張文勇 滕梓檬 朱仕望

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 貴陽 550018)

堆積體滑坡,其滑體組成物質(zhì)一般具有較強(qiáng)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(wěn)定狀態(tài),但在持續(xù)強(qiáng)降雨的誘發(fā)下易發(fā)生失穩(wěn)[2]。其他類似案例研究,比如曹洪洋等[3]通過對(duì)四川省雅安市雨城區(qū)的滑坡統(tǒng)計(jì),利用地形地貌因子對(duì)滑坡的貢獻(xiàn)率進(jìn)行分析。凌炳等[4]選取云南昭通市大關(guān)縣為研究區(qū)域,定量地分析坡度、坡向因子中各區(qū)段對(duì)滑坡的敏感程度。王歡等[5]研究重慶黔江區(qū)斜坡坡度對(duì)滑坡發(fā)育的貢獻(xiàn)程度。上述研究表明自然斜坡坡度15°～30°的區(qū)域是滑坡災(zāi)害最敏感的區(qū)域,該坡度范圍值對(duì)滑坡發(fā)育的貢獻(xiàn)程度最高。

目前,滑坡的治理研究從傳統(tǒng)的野外勘察、試驗(yàn)仿真、數(shù)值模擬階段,進(jìn)入到了利用遙感、GPS、InSAR等技術(shù)對(duì)滑坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)的新階段。本文所研究的山區(qū)緩坡地帶的堆積體滑坡治理,是基于前人對(duì)眾多不同坡度條件滑坡研究的基礎(chǔ)上,借鑒前人的治理經(jīng)驗(yàn)和成熟理論[6],特別地針對(duì)山區(qū)緩坡地形條件下的堆積體滑坡形成機(jī)理進(jìn)行分析,在結(jié)合傳統(tǒng)的地質(zhì)、水文研究及現(xiàn)階段利用高精度深部位移監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究和治理。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

貴州某高速服務(wù)區(qū)地處習(xí)水縣某滑坡的前緣,該服務(wù)區(qū)于2013年投入使用。服務(wù)區(qū)位于一緩坡地帶,為半挖半填場(chǎng)地,下行右側(cè)廣場(chǎng)邊坡現(xiàn)狀為三級(jí)坡,坡率從下至上為1∶0.75～1∶1.0,第一級(jí)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(hù)。

2015年以來,習(xí)水縣暴雨頻發(fā),服務(wù)區(qū)北側(cè)古滑坡出現(xiàn)復(fù)活跡象,特別在2020年6月入汛以來,坡體出現(xiàn)蠕動(dòng)變形,坡體上方民房及硬化路開裂,既有抗滑樁出現(xiàn)偏位、斷裂(樁頂位移最大達(dá)20 cm,抽檢的8根抗滑樁中5根出現(xiàn)不同程度斷裂),服務(wù)區(qū)內(nèi)擋墻局部出現(xiàn)鼓脹變形,廣場(chǎng)與匝道路基路面鼓脹變形、開裂,服務(wù)區(qū)內(nèi)汽修廠、綜合樓等建筑物均呈現(xiàn)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(guī)模及變形特征

古滑坡發(fā)生蠕動(dòng)變形后,相關(guān)管理方迅速組織了應(yīng)急搶險(xiǎn)工作,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)樁檢報(bào)告,有5根抗滑樁(共抽檢8根樁)呈多處斷裂,其現(xiàn)狀及鉆孔成像見圖1,其主要位于樁頂以下9～12 m 范圍內(nèi),由此判定既有抗滑樁基本已發(fā)生剪切破壞。

圖1 抗滑樁偏位、斷裂

滑坡區(qū)坡體自然坡度角為12°～25°,根據(jù)調(diào)繪及監(jiān)測(cè),將滑坡分為I區(qū)、II區(qū)、III區(qū)及IV區(qū),其分區(qū)見圖2,滑坡體平面形態(tài)呈“圈椅型”。其中:I區(qū)為服務(wù)區(qū)西側(cè)2條沖溝之間及后側(cè)坡體區(qū)域,主滑方向?yàn)?30°,滑體平均厚度15 m,滑坡體積為33.6萬m3;II區(qū)為服務(wù)區(qū)廣場(chǎng)及后側(cè)坡體區(qū)域,主滑方向?yàn)?05°,滑體平均厚度20 m,滑坡體積為95.8萬m3;III區(qū)為沿服務(wù)區(qū)東側(cè)沖溝區(qū)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(qū)為II區(qū)后側(cè)坡體區(qū)域,根據(jù)調(diào)繪及監(jiān)測(cè),該范圍內(nèi)坡體未有明顯變形及開裂,為潛在滑坡區(qū)。結(jié)合滑坡體的深部位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),滑坡的整體變形趨勢(shì)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(dòng),屬大型-中層推移式土質(zhì)滑坡。

圖2 滑坡范圍

根據(jù)監(jiān)測(cè),滑坡滑帶(面)多沿堆積塊石土內(nèi)部及強(qiáng)風(fēng)化基巖面附近滑動(dòng)。鉆探顯示,滑坡體滑帶土為飽水的強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)泥巖及堆積層塊石土,巖芯在滑面上存在明顯軟化揉搓現(xiàn)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(guān),其監(jiān)測(cè)曲線見圖3、圖4。

圖3 深層位移監(jiān)測(cè)曲線(JCK01)

圖4 深層位移監(jiān)測(cè)曲線(JCK07)

2020年7-8月持續(xù)降雨, 2020年8月6日(初始監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù))-8月底變形速率較大,監(jiān)測(cè)累積位移量達(dá)8 mm,9月雨季過后的變形速率及累計(jì)位移量明顯放緩,滑坡變形及結(jié)構(gòu)物裂縫發(fā)育均呈現(xiàn)出雨季變形較旱季明顯的結(jié)果,其受降雨量影響明顯。

1.3 工程地質(zhì)條件

場(chǎng)區(qū)位于川黔南北向構(gòu)造帶與北東向構(gòu)造帶交接的復(fù)合部。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及地質(zhì)調(diào)繪,有一平移斷層通過場(chǎng)區(qū),巖層整體呈單斜產(chǎn)出,巖層產(chǎn)狀310°～340°∠10°～18°。根據(jù)地震資料,滑坡區(qū)地震基本烈度為VI度。

滑坡范圍內(nèi)以塊石土居多,雜色,主要由灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r等組成,其間充填黏土。結(jié)構(gòu)稍密、稍濕,厚0.5～41.8 m。下伏基巖以志留系炭質(zhì)泥巖為主,強(qiáng)風(fēng)化層為土黃色,巖體極破碎,厚4～8 m;中風(fēng)化層呈黑色,巖體較破碎。根據(jù)取樣試驗(yàn),其Rc=18.5 MPa,c=0.65 MPa,φ=35.2°。

1.4 水文地質(zhì)條件

1) 地表水?；聟^(qū)地表水發(fā)育,滑坡兩側(cè)發(fā)育有數(shù)條季節(jié)性沖溝,其流量受季節(jié)性降雨影響大。

2) 地下水。場(chǎng)區(qū)地下水類型為第四系松散土層孔隙水、基巖裂隙水。

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

滑坡范圍內(nèi)共發(fā)現(xiàn)4處泉點(diǎn),流量Q=0.5～1.0 L/s,另根據(jù)勘察期間的鉆孔水位測(cè)量,坡體范圍鉆孔的水位多位于坡面以下2.5～25.0 m,服務(wù)區(qū)廣場(chǎng)附近水位很淺,僅距地面約2.5 m。受地形制約,場(chǎng)地水力梯度較大,無統(tǒng)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(zhì)因素

1) 地質(zhì)構(gòu)造。受斷層影響,局部巖體完整性差,泉點(diǎn)較發(fā)育,且斷層活動(dòng)期間可能受區(qū)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(wù)區(qū)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(cè)發(fā)育有季節(jié)性沖溝,呈“雙溝同源”狀,后緣崩塌形成寬緩臺(tái)地,利于地表、地下水往古滑坡匯集排泄。

3) 地層巖性。服務(wù)區(qū)位于堆積碎塊石體坡腳,碎塊石成分主要為灰?guī)r與泥質(zhì)灰?guī)r,以碎(塊)石為骨架,內(nèi)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(dá)70%～75%,且總體呈現(xiàn)稍密狀,無分選、局部架空,該碎塊石土均勻性差,透水性強(qiáng)。

2.2 水文氣象因素

根據(jù)氣象資料,2020年6月以來該地區(qū)持續(xù)強(qiáng)降雨,導(dǎo)致大量地表水下滲至古滑坡內(nèi),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(dòng)水壓力,地下水的滲流攜帶走巖土體內(nèi)黏粒成分,使得巖土體的整體性及密實(shí)性變差,同時(shí)在滑體與基巖接觸面上形成滯水帶,導(dǎo)致巖土體、潛在滑移面軟化,綜合誘發(fā)坡體蠕動(dòng)滑移。

2.3 其他因素

滑坡區(qū)內(nèi)人類活動(dòng)較為強(qiáng)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(cè)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(nèi)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(wěn)。

3 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算

考慮滑坡漸進(jìn)動(dòng)態(tài)變形破壞的演化規(guī)律,通過現(xiàn)場(chǎng)踏勘、施工開挖揭露、滑帶土取樣、深層位移監(jiān)測(cè)等方法及手段對(duì)滑坡特征及變形破壞機(jī)理進(jìn)行綜合分析研究,對(duì)滑坡分級(jí)特征、滑面位置、地質(zhì)斷面及計(jì)算斷面的明確,按推薦的巖土參數(shù)計(jì)算,上部(潛在滑坡)巖土體現(xiàn)狀為穩(wěn)定狀態(tài),對(duì)前側(cè)滑坡體不產(chǎn)生推力作用,本次設(shè)計(jì)抗滑樁位置推力及抗力主要來源于滑坡II區(qū)的滑體作用,基于以上分析,對(duì)滑坡設(shè)計(jì)計(jì)算模型進(jìn)行明確,本滑坡失穩(wěn)模式為折線型滑移失穩(wěn)。計(jì)算分析簡(jiǎn)圖見圖5。

圖5 穩(wěn)定性計(jì)算簡(jiǎn)圖

對(duì)于深層滑動(dòng)面,中前部滑帶物質(zhì)為全、強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)泥巖,且均位于地下水位以下,故可認(rèn)為滑帶參數(shù)一致;后緣物質(zhì)組成為塊石土,其參數(shù)較中前部滑帶參數(shù)高。根據(jù)取樣試驗(yàn)結(jié)果,結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)取樣試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行折減,綜合確定滑坡前緣及滑坡后緣計(jì)算參數(shù)如下。

滑體(暴雨)。γsat=21.0 kN/m3。

潛在滑坡區(qū)飽和塊石土。c=6.0 kPa,φ=26.0°。

主滑段滑面參數(shù)(飽和塊石土)。c=4.5 kPa,φ=12.8°。

潛在滑坡區(qū)天然塊石土參數(shù)。c=6.0 kPa,φ=30.0°。

抗滑段滑面參數(shù)(飽和炭質(zhì)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(shù)(天然塊石土)參數(shù)。c=4.5 kPa,φ=14.0°。

抗滑段滑面參數(shù)(天然炭質(zhì)泥巖)。c=15.0 kPa,φ=11.0°。

按JTG/T 3334-2018 《公路滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范》,選取暴雨工況下滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)K=1.15和正常(自然)工況下K=1.20對(duì)滑坡剩余下滑力進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算時(shí)考慮深部排水、水改旱等綜合改善措施的影響,滑面參數(shù)φ提升1°～2°,計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 計(jì)算結(jié)果表

4 滑坡治理方案及成效

4.1 應(yīng)急搶險(xiǎn)方案

結(jié)合滑坡特征分析,綜合考慮安全、工期等因素,擬先對(duì)滑坡體采取深部降、排水治理,對(duì)滑坡體上方的水田進(jìn)行水改旱處理,灌溉水渠改管涵處理,場(chǎng)坪內(nèi)增設(shè)集水井進(jìn)行抗滑段降水處理,對(duì)周邊的排水系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)、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(guī)模大,設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)抗力。按照滑坡的分期治理原則,結(jié)合其他大型復(fù)雜滑坡的治理經(jīng)驗(yàn),本期治理設(shè)計(jì)在充分分析滑坡現(xiàn)狀的情況下,暫不考慮潛在滑坡區(qū)(IV區(qū))及遠(yuǎn)離服務(wù)區(qū)的I、III區(qū)的影響。本次設(shè)計(jì)基于滑坡II區(qū)的變形特征和現(xiàn)狀建立的計(jì)算模型,旨在通過控制滑坡II區(qū)的穩(wěn)定來防止IV區(qū)的復(fù)活,后續(xù)還需結(jié)合滑坡治理過程及運(yùn)營(yíng)期監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)調(diào)整設(shè)計(jì)。

在結(jié)合監(jiān)測(cè)及應(yīng)急搶險(xiǎn)方案降排水的基礎(chǔ)上,采取永臨結(jié)合的方式,在服務(wù)區(qū)內(nèi)側(cè)邊坡既有擋墻及抗滑樁位置設(shè)置一排抗滑樁,將既有抗滑樁與設(shè)計(jì)抗滑樁通過擋墻、豎梁連接,形成整體受力構(gòu)件,同時(shí)抗滑樁挖孔產(chǎn)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(shí)施效果

實(shí)施完成后,滑坡范圍內(nèi)裂縫封閉后未見新增開裂跡象,坡體上方民房區(qū)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(shí)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(jiān)測(cè)曲線見圖7、圖8,抗滑樁部分于10月份完工,經(jīng)過2個(gè)水文年的深部位移監(jiān)測(cè),各監(jiān)測(cè)點(diǎn)無明顯位移變形,表明滑坡已得到有效控制,目前處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖7 監(jiān)測(cè)孔累計(jì)位移變化曲線(JCK06)

圖8 監(jiān)測(cè)孔位移-時(shí)間變化曲線(JCK06)

5 結(jié)論

1) 本文所研究的某高速公路服務(wù)區(qū)滑坡的自然坡度角為12°～25°,與當(dāng)前其他類似滑坡采用地形因子對(duì)滑坡失穩(wěn)的貢獻(xiàn)度研究結(jié)果相符。

2) 對(duì)于緩坡地形下的堆積體滑坡,持續(xù)的強(qiáng)降雨作用,人類活動(dòng)過程中的加載、地表水滲漏是打破堆積體穩(wěn)定現(xiàn)狀,發(fā)生破壞失穩(wěn)的主要誘發(fā)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(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn),可適當(dāng)提高水位降低影響范圍內(nèi)的巖土物理力學(xué)參數(shù),以降低整個(gè)滑坡的處治規(guī)模。

4) 運(yùn)營(yíng)期公路受滑坡影響,應(yīng)運(yùn)用綜合的勘察手段進(jìn)行分析,在利用現(xiàn)有的工程措施,結(jié)合綜合排水措施降低地下水位,提升巖土體抗剪參數(shù)指標(biāo)的思路下,合理采用支擋工程進(jìn)行治理。