m;Ti為作用于第i條塊滑動面上的下滑分力,出現(xiàn)與滑動方向相反的切線反力時,Ti應(yīng)取負值,kN/m;ψj為第i塊段剩余下滑力傳遞至第i+1塊段的傳遞系數(shù),j=i。

3.2 計算結(jié)果及穩(wěn)定性評價

根據(jù)前述計算方法,該工況下的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.09,由此判定其處于極限平衡狀態(tài)。按照《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定,邊坡安全系數(shù)須達到1.30,可見此邊坡安全儲備不足,需要進行加固。

總之,擋墻拆除及溝槽開挖導致坡體失去了原有平衡,在下滑推力的持續(xù)作用下,土體強度超過峰值強度并逐漸降低,土體屈服逐漸形成滑動面,在坡面形成多處裂縫,坡腳土體擠出形成剪出口,加上連續(xù)降雨的大量雨水滲入坡體及施工擾動,導致滑動面土體抗剪強度進一步降低,可能導致滑坡后緣繼續(xù)向坡頂方向發(fā)展產(chǎn)生更大的滑坡,對路堤下的數(shù)棟居民樓造成威脅,因此需進行科學合理的施工組織設(shè)計,盡量減少不合理施工引起坡體滑動。

4 防治措施

此滑坡雖規(guī)模不大,但危害后果很嚴重,且老滑坡體的穩(wěn)定對土體開挖及切方響應(yīng)敏感,因此,治理此滑坡采用溝槽分段開挖、一次根治的防治原則。

施工過程中分段開挖使得臨空面長度減少,同時可充分利用臨空段兩端未開挖土體形成類似抗滑樁間土的“土拱效應(yīng)”;通過及時回填來恢復(fù)土體原有平衡,避免誘發(fā)新的滑坡。

滑坡和邊坡治理的加固措施較多,每種防治措施都有其適應(yīng)性。本著安全、經(jīng)濟、方便施工、在不增加大量開挖工程量的原則,經(jīng)過充分比較后,采用抗滑樁對該邊坡進行根治,在道路施工結(jié)束后修建矮擋墻及圍墻;在坡頂設(shè)置一道截水溝,坡腳設(shè)置一排水溝,擋墻每隔5m設(shè)置一泄水孔,坡面植草綠化,以減少地表水下滲對邊坡穩(wěn)定的影響。

5 結(jié) 論

(1)原有擋墻的拆除和溝槽開挖直接導致滑坡的產(chǎn)生,連續(xù)降雨則是滑坡產(chǎn)生的誘發(fā)因素,而滑坡產(chǎn)生的根本因素則是軟弱的地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造。(2)為避免滑坡,應(yīng)選擇合理的施工工序,溝槽分段開挖、及時回填,減少施工對滑坡體的擾動。(3)采用抗滑樁作支擋結(jié)構(gòu)可以有效治理滑坡,增強邊坡整體穩(wěn)定性。半年的監(jiān)測表明,該邊坡安全可靠,達到了治理的目的。

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2009-12-15)

周星志(1986-),男,湖南寧鄉(xiāng)人,碩士研究生,從事邊坡工程研究工作,Email:zhou-xingzhi@163.com。