三峽庫區某變形體穩定性分析與治理措施

孟照蔚, 程心意, 肖東佑, 劉 彬, 呂國偉

((長江巖土工程總公司(武漢),湖北 武漢 430010)

三峽庫區某變形體穩定性分析與治理措施

孟照蔚, 程心意, 肖東佑, 劉 彬, 呂國偉

((長江巖土工程總公司(武漢),湖北 武漢 430010)

針對三峽庫區萬州某變形體工程的地質、巖體結構等特征,分析變形體形成原因,并對其典型剖面進行穩定性計算。通過采用抗滑樁、錨桿、格構護坡、坡頂截水等綜合治理措施,提高變形體整體穩定性。實踐證明,這些措施可以消除變形體的安全隱患,取得了較好的治理效果。

變形體;平面滑動;穩定性;治理措施

三峽庫區移民城鎮建設過程中,形成了較多高切坡。受巖土體強度、切坡高度、開挖方式及工程處理措施等因素的影響,高切坡變形引發的崩塌、滑坡等地質災害時有發生,直接影響附近居民的生命財產安全,必須進行治理。

三峽庫區某變形體位于重慶市萬州,該變形體總體形態呈“箕形”狀(圖1),高度29～40 m,橫寬約96 m,縱長約60 m,坡度約35°～47°。變形體面積約5 760 m2,厚2.0～4.6 m,平均厚度3.5 m,體積約為2.016×104m3。該變形區域后緣坡頂及前緣坡面均發生變形開裂,嚴重威脅坡底居民住房、坡頂天然氣干管及國防光纜的安全。

1 基本地質條件

變形體前緣出現小范圍撓曲現象,巖層傾角從38°突變為60°后又變為38°。撓曲寬度約16 m,該范圍內巖體破碎(圖2)。

圖1 變形體平面示意圖Fig.1 Sketch plane of deformation

圖2 變形體前緣撓曲Fig.2 The flexure in the leading edge of deformation

2 變形體基本特征

2.1 物質組成

變形體巖性主要為侏羅系中統上沙溪廟組砂巖和粉砂質泥巖,局部坡體上覆蓋第四系殘坡積粉質粘土。變形體區內巖層產狀339°∠37°,巖層層面平直光滑、微起伏,無膠結,少許泥膜覆蓋,結合很差,為軟弱結構面。

2.2 變形特征

變形體坡頂、坡面及坡腳均可見變形開裂跡象。坡頂裂縫延伸82～85 m,沿邊坡走向在表層殘坡積粉質粘土層中展布,裂縫寬度1～50 cm,下挫5～8 cm,在降雨時有加劇跡象;中部坡面可見表層混凝土隆起開裂,沿邊坡走向延伸長度約12 m;中下部地段,由于前緣開挖,邊坡順向臨空,受裂隙切割沿巖層層面發生表層垮塌,形成長約15 m的拉張裂縫。

3 穩定性分析與評價

3.1 形成原因分析

變形體的形成及其發展,既受其不良地質基礎控制,又受到降雨及人類工程活動等外界因素的誘發與影響。

3.1.1 不良地質基礎

變形體巖性為侏羅系中統上沙溪廟組砂巖及粉砂質泥巖互層,這種軟硬相間地層屬易滑地層;巖層產狀339°∠37°,為順向坡;巖層層面平直光滑、微起伏,無膠結,少許泥膜覆蓋,結合很差,為軟弱結構面。同時,巖體節理裂隙發育,將巖層切割成不規則的塊體,使其整體性降低,為地表水的入滲及變形體的形成創造了有利條件。變形體后緣形成的拉裂縫走向與巖層走向基本一致,巖層層面為變形體后緣拉裂縫形成的主控因素,變形體沿著巖層層面方向滑動。

變形體前緣存在一處小的撓曲范圍,撓曲寬度約16 m,該范圍內巖體破碎。從一定程度上為后部巖體變形提供了空間,不利于巖體穩定。

3.1.2 降雨作用

該區多年平均降雨量1 319.8 mm,其中5—9月降雨量占全年降水量的70%,短期集中降雨易引發地質災害。在降雨時,雨水下滲,一方面變形體重量增加,另一方面雨水入滲后在相對隔水層頂面賦存,長期軟化隔水層頂面,使其層面抗剪強度降低,形成軟弱結構面,同時形成一定的動、靜水壓力,從而增大變形體的下滑力,降低變形體穩定性。

3.1.3 人類工程活動

開挖形成臨空邊坡等容易對變形體的穩定性造成不利影響。

3.2 穩定性計算

根據《建筑邊坡工程技術規范》表3.2.1、表5.3.2,確定該變形體安全等級為二級,邊坡穩定安全系數為1.30。

3.2.1 計算公式

采用平面滑動法進行穩定性計算,根據《建筑邊坡工程技術規范》A.0.2,計算簡圖見圖3。

圖3 平面滑動法簡圖Fig.3 The diagram for plane sliding method

式中:F為穩定系數;G為滑塊重度(kN/m3);Gb為地表荷載(kN/m3);θ為滑面傾角(°);φ為結構面內摩擦角(°);C為結構面粘聚力(kPa);l為結構面長度(m);hw為后緣裂隙水頭高度(m)(裂隙深度的1/2～2/3);rw為水的重度(N/m3)。

3.2.2 計算參數

據試驗成果并結合地區經驗,變形體巖土體容重取值如下,結構面抗剪強度計算值見表1。

天然、飽和狀態下,變形體土體容重(γ)取值分別為19.5 kN/m3、 19.8 kN/m3,變形體砂巖巖體容重(γ)取值分別為24.8 kN/m3、 25.5 kN/m3。

表1 結構面抗剪強度指標計算值

3.3 計算結果與穩定性評價

對變形體典型剖面進行計算(圖4),穩定性計算結果如表2。

圖4 典型剖面計算簡圖Fig.4 The calculation diagram of typical profile

表2 變形體穩定性計算結果

Table 2 Calculation results of deformation stability

項目潛在滑動面1-1′2-2′3-3′穩定性系數(暴雨工況)1．121．081．13變形體剩余推力/(kN·m-1)(暴雨工況)102．42338．7398．46

穩定性計算結果表明,該變形體在暴雨工況下,處于欠穩定狀態,坡面巖體可能沿潛在滑面發生滑移,從坡腳處剪出。

4 防護措施

變形體前緣坡腳及后緣坡頂已經出現明顯變形,急需對坡腳進行加固處理,防止變形體從前緣坡腳剪出。因變形體剩余下滑推力過大,單靠錨桿無法滿足穩定性要求,故在坡腳設置抗滑樁。樁間設置擋板。樁后回填碎石土并碾壓密實,形成對坡腳臨空面的反壓。

對變形體表面進行清理,并采用錨桿和格構對坡面進行加固,防治變形體發生淺層滑移并從抗滑樁頂部剪出(圖5)。同時在坡頂部及周邊設置截排水工程,將坡頂匯水及時引出變形范圍。

圖5 變形體治理措施典型剖面圖Fig.5 The typical profile diagram of treatment for deformation

抗滑樁受力計算結果見圖6、圖7所示,可以看出,抗滑樁主要受變形體推力作用,受力最大處位于嵌固段附近?；靥罘磯汉?抗滑樁與樁后填土共同抵擋變形體推力。

圖6 變形體推力作用下抗滑樁計算結果Fig.6 The calculation results of anti-slide pile under landslide thrust

設計抗滑樁為方樁,樁間距為4 m,截面尺寸1.5 m×2.0 m。抗滑樁以基巖層為嵌固段,嵌固長度約1/2樁長左右?？v向鋼筋為直徑32 mm的HRB400級螺紋鋼筋,架立筋為直徑20 mm的HRB400級螺紋鋼筋,箍筋為直徑14 mm的HRB400級鋼筋,混凝土強度等級為C30。

圖7 庫倫土壓力作用下抗滑樁計算結果簡圖Fig.7 The calculation results of anti-slide pile under Coulomb soil pressure

樁間擋板單跨長度3.6 m,板頂平樁頂,厚度400 mm。每塊擋板(1 m高)均逢中設置1處排水孔,孔徑91 mm,傾斜10% 。擋板混凝土強度等級為C30。擋板施工完畢后應立即在樁后采用碎石土回填并碾壓密實。

變形體坡頂設置混凝土截水溝,匯入坡腳排水系統。

5 結語

(1) 通過對變形體物質組成、變形特征的研究,以及對變形體形成原因的分析,確定了變形體失穩破壞模式,選取了典型剖面進行相應的穩定性計算。

(2) 采用抗滑樁支擋、錨桿加固、格構植被護坡、坡頂截水等措施對變形體進行綜合治理,效果良好。

[1] 中華人民共和國建設部.巖土工程勘察規范:GB 50021—2001[S].北京:中國建筑工業出版社,2002.

[2] 中華人民共和國建設部.建筑邊坡工程技術規范:GB50330—2013[S].北京:中國建筑工業出版社,2013.

[3] 程心意,張蘇,雷世兵,等.店子組滑坡體穩定性評價及防治對策研究[J].資源環境與工程,2015,29(5):620-623.

(責任編輯：陳文寶)

Stability Analysis and Control Measures of a Deformationin Three Gorges Reservoir Area

MENG Zhaowei， CHENG Xinyi， XIAO Dongyou， LIU Bin， LU Guowei

(ChangjiangGeotechnicalEngineeringCorporation，Wuhan，Hubei430010)

According to the geological，rock mass structures of a deformation project in Three Gorges Reservoir Area，the authors analyse the formation reasons of deformation，and make stability calculation of typical profile. To improve the stability of whole deformation，it can take measures such as anti-slide pile，rock bolts，lattice protection slope，water interception project on the top of slope and some comprehensive control measures. It is proved that those measures can eliminate safe hidden troubles of deformation and achieve great control effects.

deformation；planar sliding；stability；control measures

2016-06-15;改回日期:2016-06-21

孟照蔚(1982- ),男,工程師,巖土工程專業,從事巖土工程設計工作。E-mail:11097319@qq.com

TU433; TU441+.35

A

1671-1211(2016)05-0766-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.05.022

數字出版網址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160810.1433.006.html 數字出版日期:2016-08-10 14:33