河道滑坡勘察與治理
——以洪河干堤滑坡為例

黃 江, 李劍修, 王月恒, 余小明

(中水淮河規劃設計研究有限公司,安徽 合肥 230000)

河道滑坡勘察與治理
——以洪河干堤滑坡為例

黃 江, 李劍修, 王月恒, 余小明

(中水淮河規劃設計研究有限公司,安徽 合肥 230000)

以洪河干堤滑坡為實例,針對性勘察、分析河道滑坡產生的原因,探討防治方案,對相關工程設計施工具有重要的參考意義。

洪河;河道滑坡;地質勘察

洪河為淮河支流,其河道邊坡特性決定自身必須具有較強的抗滲透性、穩定性、耐久性等特征,建成后期需要規范的維護,避免河道邊坡受損危及周圍居民生命及財產安全。河道滑坡治理應利用非汛期時間,對隱患處進行針對性治理。

1 基本概況

工程區位于阜南縣方集鎮,臨近上游洪河裁彎取直段。該段洪河干堤段堤防為3級設計標準,設計堤頂寬6 m,堤頂高程33.90 m,河底高程約17.10 m,勘察期間河水位高程約21.80 m。經查勘和實測斷面,HP1(照片1)滑坡位于堤防迎水側天然邊坡,順滑動方向長約30 m、寬約60 m。

照片1 HP1地貌照Photo 1 Landscape photo of HP1

2 工程地質勘察思路

2.1 地質測繪

以實測1∶500地形圖為底圖,查明滑坡地貌特征,滑坡發生、發展的歷史及相關因素,重點查明滑坡平臺、裂縫、滑動面(帶)、前緣剪出口及滑坡周邊水系發育特征、徑流條件等。

2.2 勘探

在滑坡體及其下游未滑動斜坡處各布置縱向勘探線,勘探點間距10～20 m,用以查明滑坡體和未滑動斜坡物質組成及類型,通過對比分析判斷可能形成滑動面的層位及位置。鉆探時采用干法鉆進,滑動帶附近回轉鉆進進尺不得<0.5 m,取原狀土時(使用薄壁取土器)采用壓入法或擊入法取樣[1]。

2.3 試驗

(1) 原位試驗:在滑動帶附近進行密集標準貫入試驗,即采用標準貫入試驗+回轉鉆進取標貫擾動土+薄壁取土器取原狀土的循環方式,用以查明軟弱層分布特征及物質組成。

(2) 室內試驗:查明組成邊坡土層特別是滑帶土天然含水量、土粒密度、孔隙比等基本物理指標,c、φ值的確定采用與滑坡受力條件相似的快剪和飽和快剪確定。

3 滑坡體工程地質條件

在地貌上滑坡體位于淮北平原西部,第四系廣泛分布并堆積較厚。歷史上洪河洪澇災害嚴重,河曲發育,由于自然和人工裁彎取直,大洪河兩岸留下了較多牛軛狀古河道。滑坡體位于方集鎮洪河大橋下游約150 m 處左岸坡,距上游洪河趙灣—方集人工裁彎取直段約500 m。洪河此段為北東東走向,堤頂高程約在33.2～33.8 m之間,堤腳高程約在28.0～30.0 m之間,多分布一級平臺,平臺以下地表坡度約15°,水下坡度約32°。滑坡導致HP1頂坡面形成臨空面,坡面發育多條裂縫(照片2),沿裂縫下錯高度大多在5～20 cm之間。此段堤防背水側坡腳原為長數百米,寬20～35 m,深3～5 m的取土坑,后期對其局部回填。

勘探點揭示地層主要是人工填土、第四系全新統輕—中粉質壤土、上更新統粉細砂,其地層巖性特征如表1。

照片2 HP1主裂縫特征照Photo 2 Characteristic picture of main fracture of HP1

表1 工程區地層巖性特征表

在構造上,滑坡體處于中朝準地臺之華北坳陷南部周口凹陷與駐馬店—淮濱凹陷之間的西平—平輿凸起帶及白堊紀阜南坳陷內,滑坡體所處區域的地震反應譜以0.35～0.45 s為周期,基本烈度在Ⅵ度以上,當發生地震時,此工程區域易誘發滑坡等地質災害,在設計時需考慮抗震因素。

水文地質方面,區內地下水主要以③、④層孔隙性潛水、⑦層粉細砂層弱承壓水為主,地下水主要受大氣降水、地表徑流補給,其含水量季節性變化明顯。HP1背水側坡腳溝渠縱橫,多分布有坑、塘,地表水同時接受附近的大型砂場排水補給,常年有水,水位高程約為28.20 m。通過鉆孔揭示,滑坡體地下水沿③層底面富集,潛水位高程低于HP1背水側坑塘地表水位、高于正常河水位,即背水側地表水通過中等透水性的③層土形成向大洪河地表水的補給通道。

4 滑坡發展歷史

HP1滑坡自20世紀末產生蠕滑,坡腳部位形成短小裂縫,2002—2003年地方水利部門曾組織對該段坡腳進行了大量的拋石壓腳處理,并對堤防后取土坑進行回填,治理后HP1趨于穩定。2012—2014年秋季阜南地區長期干旱,洪河水位處于低位,然而2014年秋季汛期來臨,河水在短時間內暴漲至約28.7 m,又在短時間回落。洪水退去后不久,HP1發生劇烈下滑,沿一級平臺以下陡緩交界處產生錯落,后緣呈圈椅狀臨空面,HP1坡面自上而下形成6條較大裂縫,長度30～50 m。

近些年,原取土坑位置新建養殖場,并于廠址東側坡腳取土用以抬高廠房區地基,取土區改造成水塘。2012—2014年秋季阜南地區長期干旱,洪河水位處于低位,然在2014年秋季汛期來臨時,河水在短時間內暴漲至約28.7 m,又在短時間回落。洪水退去后,HP1發生劇烈下滑,沿一級平臺以下陡緩交界處產生錯落,后緣呈圈椅狀臨空面,HP1坡面自上而下形成6條裂縫,長度30～50 m。

5 滑坡成因機制分析

5.1 地層巖性

滑坡體由上覆填土、第四系沖洪積輕粉質砂壤土、淤泥質中粉質壤土、中粉質壤土組成。滑帶土為輕粉質砂壤土,中等透水性,飽和狀態,軟—流塑狀,下部淤泥質中粉質壤土微透水,為相對隔水層,地表水下滲及地下水在輕粉質砂壤土層底部富集,富水后抗壓及抗剪強度下降,下層淤泥質中粉質壤土上部土體軟化,呈軟塑狀,為滑帶形成提供了條件。

5.2 水文地質

滑坡體背水側坡腳范圍分布有坑塘,接受降雨和砂廠來水補給,常年水位在28.20 m,高于滑坡體潛水位及常規河水位,滑坡體中等透水的③層土中形成由堤后向河水的滲流通道,很大程度降低了③層土及④層上部土的力學性質。

5.3 人類工程活動

坡頂填土新建堤防及堤頂道路,增加了滑坡體靜、動荷載;背水側水塘系近期開挖,地表水滲流至河水通道使滑坡體處于飽水狀態;上游500 m處洪河裁彎取直,改變了泄流條件,水流沖刷力和沖擊力增加,河床表層土為淤泥質中粉質壤土抗沖刷能力差,使剪出口臨空,打破了滑坡體原有平衡。

5.4 降雨

2014年秋汛期研究區河水位暴漲,致使地下水位上升,對滑坡體產生浮托力和靜、動水壓力,從而增大滑體下滑力,加劇坡體變形。

6 滑坡破壞機制分析

邊坡失穩的破裂面形狀按土質和成因不同而不同,粗粒土或砂性土的破裂面多呈直線形,滑帶土為輕粉質砂壤土,邊坡破壞時破裂面近似平面,斷面近似直線(圖1)。

圖1 HP1特征剖面Fig.1 Characteristic profile of HP1

在不利因素的誘發作用下滑坡體剪出口可能發生失穩破壞,其破壞機制為:在2014年秋汛期持續強降雨作用下,河水暴漲,地下水排泄無通道滯留在滑坡體內,一方面使得滑體的重度增加,加大下滑力;另一方面,地表水在后緣裂隙匯集形成靜水壓力,滑帶土飽和軟化,巖土體力學性質降低,形成滲透壓力和向上的浮托力,使滑塊抗滑能力大大降低,在河水驟落前緣陡坎提供有利的臨空環境下,滑坡體可能沿剪出口被水平推出,發生失穩破壞[2](圖2)。

圖2 HP1滑坡受力示意圖Fig.2 Force sketch map of HP1 landslide

已知滑體ABC重量W,滑面的傾角為α,φ為滑帶土體內摩擦角。顯然,滑面AC上由滑體的重量W=γ(ΔABC)產生的下滑力T和由土的抗剪強度產生的抗滑力T′分別為:

T=W·sinα,T′=Wcosα·tanφ+c·L

則此時邊坡的穩定程度或安全系數Fs可用抗滑力與下滑力來表示,即:

HP1為近似砂性土邊坡,飽水工況下取c=0,其安全系數表達式則變為:

從上式可以看出,當α=β時,Fs值最小,說明邊坡表面一層土最容易滑動,這時即:

當Fs=1時,β=φ,表明邊坡處于極限平衡狀態。當滑帶土富水后內摩擦角減小至臨界值,滑坡開始起動,滑面強度迅速降至動摩擦強度,因而滑塊可作快速運動,滑塊滑出的同時,拉裂縫中充水高度和滑面上揚壓力隨之迅速消散、降低,滑塊也因此而迅速減速制動,后緣陷落帶的寬度反映滑體滑出的距離。

7 滑坡治理的措施建議

滑坡治理的常用方法一般是削坡減載、坡腳壓重及設抗滑樁等。研究區曾進行坡腳拋石壓重處理,但仍發生蠕滑,綜合研究區工程地質條件結合HP1、滑坡發展歷史及成因,對滑坡治理提出以下建議:

(1) 對滑坡段堤防進行退建達到減載的目的。

(2) 增設導滲排水溝井,降低坡體的地下水位,避免坡面上部積水。

(3) 采取粉噴樁、攪拌樁等措施增強④層土強度和人工填土的密實度;削減滑坡及其附近邊坡部位③層土厚度。

(4) 采用黏性土對堤防背水側水塘及水溝進行回填并夯實處理,阻斷其地表水向洪河的排泄通道。

(5) 在HP1坡面設置抗滑樁,抗滑樁應進入⑤層淤泥質中粉質壤土底部(HP1附近對應進入高程9.5～10 m)。

以上治理措施應進行技術經濟比較,優選治理方案。

8 結語

通過上述分析可以發現,研究區內河道滑坡受洪河工程地質、水文條件決定,滑坡發育于上覆第四系輕粉質砂壤土內,滑坡近期變形顯著,表現出加速蠕滑的趨勢。持續強降雨及河水位暴漲驟降是誘發滑坡失穩破壞的主導因素。滑體剛度小,厚度薄,治理時不利于支擋力的轉遞,因此采用工程治理措施必須綜合考慮滑體的整體和局部穩定性,需多級支擋方能有效,避免因治理措施不當而造成防滑效果不佳[3]。

[1] 姜煥光.清淤工程河岸滑坡成因分析和處理措施[J].浙江水利科技,2003(5):41-42.

[2] 孟永東,徐衛亞,田斌,等.深切峽谷河道滑坡災害影響的水動力學分析[J].巖土力學,2011,32(3):927-934.

[3] 仲靜文,徐甲存,曹建軍,等.某河道滑坡勘察工程實踐探討[J].城市道橋與防洪,2015(9):121-122.

(責任編輯：陳文寶)

Analysis of River Landslide Investigation and Treatment in the Case ofLandslide about Hong-river Main Dike

HUANG Jiang, LI Jianxiu, WANG Yueheng, YU Xiaoming

(HuaiheRiverPlanningandDesignInstitute,Hefei,Anhui230000)

Taking the Hong-river landslide as an example,this paper analyses the causes of landslides,explores prevention scheme,provides important reference significance. for the related engineering design and construction.

Hong river; river landslide; geological investigation

2016-05-16;改回日期:2016-05-31

黃江(1984-),男,工程師,工程地質專業,從事勘測方面工作。E-mail:80771909@qq.com

P642.22

A

1671-1211(2016)03-0506-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.059

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160530.0937.008.html 數字出版日期:2016-05-30 09:37