茅曉東,王 強(qiáng)
(1.山西省臨汾市交通勘察設(shè)計(jì)院,山西 臨汾 041000;2.山西省交通科學(xué)研究院,山西 太原 030006)
在晚更新世、或者河流階地侵蝕時(shí)期出現(xiàn)的滑坡,即為古滑坡。但就具體地質(zhì)勘察方面來(lái)看,往往認(rèn)為出現(xiàn)于現(xiàn)階段之前,且當(dāng)前狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定的滑坡體,均可被認(rèn)為是古滑坡。
暫時(shí)穩(wěn)定的古滑坡體,并不表示其使命已經(jīng)終結(jié),伴隨著外部因素的作用,會(huì)導(dǎo)致滑動(dòng)重新開(kāi)始。在公路工程的建設(shè)方面,常常會(huì)出現(xiàn)雨水侵蝕或者是邊坡的大量開(kāi)挖現(xiàn)象,會(huì)讓其穩(wěn)定性以及平衡性出現(xiàn)較大改變,進(jìn)而導(dǎo)致破壞性更大,且治理較為困難的新滑坡,此時(shí)還有可能對(duì)施工的進(jìn)度以及安全產(chǎn)生影響,對(duì)項(xiàng)目工期和施工成本造成嚴(yán)重?fù)p失。
鶴大高速ZT08標(biāo)K673+118—K673+206段在進(jìn)行路基挖方施工時(shí)路基邊坡突然滑塌,具體原因在于,擾動(dòng)了原始的古滑坡體,影響了其穩(wěn)定性。所以,在針對(duì)公路工程開(kāi)展的地質(zhì)調(diào)查活動(dòng)之中,有必要對(duì)其規(guī)模、可能滑動(dòng)的方向進(jìn)行正確的探究和判斷,這對(duì)于公路線(xiàn)路的確定以及防護(hù)、邊坡設(shè)計(jì)等方面而言,有著極為重要的作用。
在正確對(duì)古滑坡進(jìn)行判斷之前,對(duì)其形成機(jī)理、形態(tài)特征、性質(zhì)有所了解,為基礎(chǔ)條件,結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)[1],分析如下。
1.1.1 地質(zhì)構(gòu)造因素
基巖破碎、節(jié)理發(fā)育、具有弱蝕性的斷裂破碎帶、軟弱結(jié)構(gòu)面等不利地質(zhì)條件。
1.1.2 巖層巖性因素
巖層巖性是滑坡發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ),地層巖性軟弱、巖土體松散、強(qiáng)度不高、親水性好、滲透性較大,則易在雨水和地下水作用下因強(qiáng)度降低而形成滑動(dòng)帶,為古滑坡的復(fù)活創(chuàng)造了條件[2]。
1.1.3 降水與地下水的影響
古滑坡在遇到連續(xù)或強(qiáng)降雨時(shí),雨水順地表巖土體空隙滲入轉(zhuǎn)化為地下潛水,進(jìn)入滑坡體內(nèi)部,弱化巖體的力學(xué)性質(zhì),同時(shí)是滑坡帶過(guò)度飽和產(chǎn)生滯水,長(zhǎng)時(shí)間浸潤(rùn)巖體,使巖土體間的有效正應(yīng)力和摩阻力降低。
1.1.4 地震影響
地震產(chǎn)生的動(dòng)能使滑坡體產(chǎn)生滑動(dòng),其累計(jì)作用導(dǎo)致滑坡體滑動(dòng)面強(qiáng)度降低。
1.2.1 古滑坡體上的建設(shè)
滑坡體上的建設(shè)活動(dòng)產(chǎn)生的荷載給古滑坡體增添了附加下滑力,其累計(jì)將打破原有的平衡,形成滑動(dòng)。
1.2.2 坡腳挖空
坡腳開(kāi)挖卸載而產(chǎn)生的附加應(yīng)力會(huì)改變滑坡土體的平衡條件,降低斜坡的支撐能力。
該滑坡位于鶴大高速公路ZT08標(biāo)段K673+118—K673+206主線(xiàn)右側(cè),該滑坡體位于山前坡積體上,高速公路以路塹形式從坡的中前部通過(guò),公路邊坡最大挖深17.6 m。坡體地形相對(duì)較緩,坡度約14°。地勢(shì)西北高東南低,平面上呈“舌狀”,兩側(cè)沖溝成圓椅狀地貌特征。滑坡影響路線(xiàn)長(zhǎng)度88 m,縱向長(zhǎng)度約65 m,滑塌體面積約3 480 m2,淺層滑面體積約4.2×104m3?;瑒?dòng)方向與公路近似垂直。
后經(jīng)在施工臨空面前方進(jìn)行臨時(shí)反壓措施,坡體逐漸達(dá)到平衡狀態(tài)。
圖1 鶴大ZT08古滑坡衛(wèi)星圖
圖2 滑坡?tīng)恳龔埨芽p圖
圖3 臨空面臨時(shí)反壓圖
該段公路勘察設(shè)計(jì)階段未發(fā)現(xiàn)古滑坡,施工圖按碎石土路塹設(shè)計(jì),該段邊坡2015年9月以來(lái)實(shí)施開(kāi)挖,邊坡從二級(jí)邊坡頂部向下開(kāi)挖,距一級(jí)平臺(tái)2 m左右時(shí),隨著開(kāi)挖深度的增加,古滑坡前緣逐漸被切除,破壞了古滑坡的自然平衡狀態(tài),連續(xù)多天降雨,誘發(fā)古滑坡復(fù)活。坡體前緣開(kāi)挖臺(tái)地出現(xiàn)反翹隆起現(xiàn)象,坡體向前位移2~4 m,坡面出現(xiàn)鼓脹式裂縫;坡體中后部形成由數(shù)條裂縫、沉陷帶組成的寬約16 m的洼陷裂縫帶,錯(cuò)臺(tái)高差約2~3 m,可見(jiàn)光滑的滑動(dòng)面;后部有牽引式張拉裂縫出現(xiàn),裂縫錯(cuò)臺(tái)約80 cm高。
2.3.1 穩(wěn)定性計(jì)算及推力計(jì)算
2.3.1.1 參數(shù)選用及推力計(jì)算
由于潛在滑面與淺層滑面物質(zhì)基本一致,性質(zhì)略有差異,淺層滑面土為可塑-軟塑狀,潛在滑面土為可塑,在飽水狀態(tài)下,潛在滑坡滑面力學(xué)參數(shù)在強(qiáng)降雨?duì)顟B(tài)下參照淺層滑面的力學(xué)參數(shù)選取。
根據(jù)反演計(jì)算值,結(jié)合有關(guān)經(jīng)驗(yàn)值,綜合分析有關(guān)影響因素后選取計(jì)算參數(shù)。具體如表2。
表1 淺層滑面設(shè)計(jì)計(jì)算巖土參數(shù)表
表2 潛在滑面設(shè)計(jì)計(jì)算巖土參數(shù)表
2.3.1.2 穩(wěn)定性計(jì)算
考慮到該滑坡都是在工程狀態(tài)下進(jìn)行的,因此,滑坡的穩(wěn)定性定量計(jì)算皆是在邊坡開(kāi)挖到位后的滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果。這里僅對(duì)淺層滑坡的滑面和潛在滑坡的潛在滑面在天然狀態(tài)和飽水狀態(tài)等兩種工況下的穩(wěn)定性用傳遞系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。
a)正常工況 天然狀態(tài)下,滑體自重按天然含水量狀態(tài)重度取值。
b)非正常工況Ⅰ 暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)下,即滑體自重按飽和重度取值(考慮滑體物質(zhì)松散,滑體重度按全部飽和最不利狀況取值)。
根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T 0218—2006),穩(wěn)定分級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)如下:當(dāng)穩(wěn)定系數(shù)K≥Kf為穩(wěn)定,Kf>K≥1.05基本穩(wěn)定,1.05>K≥1.0為欠穩(wěn)定,K<1.0為不穩(wěn)定。
根據(jù)上述指標(biāo)值,經(jīng)計(jì)算,滑塊1-1(圖1中圓椅狀古滑坡)縱斷面在天然狀態(tài)下、飽水狀態(tài)下和地震狀態(tài)下的穩(wěn)定系數(shù)如表3。
表3 主滑1-1斷面滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果一覽表
根據(jù)穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果,該滑坡目前在邊坡開(kāi)挖后在天然及飽水狀態(tài)下整體處于不穩(wěn)定狀態(tài),會(huì)發(fā)生整體滑移,威脅高速公路的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)安全。
因此,必須及時(shí)對(duì)淺層滑坡及潛在滑體進(jìn)行必要的治理措施提高其當(dāng)前穩(wěn)定性,使其在最不利工況下達(dá)到設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn),確?;路€(wěn)定。
2.3.1.3 推力計(jì)算方法
滑坡體推力計(jì)算時(shí),采用碎裂面為折線(xiàn)形模型的傳遞系數(shù)法[3]。公式為:
式中:Ei為第i塊塊體產(chǎn)生的推力,kN/m;Ei-1為第i-1塊塊體產(chǎn)生的推力,kN/m;Ri為第i塊的抗滑分力,kN/m,Ri=Wisinαitgφi+ciLi;Ti為第i塊的下滑分力,kN/m,Ti=Wicosαi;K為推力計(jì)算安全系數(shù),取1.20。Ψi為第i-1塊推力傳遞給第i塊時(shí)的推力傳遞系數(shù),ψi=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tgφi,αi、αi-1分別為第i塊、第i-1 塊的滑面傾角,(°);φi、ci為第i塊破裂面的抗剪強(qiáng)度指標(biāo);Li為第i塊破裂面的長(zhǎng)度,m。
按路基設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)定安全系數(shù),經(jīng)計(jì)算,各滑塊主滑斷面在各工況條件下的剩余滑坡推力計(jì)算結(jié)果如表4,并以其中的大值作為設(shè)計(jì)滑坡推力。
表4 安全系數(shù)及剩余推力表
滑坡推力取在非正常工況下的潛在滑坡的推力F=1 472 kN/m為設(shè)計(jì)推力。
該段滑坡既有現(xiàn)已滑動(dòng)的淺層滑坡,同時(shí)在邊坡開(kāi)挖到位后影響潛在滑坡,目前,淺層滑坡滑動(dòng)形成裂縫帶,將坡體表面分割成七零八落,由于邊坡開(kāi)挖形成的臨空面及強(qiáng)降雨很容易引起潛在滑動(dòng)面的滑動(dòng)。因此,根據(jù)其工程地質(zhì)條件、坡體滑塌變形原因和穩(wěn)定性分析結(jié)論,結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和工程實(shí)施的可行性,采用抗滑樁對(duì)滑塌體進(jìn)行治理[4]。
所有抗滑樁斷面均為矩形,樁截面為2.6 m×2.0 m,樁間距為 5 m,1~17號(hào)樁長(zhǎng)為 25 m,18~25號(hào)樁長(zhǎng)為22 m,混凝土采用C30鋼筋混凝土。樁頂用連系梁連為一個(gè)整體,以增加抗滑樁的整體性。樁基主筋采用32 mm的鋼筋。
圖4 抗滑樁布置平面圖
由于本段線(xiàn)路的設(shè)計(jì)理念是綠色工程,為了減少混凝土等大面積外露,將抗滑樁樁位向坡體里移動(dòng),使得抗滑樁盡量埋入坡體中,待抗滑樁支擋工程完工后,恢復(fù)二級(jí)坡面,達(dá)到整個(gè)一級(jí)、二級(jí)邊坡與整個(gè)線(xiàn)路邊坡坡率一致,綠化方案一致的效果。具體方案是:
設(shè)計(jì)推力:采用在連續(xù)強(qiáng)降雨工況下的潛在滑坡剩余下滑力作為設(shè)計(jì)推力:F=1 472 kN/m.
a)應(yīng)急反壓措施 為了盡量減少滑坡的位移,為下一步治理措施的實(shí)施提供一個(gè)安全的平臺(tái),對(duì)坡體實(shí)施反壓措施,反壓填實(shí)要求——密實(shí)度要求達(dá)到85%。
b)坡面裂縫帶夯填、坡面平整,由于坡面凹凸不平,裂縫深淺不一,不利于坡面水的順利排泄。對(duì)于深度較深的裂縫,可采用三七灰土夯填捶面;裂縫夯填后進(jìn)行坡面平整,裂縫夯填面積約1 665 m2。對(duì)坡面進(jìn)行整理順坡,使坡面水能夠順利排走。坡面平順后,對(duì)坡面夯實(shí)捶面。
c)邊坡設(shè)計(jì)為二級(jí)邊坡,一級(jí)邊坡坡率1∶1.0,坡高10 m,采用拱形骨架防護(hù);二級(jí)邊坡坡率1∶1.0,一坡到頂,采用拱形骨架護(hù)坡。在二級(jí)邊坡高6 m、距路中線(xiàn)46.2 m設(shè)施工平臺(tái),施工平臺(tái)坡腳距路中線(xiàn)19.55 m。平臺(tái)寬度最小3.6 m。待抗滑樁工程完成后,回填平臺(tái)、恢復(fù)二級(jí)邊坡。
d)支擋措施 在二級(jí)平臺(tái)距路中心36.2 m、坡腳19.55 m處設(shè)置一排抗滑樁,抗滑樁樁徑為:2.0×2.6 m,樁間距 5 m,樁深 25 m(22 m),共設(shè)置鋼筋混凝土抗滑樁25根。
e)排水工程 地下水往往是誘發(fā)滑坡的重要因素,為降低地下水位,消除或減輕靜、動(dòng)水壓力或地下水對(duì)軟弱帶的影響,必須有效地設(shè)置截排水工程。
f)坡面防護(hù) 在一級(jí)、二級(jí)和樁頂上一級(jí)平臺(tái)的坡面,由于滑坡滑塌沖擊以及抗滑樁工程施工工程中對(duì)坡體的擾動(dòng),在邊坡的開(kāi)挖過(guò)程中,可能產(chǎn)生邊坡溜塌等現(xiàn)象,恢復(fù)坡面采用拱形骨架進(jìn)行防護(hù),拱形骨架內(nèi)植草綠化。
g)滑坡地表位移監(jiān)測(cè) 在滑坡上設(shè)置觀測(cè)標(biāo)墩網(wǎng),對(duì)滑坡進(jìn)行位移觀測(cè),來(lái)監(jiān)測(cè)滑坡的變形趨勢(shì)和滑坡治理的效果。觀測(cè)次數(shù)在施工周期內(nèi)以1周1次,在施工完成后1月1次,觀測(cè)周期為滑坡治理工程開(kāi)始后至治理工程完成后2年。
因?yàn)槌霈F(xiàn)滑坡的原因、形成年代、大小以及地形等條件存在諸多不同,由此滑坡也體現(xiàn)出了各種形態(tài)特征。就具體應(yīng)用方面來(lái)看,許多古滑坡并不具備如上的判斷特征,在不同狀況下,各類(lèi)特征的表現(xiàn)也并不相同。所以,有必要充分運(yùn)用多種方式,綜合性地對(duì)古滑坡進(jìn)行識(shí)別以及判斷,提前對(duì)疑似的地段進(jìn)行準(zhǔn)確判斷,古滑坡的防治要通過(guò)地調(diào)、地勘結(jié)果進(jìn)行綜合分析,針對(duì)不同的滑坡治理采取科學(xué)合理的措施,就項(xiàng)目施工生產(chǎn)安全控制方面,有著極為關(guān)鍵的作用。