高陡巖質(zhì)滑坡治理及環(huán)境恢復(fù)技術(shù)

熊慧靈

(湖南安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院 安全工程學(xué)院, 湖南 長沙 410151)

近些年來,由于我國道路建設(shè)規(guī)模不斷加大,開挖坡體修路不可避免對周邊環(huán)境造成影響.原生植被的破壞加劇了水土流失,在降雨情況下,裸露坡體極易發(fā)生滑坡和落石等地質(zhì)災(zāi)害.為了改善滑坡區(qū)域的生態(tài)環(huán)境,保障人民的生命財產(chǎn)安全,對滑坡進(jìn)行合理的環(huán)境恢復(fù)治理十分重要.徐晨棟等[1]以清子高速某工程滑坡為研究背景,對不同工況下的滑坡進(jìn)行數(shù)值模擬,分析了開挖后滑坡的發(fā)生機(jī)制.周斌斌[2]分析了高邊坡滑坡的成因和破壞機(jī)制.劉德平等[3]對甘南某高速公路滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析和驗算,提出了一種綜合治理方案.陳鋒等[4]對G318公路壇子巖村滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性計算,根據(jù)分析結(jié)果選取了合適的治理方案.夏冬等[5]通過分析國內(nèi)外巖質(zhì)邊坡生態(tài)復(fù)綠技術(shù)的特性,詳細(xì)歸納了相關(guān)復(fù)綠技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn).目前在邊坡生態(tài)修復(fù)技術(shù)方面,植被混凝土綠化技術(shù)應(yīng)用較為廣泛.植被混凝土綠化技術(shù)結(jié)合相關(guān)巖體特征和植被的生長特點(diǎn),將水泥、生植土、混凝土添加劑、腐殖質(zhì)和植綠種子等按一定比例混合后噴射到坡面,能夠快速、有效地實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境修復(fù),具有固土、綠化等較明顯的成效[6,7].鑒于其技術(shù)上的優(yōu)點(diǎn),唐建超等[8]將植被混凝土綠化技術(shù)應(yīng)用于綏正高速公路護(hù)坡綠化;王華俊等[9]將植被混凝土綠化技術(shù)引入到高速公路邊坡硬質(zhì)坡面進(jìn)行綠化,達(dá)到了一定的生態(tài)和景觀效果；席文明[10]則在高陡邊坡中運(yùn)用植被混凝土生態(tài)防護(hù)技術(shù)進(jìn)行護(hù)坡綠化,邊坡復(fù)綠后效果顯著.目前,對滑坡特別是高陡巖質(zhì)滑坡方面的治理加固和生態(tài)環(huán)境恢復(fù)研究甚少.本文以懷化鶴城分水坳滑坡為工程背景,考慮滑坡所在區(qū)域的實(shí)際情況,采用多種加固措施以及植被混凝土綠化技術(shù)對該滑坡進(jìn)行綜合治理和環(huán)境修復(fù).

1 滑坡基本情況及成因分析

1.1 工程概況和滑坡區(qū)特征

懷化鶴城分水坳環(huán)境恢復(fù)治理區(qū)位于省道S312分水坳隧道北側(cè),因原省道S312邊坡開挖引發(fā)滑坡,造成大面積植被破壞,且引發(fā)自燃,導(dǎo)致水土流失及空氣污染,污染下游板木溪水庫水質(zhì),是湖南省28處重點(diǎn)督辦地質(zhì)環(huán)境點(diǎn)之一.根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及測繪,滑坡平面上呈舌狀,滑坡后緣高程651～662 m,前緣高程561～562 m,高差約90～100 m.滑坡前緣寬度74 m,順主滑方向長100 m,主滑方向為220°;滑動面呈圓弧形,面積約7 000 m2,滑坡體厚度5～20 m,體積約60 000 m3,屬小型牽引式巖質(zhì)滑坡.該滑坡目前已經(jīng)整體下滑,滑體大部分被清走,坡面僅部分殘留,主要分為2塊:左上側(cè)殘留巖體,高度40 m(標(biāo)高600～640 m),平均寬度20 m,厚度3～10 m,一般厚度7 m,需加固處理;右側(cè)殘留滑體及自燃后物質(zhì),最高標(biāo)高643 m,最低標(biāo)高560 m,高差83 m,縱向長度100 m,寬度20～50 m,平面面積約3 700 m2,為松散坡積物,降雨時易沖刷下滑.該滑坡位于省道S312上方,過往車輛行人較多,主要威脅道路交通安全;道路靠山坡一側(cè)為污水處理廠,受滑坡威脅,潛在經(jīng)濟(jì)損失3 000萬元左右.滑坡區(qū)場地現(xiàn)狀如圖1所示.

圖1 滑坡區(qū)現(xiàn)場

1.2 區(qū)域地質(zhì)環(huán)境條件

1.2.1 地形地貌

地貌類型屬剝蝕低山地貌,總體地勢中間高四周低,頂部為山頂,高程685 m,山坡中部有原省道S312通過(標(biāo)高560 m),南側(cè)為山谷.整體坡度25°～50°,坡體植被發(fā)育,多為灌木.

1.2.2 地層巖性

區(qū)內(nèi)出露地層有第四系(Q)、寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組(∈1n)、震旦系上統(tǒng)留茶坡組(Zbl).地層由老至新敘述如下:

震旦系上統(tǒng)留茶坡組(Zbl):黑色、灰黑色硅質(zhì)巖,層間夾有頁片狀硅質(zhì)頁巖,與下伏地層整合接觸.

寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組(∈1n):巖性為黑色炭質(zhì)板巖、炭質(zhì)板狀頁巖與硅質(zhì)巖互層,薄層狀構(gòu)造,含黃鐵礦星點(diǎn)和團(tuán)塊,并可見順層分布的黃鐵礦條帶.硅質(zhì)巖為灰黑色,裂隙較發(fā)育,常見有石英、方解石脈充填.因十年前開始自燃至今,地表因烘烤呈磚紅色.與下伏地層整合接觸.

第四系(Q):主要分布在山體表面,由黃褐色黏土及一些殘坡積物組成,厚度0.5～1.0 m.與下伏地層不整合接觸.

1.2.3 地質(zhì)構(gòu)造與地震

根據(jù)場地所在區(qū)域的地質(zhì)資料,區(qū)內(nèi)未出現(xiàn)顯著的斷裂構(gòu)造,為單斜地層,地質(zhì)構(gòu)造簡單.根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB 18306—2015)和《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB 50011—2010),該區(qū)設(shè)計基本地震加速度值小于0.05g,地震動反應(yīng)譜特征周期值為0.35 s,地震設(shè)防烈度小于6°,屬弱震區(qū).

1.2.4 水文地質(zhì)

場地內(nèi)地下水類型主要為第四系松散巖類孔隙水及基巖裂隙水.

1) 松散巖類孔隙水:主要賦存于第四系土層之中,受大氣降水的補(bǔ)給,無穩(wěn)定水位,對滑坡穩(wěn)定性影響極大.

2) 基巖裂隙水:賦存于下伏頁巖中,主要接受大氣降水及松散巖類孔隙水補(bǔ)給,直接排泄至溝谷中,水位埋深較大,在坡底部附近富水.

1.3 滑坡物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查及區(qū)域地質(zhì)資料,滑坡物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征自上而下分布的地層為殘坡積碎石土和中風(fēng)化炭質(zhì)板巖.

滑體：(1)殘坡積碎石土(Qel+dl):由紫紅色、黃褐色黏土及一些殘坡積物組成,厚度0.2～0.6 m.該層分布于整個坡體上.(2)中風(fēng)化炭質(zhì)板巖:灰黑色,薄層狀構(gòu)造,含黃鐵礦星點(diǎn)和團(tuán)塊,并可見順層分布的黃鐵礦條帶,節(jié)理裂隙發(fā)育,常見有石英、方解石脈充填.經(jīng)多年自燃后至今,坡體表面因烘烤呈灰白色、磚紅色,結(jié)構(gòu)松散.巖層主要產(chǎn)狀為0°∠8°和350°∠8°,為逆向坡;主要節(jié)理為210°∠80°和140°∠75°,巖體受節(jié)理裂隙影響,較為破碎,膠結(jié)差.

滑帶(面)：滑帶主要為一組180°∠50°節(jié)理的聯(lián)通面.

滑床：滑床主要由寒武系下統(tǒng)牛蹄塘組炭質(zhì)板巖,巖層產(chǎn)狀為0°∠8°,結(jié)構(gòu)面屬硬質(zhì)結(jié)構(gòu)面.

1.4 滑坡成因分析

根據(jù)滑坡形成的條件、影響因素,并考慮滑坡破壞特性分析,本滑坡是由巖土體性質(zhì)、地形條件、人類工程活動和大氣降水共同作用形成.一方面滑坡區(qū)人類工程活動較強(qiáng)烈,主要為早年開挖坡體修路,原始地貌被改變,人工切坡為斜坡滑移破壞提供了臨空面,改變了坡體原有的應(yīng)力狀態(tài),且削坡形成的邊坡未進(jìn)行任何防護(hù),增加了滑坡的可能性.滑坡所處位置的斜坡自然坡度陡峭,坡度約為50°,坡體高差超過100 m,屬于高陡邊坡,滑坡位能較大,為滑坡滑移創(chuàng)造了條件.另一方面滑體主要由殘坡積碎石土、強(qiáng)風(fēng)化(自燃)炭質(zhì)板巖組成,殘坡積碎石土土質(zhì)松散,孔隙度高,遇水易崩解.下覆地層為炭質(zhì)板巖,層狀結(jié)構(gòu),薄層狀,節(jié)理裂隙大量發(fā)育,巖石力學(xué)強(qiáng)度低.大氣降雨滲入地下,長期滲透到滑動面(帶)上,軟化滑動面,降低了滑動面(帶)巖土體抗剪強(qiáng)度,使得滑動面(帶)逐漸向外擴(kuò)展、貫通,最終坡體發(fā)生滑動.

2 滑坡穩(wěn)定性分析

2.1 定性分析

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查提供的滑坡巖層面及節(jié)理產(chǎn)狀,選取最不利剖面采用赤平投影對滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行定性分析,滑坡結(jié)構(gòu)面赤平投影圖如圖2所示.根據(jù)赤平投影分析可知,其中J1節(jié)理面傾向與開挖面傾向的夾角小于30°,屬外傾結(jié)構(gòu)面,但傾角大于坡面角度,因此節(jié)理面相對穩(wěn)定性較好,邊坡沿節(jié)理面滑動可能性較小;J2節(jié)理面傾角大于坡面角度,且屬內(nèi)傾結(jié)構(gòu)面,因此節(jié)理面穩(wěn)定;YC1巖層結(jié)構(gòu)面傾角小于坡面角度,但屬內(nèi)傾結(jié)構(gòu)面,因此結(jié)構(gòu)面穩(wěn)定;分析組合結(jié)構(gòu)面的影響,其中YC1-J1組合交線的滑動可能性較大.

圖2 赤平投影法分析

2.2 定量分析

2.2.1 計算剖面和計算工況確定

計算剖面選擇滑坡區(qū)域內(nèi)的最不利斷面,該斷面貫穿滑坡前后緣.考慮區(qū)內(nèi)地下水水位埋深較深,坡體未見穩(wěn)定水位,故計算過程中不考慮地下水對滑坡的影響.滑坡穩(wěn)定性分析僅針對自重工況Ⅰ和暴雨工況Ⅱ(暴雨、連續(xù)降雨狀態(tài))2種工況進(jìn)行.滑坡支護(hù)前工程地質(zhì)剖面圖如圖3所示.

圖3 滑坡支護(hù)前工程地質(zhì)剖面

2.2.2 計算參數(shù)確定

設(shè)計參數(shù)根據(jù)勘查單位提供的巖土層參數(shù),結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗、反演分析選取.滑坡治理設(shè)計所用的巖土層及滑帶物理力學(xué)參數(shù)如表1所示.

表1 設(shè)計支護(hù)計算所需的主要參數(shù)

2.2.3 滑坡穩(wěn)定性評價及推力計算

根據(jù)調(diào)查報告,滑帶(面)主要為節(jié)理的聯(lián)通面,滑體主要為殘坡積碎石土,滑面為穿過軟弱夾層的折線形滑面.按照上述確定的計算剖面、計算工況和計算參數(shù),結(jié)合工程實(shí)際情況,本滑坡工程采用北京理正巖土計算軟件,根據(jù)折線形滑面(采用勘查指定最危險滑面)計算,該滑坡加固前的穩(wěn)定系數(shù)和推力計算結(jié)果見表2.

表2 滑坡治理前穩(wěn)定系數(shù)和推力計算結(jié)果

根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(GB/T 32864—2016)第13.3.2條規(guī)定:當(dāng)穩(wěn)定安全系數(shù)Fs≥1.15時,滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài);當(dāng)1.05≤Fs<1.15時,滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài);當(dāng)1.00≤Fs<1.05時,滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài);當(dāng)Fs<1.00時,滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)[11].因此,由表2可知在自重工況Ⅰ下滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.074～1.078,滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài);在暴雨工況Ⅱ下滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)為0.979～0.981,滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài).相比于自重工況Ⅰ,在暴雨工況Ⅱ下滑坡推力明顯增大,1-1'剖面中推力增大40%,2-2'剖面中推力增大37%.上述結(jié)果表明該滑坡亟待治理加固,大氣降雨作用下極可能再次引發(fā)滑坡.

3 滑坡治理和環(huán)境恢復(fù)設(shè)計

3.1 治理方案介紹

滑坡治理采用錨桿(索)工程、噴錨網(wǎng)護(hù)坡工程、毛石混凝土擋墻工程、綠化工程、排水工程及監(jiān)測工程相結(jié)合的方案.通過在坡面設(shè)置錨桿(索),增強(qiáng)坡體整體穩(wěn)定,避免不穩(wěn)定巖土體發(fā)生滑塌;采用掛網(wǎng)噴混護(hù)坡,防止雨水滲入坡體;對坡面進(jìn)行綠化,保證與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào),同時減少雨水對坡面的沖刷,有利于生態(tài)環(huán)境恢復(fù),也減少了對下游板木溪水庫的水污染;在坡底修建毛石混凝土擋墻,然后覆土綠化,防止坡腳沖刷;對滑坡建立全方位的截排水措施,減少雨水對坡體的沖刷作用,通過設(shè)置深層泄水孔和一般泄水孔,及時排泄坡體積水,減少地下水的滲透力,增大坡體土體的抗剪強(qiáng)度,提高坡體的整體穩(wěn)定性;另外,通過開展滑坡監(jiān)測和信息化施工,將滑坡加固過程和加固后的穩(wěn)定性數(shù)字化,將滑坡安全可視化.治理方案示意圖如圖4所示.

圖4 滑坡治理方案

3.2 具體治理方案

3.2.1 錨噴網(wǎng)護(hù)坡工程

為增強(qiáng)坡體穩(wěn)定性,在滑坡坡體上設(shè)置錨桿(索)+錨墩支護(hù),錨墩呈梅花形布置分布于坡面上,其中錨墩采用C30混凝土現(xiàn)澆成型,錨桿(索)設(shè)置在錨墩中心處,錨桿(索)傾角20°.錨桿采用全長黏結(jié)型錨桿,錨桿所用鋼筋直徑為20 mm,鋼筋等級為HRB400.錨桿豎向間距2.5 m,橫向間距2.5或3.0 m,滿足錨桿間距要求,錨桿長度分別為3,6,9,12 m.錨索豎向間距2.5 m,橫向間距3.0 m,滿足錨索間距要求.錨索采用鋼絞線,鋼絞線的抗拉強(qiáng)度設(shè)計值為1 320 MPa.每根錨索采用4束15.2 mm的鋼絞線,錨索需錨固到中風(fēng)化巖層,錨索自由段長度分別為10和12 m,錨固長度為8 m,錨孔直徑150 mm,錨索進(jìn)行防腐處理.

錨桿(索)間采用掛網(wǎng)噴面護(hù)坡,噴砼強(qiáng)度C25,厚150 mm,掛直徑10 mm、網(wǎng)孔150 mm×150 mm的雙層鋼筋網(wǎng).錨索處錨墩截面尺寸為錨墩底部800 mm×800 mm,錨墩頂部500 mm×500 mm,錨墩高500 mm.

3.2.2 毛石混凝土擋墻工程

為保證坡底綠化和安全,在坡底設(shè)置毛石混凝土擋墻,并在毛石混凝土擋墻上修建輕質(zhì)圍墻.在毛石混凝土擋墻后采用加筋土回填,然后進(jìn)行綠化.毛石混凝土擋墻墻高5.0 m,墻底寬2.35 m,墻頂寬1.20 m,毛石混凝土擋墻采用MU30級毛石,C30混凝土澆筑.毛石混凝土擋墻上設(shè)2排一般泄水孔,泄水孔長3 m,泄水孔傾角8°,傾向墻外,采用DN75的PVC管,水平間距為5.0 m,并設(shè)置反濾包.在毛石混凝土擋墻上每隔20 m設(shè)置一條伸縮縫,縫寬為20 mm,沿縫的三邊填塞瀝青麻筋或瀝青木板,塞入深度200 mm.

在毛石混凝土擋墻頂部設(shè)置輕質(zhì)圍墻,輕質(zhì)圍墻采用將立柱(直徑48 mm厚3.5 mm圓管)固定在底部尺寸為500 mm×400 mm×400 mm的C25素砼基礎(chǔ)上,基礎(chǔ)嵌入毛石混凝土擋墻,然后在立柱上設(shè)置側(cè)向連接件連接空心方鋼,并在空心方鋼間設(shè)置網(wǎng)格70 mm×150 mm的鋼絲網(wǎng)(直徑6 mm).

3.2.3 綠化工程

坡面綠化工程在護(hù)坡完成后采用100 mm厚植被混凝土護(hù)坡綠化,如圖5所示.植被混凝土綠化采用網(wǎng)孔50 mm×50 mm的14#鍍鋅(包塑)鐵絲網(wǎng),基材基層噴播80 mm厚,基材表層噴播20 mm厚(含植物種子).植被混凝土基材由生植土、水泥、混凝土綠化添加劑、腐殖質(zhì)、有機(jī)肥、木纖維、保水劑和種子等組成.植草宜選用易成活、生長快、根系發(fā)達(dá)、葉莖矮或有匍匐莖的多年生當(dāng)?shù)夭莘N.

圖5 植被混凝土綠化種植

建議每立方基層配方:生植土0.90 m3,水泥100 kg,混凝土綠化添加劑40 kg,腐殖質(zhì)0.20 m3,有機(jī)肥8 kg,木纖維2 kg,保水劑160 g;建議每立方面層配方:生植土0.80 m3,水泥80 kg,混凝土綠化添加劑30 kg,腐殖質(zhì)0.20 m3,種子50 g(催芽),有機(jī)肥8 kg,木纖維2 kg,保水劑160 g.

4 結(jié)論

1) 本滑坡主要誘發(fā)因素是人類工程活動及大氣降雨,其中大氣降雨是直接原因.由定性分析可知,滑坡沿YC1-J1組合交線滑動的可能性較大.由定量分析可知,滑坡在暴雨工況Ⅱ下處于不穩(wěn)定狀態(tài),且滑坡推力顯著增加.

2) 根據(jù)滑坡的地質(zhì)條件、各工況穩(wěn)定狀態(tài)及對工程的影響關(guān)系等因素,滑坡環(huán)境恢復(fù)治理采用錨噴網(wǎng)護(hù)坡工程、毛石混凝土擋墻工程、綠化工程、排水工程及監(jiān)測工程相結(jié)合的方案.