福建典型地質(zhì)條件下某滑坡形成原因及其治理

陳 宇

(翰林(福建)勘察設(shè)計(jì)有限公司 福建福州 350000)

0 引言

福建省地處我國(guó)東南沿海，地形以低山、丘陵為主，山地、丘陵面積占全省土地面積90%以上，山地坡度普遍較大，殘坡積土發(fā)育完全、厚度大，與此同時(shí)，福建地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，降雨量大，臺(tái)風(fēng)暴雨多。特殊的地質(zhì)環(huán)境和氣候條件決定了福建地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害具有“點(diǎn)多、面廣、規(guī)模小、危害大”的特點(diǎn)[1-4]，各類地質(zhì)災(zāi)害(如滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等)常年均有發(fā)生，且以滑坡、崩塌為主，其中地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)生在山地丘陵的殘坡積層中，對(duì)強(qiáng)降水(臺(tái)風(fēng)、暴雨等)非常敏感。因此，相較于我國(guó)其它地區(qū)，福建地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害在生成條件和影響因素極具典型且又十分特殊。

近年來(lái)，為了滿足福建省經(jīng)濟(jì)發(fā)展和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需要，山區(qū)的開(kāi)山造地、削坡建房、礦山開(kāi)采等人類工程活動(dòng)日益活躍，高陡邊坡誘發(fā)的滑坡地質(zhì)災(zāi)害也愈加頻繁，給人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)了極大的危害。為了更有效地應(yīng)對(duì)滑坡地質(zhì)災(zāi)害，諸多學(xué)者[5-8]針對(duì)滑坡的防治與治理進(jìn)行了較為深入的研究。

本文在對(duì)福建典型地質(zhì)條件下某山體滑坡成因深入分析的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地提出滑坡的治理方案及措施，希冀能對(duì)同類地質(zhì)條件下的地質(zhì)災(zāi)害防治工作具有較好的指導(dǎo)和借鑒意義。

1 工程概況

1.1 邊坡設(shè)計(jì)概況

某學(xué)校位于縣郊附近，屬剝蝕丘陵地貌，原場(chǎng)地為田地、菜地及農(nóng)村宅地，項(xiàng)目用地紅線北側(cè)80m為一丘陵山包，自然坡度約25°～30°。因交通道路建設(shè)需要，在丘陵山包上人工開(kāi)挖形成長(zhǎng)度約100m、高度約15m兩階邊坡，其中第一階坡率為1∶1.0，第二階坡率為1∶1.25，并在第一階上部設(shè)5m寬平臺(tái)，以滿足鄉(xiāng)村道路通行要求。兩階坡面均采用拱形骨架植草防護(hù)。該邊坡于2013年6月施工完成。

1.2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)坡體開(kāi)挖情況和鉆孔揭示，該邊坡上覆坡積土厚度較大，約5m～8m，坡面孤石發(fā)育；其下為約10m厚的殘積土和砂土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖；下部為碎塊狀～中風(fēng)化凝灰熔巖。

1.3 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)區(qū)地處丘陵山地，場(chǎng)區(qū)地表水系不發(fā)育。在坡體北側(cè)山坳中見(jiàn)水流，流速約1～2m/s，流量較小，流量主要受降雨影響。

場(chǎng)區(qū)內(nèi)發(fā)育地下水為基巖風(fēng)化帶中的孔隙裂隙水，主要賦存于全風(fēng)化～中風(fēng)化層中，透水性較差，富水程度亦相對(duì)較差，主要接受大氣降水補(bǔ)給，水量受降雨影響大，山坡、山腳及盆地內(nèi)為逕流區(qū)，多沿?cái)嗔褞Ъ吧钋袦瞎扰判梗话銥闊o(wú)壓潛水，局部見(jiàn)微承壓。在降雨后，地下水的垂直徑流速度較大，對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響大。

2 滑坡演化過(guò)程

2015年3月期間，受春季連續(xù)降雨的影響，坡面淺層發(fā)生局部變形、溜坍。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘后，采用漿砌片石對(duì)溜坍部位進(jìn)行防護(hù)，施工完成后的情況如圖1所示。

圖1 溜坍坡面漿砌片石防護(hù)

2015年6月～7月，在連續(xù)強(qiáng)降雨的影響下，該邊坡變形逐漸發(fā)展，并在第二階坡頂出現(xiàn)圈椅狀張拉裂縫和錯(cuò)臺(tái)，如圖2所示。裂縫寬度2cm～10cm，錯(cuò)臺(tái)高度5cm～10cm。第二階坡面局部有擠壓痕跡，第一階邊坡坡腳鼓脹，坡面拱形骨架局部破壞如圖3～圖5所示。同時(shí)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪，滑塌區(qū)內(nèi)現(xiàn)3個(gè)滲水點(diǎn)，如圖6所示。位于第一階及第二階之間，降雨后涌水量為0.6L/min，沒(méi)降雨時(shí)其涌水量約0.4L/min。

圖2 坡頂裂縫

圖3 漿砌片石護(hù)面墻擠壓破損

圖4 第一階拱形骨架破損

圖5 第一階邊坡坡腳擠壓變形

鑒于上述邊坡變形情況，現(xiàn)場(chǎng)采取了坡腳反壓的應(yīng)急措施，同時(shí)對(duì)一階擋墻、二階錨索框架增設(shè)平孔排水等綜合處治措施。但由于反壓措施不到位，且施工進(jìn)度緩慢，加固措施未能得到有效實(shí)施。2016年7月在連續(xù)降雨的作用下，坡體變形加劇，裂縫逐步向后山牽引，前緣坡面受擠壓大面積坍滑成散體狀。該二階邊坡逐步演化為主軸長(zhǎng)度約150m，橫向?qū)挾燃s100m，平均滑體深度約20m的中型牽引式滑坡，滑坡平面圖如圖6所示。

圖6 滑坡平面圖

3 滑坡成因分析

為了分析滑坡的成因，本文將從地形、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、氣候條件及工程等4方面因素進(jìn)行分析。

3.1 地形因素

該工程地處一山坳中下部，所在山體較龐大，后山匯水面積較大，且山坳處地形相對(duì)較為平緩，即呈現(xiàn)上陡下緩的山坳地貌，由陡變緩的地形易導(dǎo)致地表水的下滲，也更易匯集地表水和地下水，對(duì)于坡體的穩(wěn)定極為不利。

3.2 地質(zhì)結(jié)構(gòu)因素

坡體的風(fēng)化層厚度大，坡積層及呈散體狀的全、強(qiáng)風(fēng)化層較厚，松散的地層結(jié)構(gòu)是山體變形及滑坡的地質(zhì)基礎(chǔ)。其中，坡積土遇水極易軟化，飽水后極松軟，呈軟塑～可塑狀，在降雨后坡積土入滲性好，接受地表水補(bǔ)給能力大，持水能力強(qiáng)，故降雨后該層土能為其下全風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化層提供源源不斷的滲入補(bǔ)給，并在土巖交界處形成一定厚度的富水層，含水量的提高導(dǎo)致土巖結(jié)合面土體的物理力學(xué)指標(biāo)降低，形成相對(duì)軟弱層，極易誘發(fā)坡體滑動(dòng)。

3.3 氣候條件因素

通過(guò)對(duì)氣候資料的查閱可知，2015年6月至9月期間以及2016年3月以來(lái)均發(fā)生持續(xù)性降雨，大量雨水入滲坡體，且無(wú)法及時(shí)排出，使上覆松散坡積土迅速飽水軟化，土體自重增加，坡體下滑力大大提高，同時(shí)含水量增加導(dǎo)致土體抗剪強(qiáng)度降低，抗滑能力減弱，最后導(dǎo)致坡體變形失穩(wěn)，坡體后部受到牽引出現(xiàn)多道裂縫。因此，持續(xù)性的強(qiáng)降雨是引發(fā)坡體位移的最直接的外部誘因。

3.4 工程因素

首先，工程切坡為滑坡創(chuàng)造了條件，邊坡坡腳的開(kāi)挖改變了坡體的初始邊界條件，打破了其原有的平衡狀態(tài)，使得滑坡的出現(xiàn)成為了可能。

其次，在第一次發(fā)生較為顯著的變形后，邊坡頂部即出現(xiàn)張拉裂縫，張拉裂縫的存在為地表水的入滲提供了快速的通道，加速了地表水的入滲，為潛在滑帶的形成進(jìn)一步創(chuàng)造了條件。

此外，在坡體滑動(dòng)逐步加劇期間，受多種因素的干擾，未能及時(shí)完成加固措施，且受道路通行壓力及土石方調(diào)配等因素干擾，第一階的反壓體寬度、高度均不足，導(dǎo)致坡腳反壓力度不足，未能有效地遏制滑坡的進(jìn)一步發(fā)展，使得坡體在諸多不利因素的作用下，變形逐步加劇，淺層滑動(dòng)逐步向深層滑動(dòng)發(fā)展，同時(shí)隨著深層滑體的發(fā)展，并向深部及后部牽引延伸，最終形成了多層、多級(jí)滑動(dòng)。

4 滑坡計(jì)算分析

4.1 滑動(dòng)面判定

為了正確地判定滑坡體的范圍，并為后續(xù)滑坡治理提供有效的地質(zhì)條件參數(shù)，在滑坡防治工程實(shí)施前，該工程根據(jù)規(guī)范要求[9]，先進(jìn)行了專門(mén)的工程地質(zhì)勘察?？辈觳捎弥?輔剖面法進(jìn)行，沿滑坡主滑方向布置了5條主剖面，其中2-2′剖面、4-4′剖面及5-5′剖面貫穿主滑體，1-1′剖面和3-3′剖面布置于開(kāi)挖坡口線范圍內(nèi)，如圖1所示。同時(shí)，結(jié)合地面裂縫測(cè)繪和鉆探等方法，進(jìn)一步查明滑坡體、滑帶和滑床的結(jié)構(gòu)特征。

基于滑坡地質(zhì)勘察成果，結(jié)合地表裂縫、坡腳變形以及深層水平位移的監(jiān)測(cè)情況，該工程判定該滑坡存在3層主要滑動(dòng)面，即淺層滑動(dòng)面、深層滑動(dòng)面1和深層滑動(dòng)面2，如圖7所示。

4.2 滑帶土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)反算

滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)(含粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ)是滑坡穩(wěn)定性計(jì)算和推力計(jì)算的重要參數(shù)，尤其是內(nèi)摩擦角φ的大小對(duì)于滑坡體的穩(wěn)定性至關(guān)重要，有時(shí)內(nèi)摩擦角φ值相差1°，滑坡推力則差距顯著，甚至直接影響后續(xù)加固方案。由于滑帶土的成因、成分、含水狀態(tài)、受力狀態(tài)及破壞程度的復(fù)雜性和多樣性，使得參數(shù)的變化幅度非常大，同一滑帶上、中、下不同段落受力和破壞機(jī)制不同，加之物質(zhì)成分和含水狀態(tài)的不同，滑帶土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)也不同。因此，為了確保后續(xù)加固措施的合理性和準(zhǔn)確性，需先進(jìn)行滑帶土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)反算。

圖7 主滑面示意圖

抗剪強(qiáng)度參數(shù)反算法的基本原理是視滑坡將要滑動(dòng)而尚未滑動(dòng)的瞬間為極限平衡狀態(tài)，即穩(wěn)定安全系數(shù)等于0.95～1.0，并利用極限平衡方程求解滑帶土的粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ。該工程采用邊坡穩(wěn)定性計(jì)算軟件Geoslope對(duì)上述3個(gè)主滑面進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)淺層滑面和深層滑面所處的狀態(tài)，分別進(jìn)行3個(gè)主滑面滑帶土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的反算，反算得到滑帶土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)如表1所示。

表1 滑帶土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)反算結(jié)果

通過(guò)假設(shè)主滑面的穩(wěn)定安全系數(shù)約等于1.0，并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，求得淺層滑動(dòng)面、深層滑動(dòng)面1和深層滑動(dòng)面2滑帶土粘聚力c分別為12.0kPa、12.0kPa和10.0kPa，內(nèi)摩擦角φ分別為18.0°、18.0°和16.0°。

4.3 抗滑力計(jì)算

在反算求得滑帶土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)后，即可根據(jù)規(guī)范要求[10-12]計(jì)算上述3個(gè)滑動(dòng)面的抗滑力。該工程取滑動(dòng)面穩(wěn)定安全系數(shù)為1.25進(jìn)行計(jì)算，求得3個(gè)滑動(dòng)面所需抗滑力，如表2所示。

表2 抗滑力計(jì)算結(jié)果

在求得滑動(dòng)面抗滑力后，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，該工程采用h型雙排抗滑樁進(jìn)行滑坡加固。h型雙排抗滑樁作為超靜定結(jié)構(gòu)和空間組合結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)性能及工作形式明顯優(yōu)于普通抗滑樁，可充分發(fā)揮抗滑結(jié)構(gòu)的自身抗側(cè)剛度和穩(wěn)定性。然而，h型雙排抗滑樁屬于橫向受力結(jié)構(gòu)，在水平荷載作用下，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件和滑動(dòng)體的狀態(tài)，對(duì)前、后排樁的荷載分布規(guī)律進(jìn)行科學(xué)合理分配，不僅要確保整個(gè)滑坡體具有足夠的穩(wěn)定性，還要確保抗滑樁樁身的強(qiáng)度和剛度，滿足結(jié)構(gòu)承載力和變形控制要求。

5 滑坡治理措施

根據(jù)滑坡性質(zhì)、變形特征和發(fā)展趨勢(shì)，該工程采取了“前緣坡腳反壓+平臺(tái)布置剛架抗滑樁+坡體設(shè)仰斜平孔及支撐滲溝”的綜合治理措施。

5.1 應(yīng)急搶險(xiǎn)工程

為防止滑坡事故的進(jìn)一步惡化，在事故發(fā)生后，立即對(duì)前緣坡腳采用土袋進(jìn)行反壓，反壓高度8m，寬度6m，以抑制坡體變形發(fā)展。

同時(shí)，在坡體上緣完善截水溝和排水溝，形成樹(shù)枝狀的排水系統(tǒng)，盡可能將后山地表水匯水通過(guò)排水系統(tǒng)排至坡外，減少地表水的下滲。

5.2 支擋工程

由于該場(chǎng)區(qū)內(nèi)坡積、殘積土厚度較大，且地下水極為豐富，在前期錨索成孔試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生多次塌孔現(xiàn)象，為避免因成孔質(zhì)量因素而影響錨索施工質(zhì)量，滑坡治理方案排除了抗滑樁+錨索的加固方案，而優(yōu)先選用雙排抗滑樁方案。該方案具有工藝成熟，施工速度快，工期短等優(yōu)點(diǎn)，可對(duì)滑坡起到有效的治理效果。

根據(jù)上述計(jì)算分析可知，抗滑樁需提供1500kN抗滑力方可滿足滑坡穩(wěn)定要求。結(jié)合邊坡實(shí)際情況，抗滑樁結(jié)合一階、二階平臺(tái)進(jìn)行布置，采用h型的雙排樁布置形式，樁徑2000mm，樁間距為5m～6m，前、后排樁的排距為6m，如圖8～圖9所示，大于2.5倍樁徑，滿足工程實(shí)踐中的合理排距要求，樁長(zhǎng)以進(jìn)入碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖不小于6m控制，抗滑樁、頂梁配筋采用桿系有限元模型計(jì)算，如圖10所示，具體配筋結(jié)果如圖11所示。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，抗滑樁采用機(jī)械成孔。

圖8 主斷面示意圖

圖9 h型抗滑樁立面示意圖

圖10 h型雙排抗滑樁計(jì)算示意圖

圖11 抗滑樁結(jié)構(gòu)圖

5.3 排水工程

除上述地表排水系統(tǒng)外，該工程在坡腳和第一階邊坡中施打仰斜平孔，以利于排出坡體地下水，平孔的水平間距為5m，排水孔長(zhǎng)度為15m。

同時(shí)，在樁間設(shè)置支撐滲溝，以降低滑體的地下水位，提高滑坡的穩(wěn)定性，支撐滲溝設(shè)計(jì)如圖12所示。

(a)橫斷面圖

(b)縱斷面圖圖12 支撐滲溝示意圖

該滑坡經(jīng)h型雙排抗滑樁加固完成后至今，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示滑坡已處于穩(wěn)定狀態(tài)，表明該滑坡治理方案是合理、有效的。

6 結(jié)論

本文在對(duì)福建地區(qū)典型環(huán)境地質(zhì)條件下某滑坡的誘發(fā)因素進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地提出滑坡的治理方案及措施，最終確保了邊坡的安全。通過(guò)該滑坡事故的誘因分析及處理，可得到以下主要結(jié)論：

(1)對(duì)于后山匯水面積大、上陡下緩的山坳地貌進(jìn)行人工切坡時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)支擋結(jié)構(gòu)，并完善地表和地下排水措施。若處治不當(dāng)，人工邊坡極易誘發(fā)較大規(guī)模的滑坡。

(2)邊坡發(fā)生異常變形時(shí)，應(yīng)立即實(shí)施反壓等應(yīng)急措施，并盡快采取有效的支擋措施，治早治小，以防止事故進(jìn)一步惡化。

(3)h型雙排抗滑樁可充分發(fā)揮抗滑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度和穩(wěn)定性，且工藝成熟、施工速度快，抗滑能力強(qiáng)，可有效地抑制滑坡的進(jìn)一步發(fā)展。實(shí)踐證明，采用雙排抗滑樁的處治措施是合適的。

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