山區緩坡堆積體滑坡治理實例分析

張文勇 滕梓檬 朱仕望

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司 貴陽 550018)

堆積體滑坡,其滑體組成物質一般具有較強的透水性而滑帶土和滑床的透水性則比較低[1],多處于自然穩定狀態,但在持續強降雨的誘發下易發生失穩[2]。其他類似案例研究,比如曹洪洋等[3]通過對四川省雅安市雨城區的滑坡統計,利用地形地貌因子對滑坡的貢獻率進行分析。凌炳等[4]選取云南昭通市大關縣為研究區域,定量地分析坡度、坡向因子中各區段對滑坡的敏感程度。王歡等[5]研究重慶黔江區斜坡坡度對滑坡發育的貢獻程度。上述研究表明自然斜坡坡度15°～30°的區域是滑坡災害最敏感的區域,該坡度范圍值對滑坡發育的貢獻程度最高。

目前,滑坡的治理研究從傳統的野外勘察、試驗仿真、數值模擬階段,進入到了利用遙感、GPS、InSAR等技術對滑坡進行監測和預測的新階段。本文所研究的山區緩坡地帶的堆積體滑坡治理,是基于前人對眾多不同坡度條件滑坡研究的基礎上,借鑒前人的治理經驗和成熟理論[6],特別地針對山區緩坡地形條件下的堆積體滑坡形成機理進行分析,在結合傳統的地質、水文研究及現階段利用高精度深部位移監測的基礎上進行研究和治理。

1 工程概況

1.1 工程簡介

貴州某高速服務區地處習水縣某滑坡的前緣,該服務區于2013年投入使用。服務區位于一緩坡地帶,為半挖半填場地,下行右側廣場邊坡現狀為三級坡,坡率從下至上為1∶0.75～1∶1.0,第一級邊坡采用2.0 m樁徑的抗滑樁支擋,之上采用框架梁植草、拱形骨架植草灌等防護。

2015年以來,習水縣暴雨頻發,服務區北側古滑坡出現復活跡象,特別在2020年6月入汛以來,坡體出現蠕動變形,坡體上方民房及硬化路開裂,既有抗滑樁出現偏位、斷裂(樁頂位移最大達20 cm,抽檢的8根抗滑樁中5根出現不同程度斷裂),服務區內擋墻局部出現鼓脹變形,廣場與匝道路基路面鼓脹變形、開裂,服務區內汽修廠、綜合樓等建筑物均呈現不同程度的開裂,主線左幅路基邊溝溝底及溝幫鼓脹變形。

1.2 滑坡規模及變形特征

古滑坡發生蠕動變形后,相關管理方迅速組織了應急搶險工作,根據現場樁檢報告,有5根抗滑樁(共抽檢8根樁)呈多處斷裂,其現狀及鉆孔成像見圖1,其主要位于樁頂以下9～12 m 范圍內,由此判定既有抗滑樁基本已發生剪切破壞。

圖1 抗滑樁偏位、斷裂

滑坡區坡體自然坡度角為12°～25°,根據調繪及監測,將滑坡分為I區、II區、III區及IV區,其分區見圖2,滑坡體平面形態呈“圈椅型”。其中:I區為服務區西側2條沖溝之間及后側坡體區域,主滑方向為230°,滑體平均厚度15 m,滑坡體積為33.6萬m3;II區為服務區廣場及后側坡體區域,主滑方向為205°,滑體平均厚度20 m,滑坡體積為95.8萬m3;III區為沿服務區東側沖溝區域,主滑方向大致為130°方向,滑體平均厚度15 m,滑坡體積為6.75萬m3,IV區為II區后側坡體區域,根據調繪及監測,該范圍內坡體未有明顯變形及開裂,為潛在滑坡區。結合滑坡體的深部位移監測數據,滑坡的整體變形趨勢為中上部位移量及變形速率較前緣大,該滑坡為中上部巖土體擠壓推移前緣巖土體滑動,屬大型-中層推移式土質滑坡。

圖2 滑坡范圍

根據監測,滑坡滑帶(面)多沿堆積塊石土內部及強風化基巖面附近滑動。鉆探顯示,滑坡體滑帶土為飽水的強風化炭質泥巖及堆積層塊石土,巖芯在滑面上存在明顯軟化揉搓現象,多呈碎塊狀、砂狀,滑面(帶)埋深6～36.0 m,與基巖面的起伏密切相關,其監測曲線見圖3、圖4。

圖3 深層位移監測曲線(JCK01)

圖4 深層位移監測曲線(JCK07)

2020年7-8月持續降雨, 2020年8月6日(初始監測數據)-8月底變形速率較大,監測累積位移量達8 mm,9月雨季過后的變形速率及累計位移量明顯放緩,滑坡變形及結構物裂縫發育均呈現出雨季變形較旱季明顯的結果,其受降雨量影響明顯。

1.3 工程地質條件

場區位于川黔南北向構造帶與北東向構造帶交接的復合部。根據區域地質資料及地質調繪,有一平移斷層通過場區,巖層整體呈單斜產出,巖層產狀310°～340°∠10°～18°。根據地震資料,滑坡區地震基本烈度為VI度。

滑坡范圍內以塊石土居多,雜色,主要由灰巖、泥質灰巖等組成,其間充填黏土。結構稍密、稍濕,厚0.5～41.8 m。下伏基巖以志留系炭質泥巖為主,強風化層為土黃色,巖體極破碎,厚4～8 m;中風化層呈黑色,巖體較破碎。根據取樣試驗,其Rc=18.5 MPa,c=0.65 MPa,φ=35.2°。

1.4 水文地質條件

1) 地表水。滑坡區地表水發育,滑坡兩側發育有數條季節性沖溝,其流量受季節性降雨影響大。

2) 地下水。場區地下水類型為第四系松散土層孔隙水、基巖裂隙水。

場區地下水的補給來源主要靠大氣降水的垂直滲入,具有補給面積小、徑流途徑短、排泄速度快等特點。地下水受季節影響大,雨季基巖裂隙水較豐富,水量較大;枯水期補給差,水量較小。

滑坡范圍內共發現4處泉點,流量Q=0.5～1.0 L/s,另根據勘察期間的鉆孔水位測量,坡體范圍鉆孔的水位多位于坡面以下2.5～25.0 m,服務區廣場附近水位很淺,僅距地面約2.5 m。受地形制約,場地水力梯度較大,無統一的潛水面,其水位受降雨影響較大,豐水期水位埋藏較淺,枯水期埋藏較深。

2 滑坡成因分析

2.1 工程地質因素

1) 地質構造。受斷層影響,局部巖體完整性差,泉點較發育,且斷層活動期間可能受區域斷層的逆沖作用,為該處形成厚層古堆積體滑坡提供了條件。

2) 地形地貌。服務區位于單斜坡坡腳,坡體上部較陡,中下部較緩,坡度為12°～25°,該斜坡地表兩側發育有季節性沖溝,呈“雙溝同源”狀,后緣崩塌形成寬緩臺地,利于地表、地下水往古滑坡匯集排泄。

3) 地層巖性。服務區位于堆積碎塊石體坡腳,碎塊石成分主要為灰巖與泥質灰巖,以碎(塊)石為骨架,內充填少量黏性土,其中黏粒含量較低,而碎(塊)石體積含量則高達70%～75%,且總體呈現稍密狀,無分選、局部架空,該碎塊石土均勻性差,透水性強。

2.2 水文氣象因素

根據氣象資料,2020年6月以來該地區持續強降雨,導致大量地表水下滲至古滑坡內,地下水位線伴隨著降雨量的增大而上升,加大了透水層浮脫力和動水壓力,地下水的滲流攜帶走巖土體內黏粒成分,使得巖土體的整體性及密實性變差,同時在滑體與基巖接觸面上形成滯水帶,導致巖土體、潛在滑移面軟化,綜合誘發坡體蠕動滑移。

2.3 其他因素

滑坡區內人類活動較為強烈,高速公路建成后在斜坡上修建了約30幢民房,地表大部分為耕地(旱地),少量為林地,民房下側緩坡上有部分灌溉水田及灌溉水渠,由于水渠多處開裂、水田的蓄水均造成水流下滲至坡體內部,增大了坡體自重、軟化了巖土體和滑移帶(面),加劇了滑坡的失穩。

3 滑坡穩定性計算

考慮滑坡漸進動態變形破壞的演化規律,通過現場踏勘、施工開挖揭露、滑帶土取樣、深層位移監測等方法及手段對滑坡特征及變形破壞機理進行綜合分析研究,對滑坡分級特征、滑面位置、地質斷面及計算斷面的明確,按推薦的巖土參數計算,上部(潛在滑坡)巖土體現狀為穩定狀態,對前側滑坡體不產生推力作用,本次設計抗滑樁位置推力及抗力主要來源于滑坡II區的滑體作用,基于以上分析,對滑坡設計計算模型進行明確,本滑坡失穩模式為折線型滑移失穩。計算分析簡圖見圖5。

圖5 穩定性計算簡圖

對于深層滑動面,中前部滑帶物質為全、強風化炭質泥巖,且均位于地下水位以下,故可認為滑帶參數一致;后緣物質組成為塊石土,其參數較中前部滑帶參數高。根據取樣試驗結果,結合工程經驗對取樣試驗結果進行折減,綜合確定滑坡前緣及滑坡后緣計算參數如下。

滑體(暴雨)。γsat=21.0 kN/m3。

潛在滑坡區飽和塊石土。c=6.0 kPa,φ=26.0°。

主滑段滑面參數(飽和塊石土)。c=4.5 kPa,φ=12.8°。

潛在滑坡區天然塊石土參數。c=6.0 kPa,φ=30.0°。

抗滑段滑面參數(飽和炭質泥巖)。c=15.0 kPa,φ=9.5°。

滑體(天然)。γ=20.0 kN/m3。

主滑段滑面參數(天然塊石土)參數。c=4.5 kPa,φ=14.0°。

抗滑段滑面參數(天然炭質泥巖)。c=15.0 kPa,φ=11.0°。

按JTG/T 3334-2018 《公路滑坡防治設計規范》,選取暴雨工況下滑坡穩定安全系數K=1.15和正常(自然)工況下K=1.20對滑坡剩余下滑力進行計算,計算時考慮深部排水、水改旱等綜合改善措施的影響,滑面參數φ提升1°～2°,計算結果見表1。

表1 計算結果表

4 滑坡治理方案及成效

4.1 應急搶險方案

結合滑坡特征分析,綜合考慮安全、工期等因素,擬先對滑坡體采取深部降、排水治理,對滑坡體上方的水田進行水改旱處理,灌溉水渠改管涵處理,場坪內增設集水井進行抗滑段降水處理,對周邊的排水系統進行修復、裂縫封堵。

4.2 永久治理方案

由于滑坡推力巨大,滑坡工程處治規模大,設計考慮綜合采取一定的地表、地下排水措施(一期)來改善滑體及滑面的物理特性,提高坡體自身抗滑力,降低工程措施的設計抗力。按照滑坡的分期治理原則,結合其他大型復雜滑坡的治理經驗,本期治理設計在充分分析滑坡現狀的情況下,暫不考慮潛在滑坡區(IV區)及遠離服務區的I、III區的影響。本次設計基于滑坡II區的變形特征和現狀建立的計算模型,旨在通過控制滑坡II區的穩定來防止IV區的復活,后續還需結合滑坡治理過程及運營期監測動態調整設計。

在結合監測及應急搶險方案降排水的基礎上,采取永臨結合的方式,在服務區內側邊坡既有擋墻及抗滑樁位置設置一排抗滑樁,將既有抗滑樁與設計抗滑樁通過擋墻、豎梁連接,形成整體受力構件,同時抗滑樁挖孔產生的石渣用于反壓回填。其治理方案見圖6。

圖6 永久治理方案(典型斷面圖)

4.3 實施效果

實施完成后,滑坡范圍內裂縫封閉后未見新增開裂跡象,坡體上方民房區裂縫未見增大及延伸跡象,坡體上方硬化路改鋪為瀝青路面后未見明顯開裂跡象。

2021年4-7月為雨季,同時也是抗滑樁施工期間,隨著抗滑樁施工完成,邊坡變形速率得到有效減緩,其監測曲線見圖7、圖8,抗滑樁部分于10月份完工,經過2個水文年的深部位移監測,各監測點無明顯位移變形,表明滑坡已得到有效控制,目前處于穩定狀態。

圖7 監測孔累計位移變化曲線(JCK06)

圖8 監測孔位移-時間變化曲線(JCK06)

5 結論

1) 本文所研究的某高速公路服務區滑坡的自然坡度角為12°～25°,與當前其他類似滑坡采用地形因子對滑坡失穩的貢獻度研究結果相符。

2) 對于緩坡地形下的堆積體滑坡,持續的強降雨作用,人類活動過程中的加載、地表水滲漏是打破堆積體穩定現狀,發生破壞失穩的主要誘發因素。

3) 增加了降低地下水位如降水井、降水隧洞等處治措施的滑坡,根據類似工程經驗,可適當提高水位降低影響范圍內的巖土物理力學參數,以降低整個滑坡的處治規模。

4) 運營期公路受滑坡影響,應運用綜合的勘察手段進行分析,在利用現有的工程措施,結合綜合排水措施降低地下水位,提升巖土體抗剪參數指標的思路下,合理采用支擋工程進行治理。