福建典型地質條件下某滑坡形成原因及其治理

2018-07-09 06:26:48陳宇

福建建筑 2018年6期

關鍵詞：工程

陳宇

(翰林(福建)勘察設計有限公司福建福州 350000)

0 引言

福建省地處我國東南沿海，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，殘坡積土發育完全、厚度大，與此同時，福建地區屬于亞熱帶季風氣候，降雨量大，臺風暴雨多。特殊的地質環境和氣候條件決定了福建地區的地質災害具有“點多、面廣、規模小、危害大”的特點[1-4]，各類地質災害(如滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等)常年均有發生，且以滑坡、崩塌為主，其中地質災害多發生在山地丘陵的殘坡積層中，對強降水(臺風、暴雨等)非常敏感。因此，相較于我國其它地區，福建地區的地質災害在生成條件和影響因素極具典型且又十分特殊。

近年來，為了滿足福建省經濟發展和基礎設施建設的需要，山區的開山造地、削坡建房、礦山開采等人類工程活動日益活躍，高陡邊坡誘發的滑坡地質災害也愈加頻繁，給人民群眾的生命財產安全帶來了極大的危害。為了更有效地應對滑坡地質災害，諸多學者[5-8]針對滑坡的防治與治理進行了較為深入的研究。

本文在對福建典型地質條件下某山體滑坡成因深入分析的基礎上，有針對性地提出滑坡的治理方案及措施，希冀能對同類地質條件下的地質災害防治工作具有較好的指導和借鑒意義。

1 工程概況

1.1 邊坡設計概況

某學校位于縣郊附近，屬剝蝕丘陵地貌，原場地為田地、菜地及農村宅地，項目用地紅線北側80m為一丘陵山包，自然坡度約25°～30°。因交通道路建設需要，在丘陵山包上人工開挖形成長度約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5m寬平臺，以滿足鄉村道路通行要求。兩階坡面均采用拱形骨架植草防護。該邊坡于2013年6月施工完成。

1.2 工程地質條件

根據坡體開挖情況和鉆孔揭示，該邊坡上覆坡積土厚度較大，約5m～8m，坡面孤石發育；其下為約10m厚的殘積土和砂土狀強風化凝灰熔巖；下部為碎塊狀～中風化凝灰熔巖。

1.3 水文地質條件

場區地處丘陵山地，場區地表水系不發育。在坡體北側山坳中見水流，流速約1～2m/s，流量較小，流量主要受降雨影響。

場區內發育地下水為基巖風化帶中的孔隙裂隙水，主要賦存于全風化～中風化層中，透水性較差，富水程度亦相對較差，主要接受大氣降水補給，水量受降雨影響大，山坡、山腳及盆地內為逕流區，多沿斷裂帶及深切溝谷排泄，一般為無壓潛水，局部見微承壓。在降雨后，地下水的垂直徑流速度較大，對邊坡穩定性影響大。

2 滑坡演化過程

2015年3月期間，受春季連續降雨的影響，坡面淺層發生局部變形、溜坍。經現場踏勘后，采用漿砌片石對溜坍部位進行防護，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

2015年6月～7月，在連續強降雨的影響下，該邊坡變形逐漸發展，并在第二階坡頂出現圈椅狀張拉裂縫和錯臺，如圖2所示。裂縫寬度2cm～10cm，錯臺高度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，經現場測繪，滑塌區內現3個滲水點，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，沒降雨時其涌水量約0.4L/min。

圖2 坡頂裂縫

圖3 漿砌片石護面墻擠壓破損

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，現場采取了坡腳反壓的應急措施，同時對一階擋墻、二階錨索框架增設平孔排水等綜合處治措施。但由于反壓措施不到位，且施工進度緩慢，加固措施未能得到有效實施。2016年7月在連續降雨的作用下，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度約150m，橫向寬度約100m，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、地質結構、氣候條件及工程等4方面因素進行分析。

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，且山坳處地形相對較為平緩，即呈現上陡下緩的山坳地貌，由陡變緩的地形易導致地表水的下滲，也更易匯集地表水和地下水，對于坡體的穩定極為不利。

3.2 地質結構因素

坡體的風化層厚度大，坡積層及呈散體狀的全、強風化層較厚，松散的地層結構是山體變形及滑坡的地質基礎。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，接受地表水補給能力大，持水能力強，故降雨后該層土能為其下全風化～強風化層提供源源不斷的滲入補給，并在土巖交界處形成一定厚度的富水層，含水量的提高導致土巖結合面土體的物理力學指標降低，形成相對軟弱層，極易誘發坡體滑動。

3.3 氣候條件因素

通過對氣候資料的查閱可知，2015年6月至9月期間以及2016年3月以來均發生持續性降雨，大量雨水入滲坡體，且無法及時排出，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，同時含水量增加導致土體抗剪強度降低，抗滑能力減弱，最后導致坡體變形失穩，坡體后部受到牽引出現多道裂縫。因此，持續性的強降雨是引發坡體位移的最直接的外部誘因。

3.4 工程因素

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

其次，在第一次發生較為顯著的變形后，邊坡頂部即出現張拉裂縫，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一步創造了條件。

此外，在坡體滑動逐步加劇期間，受多種因素的干擾，未能及時完成加固措施，且受道路通行壓力及土石方調配等因素干擾，第一階的反壓體寬度、高度均不足，導致坡腳反壓力度不足，未能有效地遏制滑坡的進一步發展，使得坡體在諸多不利因素的作用下，變形逐步加劇，淺層滑動逐步向深層滑動發展，同時隨著深層滑體的發展，并向深部及后部牽引延伸，最終形成了多層、多級滑動。

4 滑坡計算分析

4.1 滑動面判定

為了正確地判定滑坡體的范圍，并為后續滑坡治理提供有效的地質條件參數，在滑坡防治工程實施前，該工程根據規范要求[9]，先進行了專門的工程地質勘察。勘察采用主-輔剖面法進行，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′剖面布置于開挖坡口線范圍內，如圖1所示。同時，結合地面裂縫測繪和鉆探等方法，進一步查明滑坡體、滑帶和滑床的結構特征。

基于滑坡地質勘察成果，結合地表裂縫、坡腳變形以及深層水平位移的監測情況，該工程判定該滑坡存在3層主要滑動面，即淺層滑動面、深層滑動面1和深層滑動面2，如圖7所示。

4.2 滑帶土抗剪強度指標反算

滑帶土抗剪強度參數(含粘聚力c和內摩擦角φ)是滑坡穩定性計算和推力計算的重要參數，尤其是內摩擦角φ的大小對于滑坡體的穩定性至關重要，有時內摩擦角φ值相差1°，滑坡推力則差距顯著，甚至直接影響后續加固方案。由于滑帶土的成因、成分、含水狀態、受力狀態及破壞程度的復雜性和多樣性，使得參數的變化幅度非常大，同一滑帶上、中、下不同段落受力和破壞機制不同，加之物質成分和含水狀態的不同，滑帶土的抗剪強度參數也不同。因此，為了確保后續加固措施的合理性和準確性，需先進行滑帶土抗剪強度指標反算。

圖7 主滑面示意圖

抗剪強度參數反算法的基本原理是視滑坡將要滑動而尚未滑動的瞬間為極限平衡狀態，即穩定安全系數等于0.95～1.0，并利用極限平衡方程求解滑帶土的粘聚力c和內摩擦角φ。該工程采用邊坡穩定性計算軟件Geoslope對上述3個主滑面進行計算，根據淺層滑面和深層滑面所處的狀態，分別進行3個主滑面滑帶土抗剪強度指標的反算，反算得到滑帶土抗剪強度指標如表1所示。

表1 滑帶土抗剪強度指標反算結果

通過假設主滑面的穩定安全系數約等于1.0，并結合工程經驗，求得淺層滑動面、深層滑動面1和深層滑動面2滑帶土粘聚力c分別為12.0kPa、12.0kPa和10.0kPa，內摩擦角φ分別為18.0°、18.0°和16.0°。

4.3 抗滑力計算

在反算求得滑帶土的抗剪強度指標后，即可根據規范要求[10-12]計算上述3個滑動面的抗滑力。該工程取滑動面穩定安全系數為1.25進行計算，求得3個滑動面所需抗滑力，如表2所示。

表2 抗滑力計算結果

在求得滑動面抗滑力后，結合現場實際情況，該工程采用h型雙排抗滑樁進行滑坡加固。h型雙排抗滑樁作為超靜定結構和空間組合結構，在結構性能及工作形式明顯優于普通抗滑樁，可充分發揮抗滑結構的自身抗側剛度和穩定性。然而，h型雙排抗滑樁屬于橫向受力結構，在水平荷載作用下，應根據工程地質條件和滑動體的狀態，對前、后排樁的荷載分布規律進行科學合理分配，不僅要確保整個滑坡體具有足夠的穩定性，還要確保抗滑樁樁身的強度和剛度，滿足結構承載力和變形控制要求。

5 滑坡治理措施

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

5.1 應急搶險工程

為防止滑坡事故的進一步惡化，在事故發生后，立即對前緣坡腳采用土袋進行反壓，反壓高度8m，寬度6m，以抑制坡體變形發展。

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

5.2 支擋工程

由于該場區內坡積、殘積土厚度較大，且地下水極為豐富，在前期錨索成孔試驗過程中發生多次塌孔現象，為避免因成孔質量因素而影響錨索施工質量，滑坡治理方案排除了抗滑樁+錨索的加固方案，而優先選用雙排抗滑樁方案。該方案具有工藝成熟，施工速度快，工期短等優點，可對滑坡起到有效的治理效果。

根據上述計算分析可知，抗滑樁需提供1500kN抗滑力方可滿足滑坡穩定要求。結合邊坡實際情況，抗滑樁結合一階、二階平臺進行布置，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，滿足工程實踐中的合理排距要求，樁長以進入碎塊狀強風化凝灰熔巖不小于6m控制，抗滑樁、頂梁配筋采用桿系有限元模型計算，如圖10所示，具體配筋結果如圖11所示。結合現場實際情況，抗滑樁采用機械成孔。