某邊坡崩塌分析與治理方案研究

李德亮

(福建省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，福建 福州 350001)

2015年5月18～25日，福建省三明市出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)性暴雨過程，多處地區(qū)出現(xiàn)山體滑坡、崩塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害[1- 5]，三明市寧化縣是其中受災(zāi)嚴(yán)重的地區(qū)之一。據(jù)寧化縣氣象資料，其中5月18日16時(shí)～20日08時(shí)寧化縣經(jīng)歷6場(chǎng)大暴雨，過程降雨量達(dá)到380mm。受強(qiáng)降雨影響，寧化縣城關(guān)北山居民區(qū)北側(cè)坡體發(fā)生多處崩塌，大部分崩塌體后緣已緊貼民房基礎(chǔ)，且坡頂民房密集，若不及時(shí)治理，一旦崩塌體繼續(xù)發(fā)展，很可能引發(fā)整體滑坡，潛在滑坡土方量約5萬(wàn)m3，嚴(yán)重威脅到北山居民區(qū)226戶1200多位居民的安全，同時(shí)勢(shì)必造成民房損毀，估計(jì)直接經(jīng)濟(jì)損失約為6000萬(wàn)元，潛在經(jīng)濟(jì)損失將達(dá)1.2億元[6]。

因此，為了徹底根治地質(zhì)災(zāi)害，保證當(dāng)?shù)鼐用竦纳?cái)產(chǎn)安全，對(duì)該崩塌進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察分析，同時(shí)提出相應(yīng)的治理措施。

1 崩塌點(diǎn)水文氣象及工程地質(zhì)條件分析

1.1 氣象與水文

寧化縣屬中亞熱帶山地氣候，年平均氣溫15～18℃，夏無(wú)酷暑，冬無(wú)嚴(yán)寒，氣候溫和，雨量充沛，春季長(zhǎng)達(dá)4個(gè)月，無(wú)霜期214～248d，年平均降水量1700～1800mm，年均日照1757h，其中過程降雨量可達(dá)300多mm。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

該區(qū)處于閩西斷陷上升區(qū)中的閩西北大面積上升區(qū)，地殼比較穩(wěn)定，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以整體而緩慢的間歇性上升為主，活動(dòng)差異不顯著。區(qū)內(nèi)地震活動(dòng)較弱，歷史上未發(fā)生過強(qiáng)震。

1.3 地形地貌

崩塌所在山坡屬丘陵地貌，坡頂為寧化縣北山居民區(qū)，高程為340～346.7m，坡腳多為農(nóng)用地，高程325.5～330.8m，上下高差10～22m不等。坡頂?shù)貏?shì)平坦，為北山居民區(qū)，民房密排，多為磚混結(jié)構(gòu)，2～3層居多。外側(cè)民房距離邊坡邊緣3～7m不等。坡腳為農(nóng)用地，地勢(shì)平坦，當(dāng)?shù)鼐用穹謮K種植有稻田、玉米等農(nóng)作物，并有魚塘分布。

崩塌所處的北側(cè)坡體總長(zhǎng)約200m，總體走向NE70°，坡面多為線型坡，坡度40°～55°，坡面多為毛竹、灌木及雜草覆蓋，植被良好。

1.4 地層巖性及巖土工程地質(zhì)特性

1.5 水文地質(zhì)特征

場(chǎng)地水文地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單，坡頂及坡面雨水順地形由上往下徑流，排泄于坡腳。根據(jù)地層巖性及地下水在含水介質(zhì)中的賦存特征，地下水類型以孔隙水和基巖裂隙水為主?？紫端植加诒韺託埰路e土層中，主要接受大氣降水補(bǔ)給，由坡頂向坡腳地勢(shì)低洼處排泄，含水量受季節(jié)、降雨量影響較大?；鶐r裂隙水賦存于基巖的節(jié)理裂隙、風(fēng)化裂隙中，多為基巖裂隙水，主要補(bǔ)給來源為大氣降水、上部含水層補(bǔ)給及臨近基巖裂隙水的側(cè)向補(bǔ)給。北側(cè)坡體匯水面積約7000m2。

表1 北山居民區(qū)地災(zāi)點(diǎn)巖土體特征一覽表

表2 各崩塌體基本特征表

2 崩塌基本特征和穩(wěn)定性分析

2.1 崩塌基本特征及影響因素

本次崩塌主要集中發(fā)生于居民區(qū)北側(cè)坡面，坡面長(zhǎng)約240m，總共發(fā)生有7處崩塌。根據(jù)崩塌體由東往西分布位置分別編號(hào)為①～⑦號(hào)崩塌，具體位置規(guī)模范圍見表2。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)分析，崩塌發(fā)生主要受以下幾方面因素影響：

(1)巖土體特征：崩塌所在山坡主要由表層殘坡積黏性土及強(qiáng)風(fēng)化花崗巖構(gòu)成，分布于地表的殘坡積層構(gòu)成了本區(qū)崩塌的主要物質(zhì)，該段坡體殘坡積層較厚，且土質(zhì)疏松，在雨水的持續(xù)浸潤(rùn)下易軟化，抗剪強(qiáng)度下降幅度大，坡體穩(wěn)定性大大降低。

(2)地形地貌特征：北山居民區(qū)北側(cè)山坡坡面呈直線型，坡度40°～55°，上下高差10～22m不等，均未設(shè)置支護(hù)措施，高陡臨空面的存在不利于斜坡穩(wěn)定。

(3)持續(xù)強(qiáng)降雨：持續(xù)強(qiáng)降雨是本次崩塌大規(guī)模集中發(fā)生的主要誘因。降雨強(qiáng)度大。持續(xù)的降雨使巖土體長(zhǎng)期受雨水浸泡，趨于飽和狀態(tài)，自重進(jìn)一步增加，強(qiáng)度進(jìn)一步降低，最終在自身重力的作用下失去原有的穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)生滑動(dòng)。

(4)其它因素：崩塌區(qū)坡面多種植有毛竹，毛竹根系淺，上部負(fù)重大，增大了下滑力。

2.2 穩(wěn)定性分析

2.2.1 巖土體物理力學(xué)性質(zhì)分析評(píng)價(jià)

圖1 計(jì)算剖面示意圖

名稱重度/(kN/m3)黏聚力c/kPa內(nèi)摩檫角φ/(°)備注殘坡積黏性土18.724.319.8天然狀態(tài)19.319.515.5飽和狀態(tài)散體狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖203030經(jīng)驗(yàn)值碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖213535經(jīng)驗(yàn)值中風(fēng)化花崗巖2310038經(jīng)驗(yàn)值

注：殘坡積土強(qiáng)度指標(biāo)根據(jù)坡頂民房早先勘察資料取值，各風(fēng)化巖強(qiáng)度指標(biāo)根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)結(jié)合福建省工程建設(shè)地方標(biāo)準(zhǔn)DBJ13- 84- 2006巖土工程勘察規(guī)范的取值。

2.2.2 穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算

根據(jù)表3推薦的巖土體參數(shù)，選取了如圖1所示的代表性剖面，利用理正巖土軟件，采用簡(jiǎn)化Bishop法對(duì)現(xiàn)狀坡體進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。計(jì)算結(jié)果見表4?，F(xiàn)狀坡體在天然狀態(tài)下，穩(wěn)定系數(shù)為1.178～1.234；而當(dāng)土體趨于飽和狀態(tài)時(shí)，安全系數(shù)降低，整體穩(wěn)定系數(shù)為0.793～0.906。因此，崩塌段坡體在天然狀態(tài)下處于欠穩(wěn)定- 基本穩(wěn)定狀態(tài)，而當(dāng)土體趨于飽和狀態(tài)時(shí)，坡體穩(wěn)定性下降，轉(zhuǎn)為不穩(wěn)定，發(fā)生滑動(dòng)，亟需采取加固措施。

表4 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

3 防治方案推薦

3.1 地質(zhì)災(zāi)害等級(jí)劃分

已發(fā)生崩塌的土方量約5000m3，潛在不穩(wěn)定巖土體近5萬(wàn)m3，一旦發(fā)生災(zāi)情，將危及坡頂226戶共1200多人的生命財(cái)產(chǎn)安全，預(yù)估直接財(cái)產(chǎn)損失約6000萬(wàn)元，潛在經(jīng)濟(jì)損失1.2億元。據(jù)DZ/T0219- 2006滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范[7]中的一般滑坡防治工程分級(jí)表，判定該滑坡防治工程等級(jí)屬于Ⅰ級(jí)。

3.2 防治工程方案設(shè)計(jì)

根據(jù)各崩塌體特征，結(jié)合場(chǎng)地巖土體性質(zhì)及空間條件，推薦采用“重力式擋墻+坡面回填+排水系統(tǒng)+坡面綠化”的綜合措施對(duì)該段坡體進(jìn)行治理，典型的治理方案示意圖如圖2所示。具體的實(shí)施方案為：坡腳處分別設(shè)高度為6～8m的衡重式擋墻，由坡頂放坡按1∶1.75放坡至擋墻頂部，坡面采用種植灌木綠化，坡頂設(shè)置欄桿，坡腳設(shè)置排水溝，排水溝銜接至現(xiàn)有排水系統(tǒng)。這樣一方面能夠確保坡體的穩(wěn)定，另一方面能夠讓已經(jīng)崩塌的坡體恢復(fù)頂部空間，避免前排民房緊挨邊坡邊緣，通過回填坡面的綠化，還可美化周邊環(huán)境。

4 防治工程施工影響和防治效果分析

本場(chǎng)地交通便利，施工所需機(jī)械設(shè)備可直達(dá)支護(hù)坡體附近，大部分建筑材料可就近取材，總體施工條件較好。本防治工程估算費(fèi)用為801.2萬(wàn)元，而潛在威脅經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1.2億元，治理費(fèi)用占受威脅經(jīng)濟(jì)損失的6.7%(投保比為1∶15)，防治工程具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

治理工程進(jìn)行了一個(gè)水文年的運(yùn)行效果監(jiān)測(cè)工作，結(jié)果表明，通過防治工程的實(shí)施，不但消除了現(xiàn)有崩塌危害，還消除了潛在的滑坡隱患，確保了坡體穩(wěn)定，同時(shí)完善了地表排水工程及坡面植被綠化，改善了天然排水條件，減少了水土流失，美化了自然環(huán)境和居住環(huán)境。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)三明某發(fā)生了多處崩塌的邊坡地災(zāi)點(diǎn)的氣象水文條件、地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造活動(dòng)和水文地質(zhì)條件等進(jìn)行了詳細(xì)介紹，結(jié)果表明：

圖2 治理方案示意圖

(1)坡體殘坡積層較厚，且土質(zhì)疏松，在持續(xù)強(qiáng)降雨的作用下處于飽和，發(fā)生軟化，導(dǎo)致抗剪強(qiáng)度降低，加之坡體較為陡峭，存在臨空面，且坡面毛竹根系淺、上部負(fù)重大，是崩塌發(fā)生的主要原因。

(2)邊坡穩(wěn)定性分析表明，在土體趨于飽和狀態(tài)下，邊坡整體穩(wěn)定系數(shù)為0.793～0.906，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，亟需采取加固措施。

(3)根據(jù)崩塌的變形破壞特征，按照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，提出了“重力式擋墻+坡面回填+排水系統(tǒng)+坡面綠化”的綜合治理方案，最終結(jié)果表明，治理工程歷經(jīng)了一個(gè)水文年的考驗(yàn)，達(dá)到了穩(wěn)定坡體、減少水土流失、美化自然環(huán)境和生活環(huán)境的效果。

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