山麓斜坡堆積體滑坡穩(wěn)定性分析及處治方案研究

駱作輝

(甘肅公路航空旅游研究院有限公司,甘肅 蘭州 730000)

0 引言

本高速公路受地形地貌、地質(zhì)條件、沿線保護(hù)區(qū)、重要城鎮(zhèn)規(guī)劃等控制點因素影響,路線布設(shè)走廊唯一,而路線走廊帶內(nèi)滑坡等不良地質(zhì)發(fā)育,路線繞避困難,因此,經(jīng)濟(jì)合理的滑坡處治方案就成為本項目設(shè)計中的一個重點,合理的處治方案不僅能預(yù)防滑災(zāi)害,快速穩(wěn)定滑坡,而且能節(jié)約防治工程費用:反之,不合理的防治方案將不能根治滑坡,留下工程隱患,增大投資規(guī)模,甚至?xí)O誤滑坡防治的時機(jī),增大滑坡災(zāi)害的影響范圍,影響公路使用和運(yùn)營安全,造成災(zāi)害。因此在滑坡防治設(shè)計時要根據(jù)防治對象的要求,分清主次,因地制宜,靈活應(yīng)用各種防治技術(shù)綜合治理[1-3]。

1 工程概況

該滑坡位于擬建項目K69+560—K70+000段左側(cè)斜坡,納納河南西側(cè)岸坡,經(jīng)衛(wèi)片解譯及工程地質(zhì)調(diào)繪等工作顯示為一老滑坡,該滑坡主要沿土巖界面變形、錯動,滑坡體縱向長約280 m,中部橫寬約175 m,滑體厚度約5 m～7 m,平均6 m,體積約24.3萬m3,據(jù)現(xiàn)場調(diào)查訪問,該滑坡早期活動在數(shù)十年前,近期活動跡象不明顯,擬建項目以納納河1號特大橋的形式從滑坡前緣通過。滑坡區(qū)域平面圖見圖1。

本項目主要以滑坡變形區(qū)域為中心進(jìn)行勘察,勘察區(qū)域主要包括滑坡體變形、失穩(wěn)可能形成的危險區(qū)、后緣可能拉裂變形區(qū)等,采用工程地質(zhì)調(diào)繪、勘探、物探、室內(nèi)土工試驗等綜合勘察手段基本查清了滑體的工程地質(zhì)特征[4-5]。

2 地質(zhì)概況

2.1 地形地貌

該滑坡位于納納河南側(cè)岸坡,為山麓斜坡堆積坡洪積扇地貌,斜坡地形,呈現(xiàn)南高北低的折線形坡面形態(tài),斜坡地形坡度約10°～15°。平面形態(tài)呈上窄下寬的舌狀,周界特征明顯,滑坡后壁較陡,滑坡兩側(cè)以傾向滑坡中心的坡狀地形,形成兩側(cè)高、中間低的橫向地面形態(tài)。現(xiàn)滑坡前緣及中部被改造形成平臺狀耕地,滑坡前緣有納納河通過,受滑坡體前緣擠壓,河道扭曲婉轉(zhuǎn),同時也不斷下蝕、沖刷滑坡前緣,導(dǎo)致滑坡前緣坡肩出現(xiàn)零星滑塌。滑坡區(qū)高程介于2 660 m～2 710 m,相對高差約48 m。

2.2 地層巖性

2.3 地質(zhì)構(gòu)造與地震

滑坡區(qū)附近分布多條孕震斷裂,所在禾馱鎮(zhèn)地區(qū)屬于甘肅地震活躍地區(qū),近數(shù)十年來地震活動頻繁,震級整體均偏高,根據(jù)1/400萬GB 18306—2015中國地震動峰值加速度區(qū)劃圖、1/400萬GB 18305—2015中國地震動反應(yīng)譜區(qū)劃圖,項目區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度,地震動峰值加速度為0.15g,反應(yīng)譜特征周期值為0.45 s。

2.4 地表水及地下水

除上述地下水類型外,斜坡前緣納納河河谷區(qū)地下水類型為沿河谷呈帶狀分布的第四系松散巖類孔隙潛水,含水層為圓礫、卵石等,含水層厚度大,富水性較好,納納河為區(qū)內(nèi)最低侵蝕基準(zhǔn)面,也為前述斜坡區(qū)地下水運(yùn)移下泄的主要方向。

3 滑坡穩(wěn)定性分析

3.1 定性分析

該滑坡為一老滑坡體,自早期滑坡失穩(wěn)下挫變形后,斜坡體坡度進(jìn)一步放緩,同時斜坡內(nèi)部因卸荷變形導(dǎo)致新的應(yīng)力重分布形成,滑坡體已進(jìn)入停滑、穩(wěn)定期;根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查訪問,該滑坡體表多年來均作耕地耕作,未產(chǎn)生強(qiáng)烈變形現(xiàn)象,僅在2013年地震后滑坡體產(chǎn)生弱變形,坡表產(chǎn)生多道裂縫,此后均未發(fā)現(xiàn)有繼續(xù)變形跡象,裂縫等痕跡也逐漸受耕種、表土充填而逐漸消失,平時僅在滑坡前緣受河流沖刷掏蝕,前緣沿坡肩處零星發(fā)生滑塌[6-7]。

因此,本次勘察認(rèn)為該滑坡體目前在天然狀態(tài)下整體處于穩(wěn)定狀態(tài),但值得注意的是滑坡區(qū)所屬岷縣地區(qū)屬地震活動活躍地區(qū),區(qū)內(nèi)分布多條孕震斷裂,近十年來地震活動頻繁,震級整體均偏高,僅2013年岷縣地震就造成滑坡體出現(xiàn)裂縫等變形情況,同時由于氣候變化,西北內(nèi)陸地區(qū)近年來進(jìn)入降水密集時期,暴雨、連續(xù)降雨頻發(fā);這一系列的條件均有利于停滑階段的滑坡再次復(fù)活活動,對于即將處于建設(shè)施工期及運(yùn)營期的擬建項目產(chǎn)生威脅。

同時,隨著擬建項目的建設(shè),擬建工程于滑坡前緣的開挖、建設(shè)活動將削減前緣被動土壓力,造成前緣土體阻滑作用弱化,再次改變滑坡內(nèi)部應(yīng)力分布,對滑坡穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響,可能造成滑坡再次復(fù)活發(fā)生并失穩(wěn)變形、滑動破壞,威脅擬建項目的安全。

3.2 定量計算

結(jié)合滑坡規(guī)模及滑動變形位置以及路線方案的開挖部位,選取1-1′典型斷面,滑裂面為折線形滑面,采用傳遞系數(shù)法進(jìn)行計算,根據(jù)JTG D30—2015公路路基設(shè)計規(guī)范[8]中滑坡穩(wěn)定性分析要求,并結(jié)合滑坡特征計算天然、暴雨、地震三種工況下滑坡體的穩(wěn)定性。滑坡計算剖面詳見圖2。

1)滑體及滑帶參數(shù)取值。本次勘察滑體及滑帶土根據(jù)現(xiàn)場大容重試驗確定,同時采取試樣進(jìn)行了剪切試驗,因抗剪強(qiáng)度參數(shù)的試驗是根據(jù)鉆孔中滑帶土實驗室擾動重塑后再進(jìn)行的直剪試驗,其抗剪強(qiáng)度參數(shù)受人為因素的影響較大,尤其重塑后其土體結(jié)構(gòu)已完全破壞,實驗參數(shù)與實際情況有一定差距。因此,本次計算參數(shù)結(jié)合試驗,根據(jù)滑坡現(xiàn)狀穩(wěn)定性系數(shù)反演的參數(shù)結(jié)果,結(jié)合當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗,最終確定滑坡滑面的計算參數(shù)的綜合取值如表1所示。

表1 巖土物理力學(xué)參數(shù)推薦值表

2)地震作用參數(shù)取值。滑坡區(qū)為地震活動活躍地區(qū),本次穩(wěn)定性計算僅考慮水平地震作用,地震動峰值加速度取0.15g,地震作用綜合系數(shù)取0.25,地震重要性系數(shù)取1.7。

3)穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)及安全系數(shù)取值。根據(jù)公路等級、滑動破壞危害性以及對誘發(fā)的各種因素了解程度,滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)取值:正常工況下安全系數(shù)采用1.30,非正常工況Ⅰ下采用1.20,非正常工況Ⅱ下采用1.10。

滑坡穩(wěn)定性狀態(tài)評價見表2。

表2 滑坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分

4)穩(wěn)定性計算結(jié)果與評價。按上述計算工況及參數(shù)取值對滑坡穩(wěn)定性分別進(jìn)行了各種工況下的穩(wěn)定性計算,計算結(jié)果見表3。

表3 處治前穩(wěn)定性計算及剩余下滑力計算結(jié)果一覽表

計算結(jié)果表明:滑面1在各工況下均處于穩(wěn)定狀態(tài);滑面2在正常工況下處于穩(wěn)定狀態(tài),在非正常工況Ⅰ(暴雨)下處于基本穩(wěn)定狀態(tài),在非正常工況Ⅱ(地震)下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。

通過定性分析及定量計算,該滑坡在地震工況下處于不穩(wěn)定狀態(tài),需對該滑坡進(jìn)行處治[9]。

4 滑坡處治方案

公路滑坡處治優(yōu)先考慮路線避讓原則,特別是對穩(wěn)定性差的大型、巨型和性質(zhì)復(fù)雜的滑坡及多個滑坡連續(xù)分布的地段;當(dāng)滑坡規(guī)模小、邊界條件清楚,防治工程方案技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理時,路線可選擇在有利于滑坡穩(wěn)定的安全部位通過;路線通過穩(wěn)定的滑坡時,應(yīng)避免在滑坡中、后部填方或在滑坡前部挖方。

4.1 路線平縱優(yōu)化

本滑坡在處治過程中,優(yōu)先考慮優(yōu)化線位,在滿足路線平縱指標(biāo)的前提下,盡量使平面線位向滑坡前緣偏移,以填方路基反壓的形式通過滑坡前緣。其次,在納納河1號橋0號橋臺高度不超限的前提下,盡量抬高路基設(shè)計標(biāo)高,增加滑坡前緣路基反壓土方量的同時,降低了滑坡段之前邊坡的開挖高度,減小了開挖面的面積,同時增加了滑坡段及挖方路塹段的安全穩(wěn)定性,路線縱斷面對比優(yōu)化見圖3[10-12]。

4.2 支擋防護(hù)+截排水綜合治理

在充分優(yōu)化路線平縱后,對本滑坡采取支擋+反壓+截排水綜合處理措施,經(jīng)計算,路基反壓后,滑面2在正常工況下處于穩(wěn)定狀態(tài),在暴雨及地震工況下處于不穩(wěn)定狀態(tài),需設(shè)置支擋防護(hù),初步擬定在路基左側(cè)1 m處設(shè)置一排抗滑樁,布置斷面見圖4,經(jīng)驗算,在正常、暴雨、地震三種工況下樁前剩余下滑力分別為531.2 kN/m,652.7 kN/m,564.8 kN/m,計算結(jié)果見表4,經(jīng)計算樁后土體剩余下滑力在三種工況下均小于0,說明抗滑樁能抵擋樁前全部抗滑力時,樁后土體處于狀態(tài)穩(wěn)定,故采用暴雨工況下最大樁前下滑力652.7 kN/m進(jìn)行抗滑樁設(shè)計,經(jīng)驗算,直徑2 m圓樁滿足規(guī)范相關(guān)要求,并且便于施工且具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

經(jīng)過定性分析及定量計算,最終確定該滑坡處治方案為:在K69+560—K70+000段路基左側(cè)2 m處設(shè)置1排圓形埋入式抗滑樁,樁徑2 m,樁長18 m,其中進(jìn)入砂質(zhì)板巖9 m,粉質(zhì)黏土層中樁長9 m,平面布置形式前段與路線走形平行,后段與滑坡主滑方向垂直;路線以填方路基反壓的形式通過路基前緣,增加阻滑段的抗力;沿滑坡輪廓線上緣設(shè)置兩道截水溝并接入路基排水系統(tǒng),防止坡面匯水通過滑坡后緣拉裂縫及土體裂隙滲入土巖交界面,軟化土巖交界面,降低滑坡體穩(wěn)定系數(shù);在納納河左側(cè)河岸靠近橋頭段設(shè)置駁岸墻,防止水流對路基下邊坡的沖刷與掏蝕[13-15]。

表4 處治前后穩(wěn)定性計算及剩余下滑力計算結(jié)果一覽表

5 結(jié)語

充分詳實的地勘資料是制定滑坡處治方案的前提,滑坡勘察階段要通過地質(zhì)調(diào)繪、勘探、物探等勘察手段,得到滑坡區(qū)域內(nèi)地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造與地震活動、地表水及地下水等一些滑坡基本特征;然后結(jié)合現(xiàn)場試驗及室內(nèi)土工試驗等方法,確定滑體及滑帶的巖土參數(shù)。高速公路滑坡處治首先應(yīng)遵循繞避原則,當(dāng)滑坡不可繞避時,應(yīng)充分優(yōu)化線位,使線位在利于滑坡穩(wěn)定的安全部位通過,避免在滑坡中、后部填方或在滑坡前部挖方。通過定性分析及定量計算的手段,分析滑坡的穩(wěn)定性,當(dāng)滑坡穩(wěn)定性不滿足規(guī)范要求時,在滑坡阻滑段,覆蓋層較薄的部位設(shè)置抗滑支擋防護(hù)。最后結(jié)合滑坡區(qū)域的地形地貌,完善滑坡區(qū)域排水措施,如在滑坡體后緣、錯臺處設(shè)置截水溝,路塹段一級邊坡設(shè)置仰斜式排水管等排水措施,使其與路基排水構(gòu)成完善的排水系統(tǒng),確保滑坡體及路基的安全穩(wěn)定。