陜北志丹侯市黃土邊坡穩定性評價和治理建議

呂扶君 趙云剛 文 君

0 引言

在黃土地區進行的公路與鐵路建設、新城鎮建設、新農村建設過程中不斷的挖掘路塹、切坡填溝而形成了大量的人工邊坡。這類邊坡面臨著自身的穩定性問題和安全危害威脅。因此,準確評價這類邊坡坡體穩定性是防止邊坡失穩破壞、威脅人民生命財產安全的前提,并為最終的防治提供依據。

1 黃土邊坡現狀特征

陜北志丹侯市黃土邊坡系為建設新農村示范場地需要向黃土山坡開挖切坡換平地而形成的人工高陡邊坡,屬均質土黃土邊坡。邊坡呈東西走向,總體北高南低,邊坡坡頂標高1 526 m～1 527 m,為新建侯市小學場地;坡腳標高1 506 m,為新農村建設示范場地,邊坡高約 21 m,邊坡坡度為 55°～60°,迎坡面面積約3 510 m2,邊坡東西向長130 m。

根據現場地質調查,坡體前緣形成的臨空面致使局部坍塌、坡面沖刷、坡頂施工用房墻體縱向拉裂以及坡頂地面出現近平行于邊坡走向的張性裂縫。這些不良現象均是邊坡失穩的前兆,加之待坡頂平臺內的學校建成后將增加坡頂荷載,故侯市邊坡很容易產生整體變形破壞。一旦失穩危害程度很嚴重(上部有施工建筑、下部有大量現有房屋),為一級邊坡。

2 邊坡變形原因分析

1)因不規范的人為開挖、坡頂建筑棄土堆填,改變了邊坡外形和應力狀態,使坡體失去原有自然平衡狀態,引起坡體內應力重新分布,引發其變形。2)坡頂施工臨建生活廢水、地表水未采取有效疏排措施,導致水排入、浸入黃土體內,使坡體上部黃土層重度增加、抗剪強度降低而致使邊坡變形。3)人為削切黃土坡體形成的邊坡,其表面存在被擾動的松散土體,也堆覆部分黃土棄土,并且邊坡表面生態脆弱,無植被分布,其影響結果為土體松弛掉塊、掉土,形成坡面剝落或局部坍塌。4)黃土構造節理存在的影響,該邊坡較發育的垂直節理和次發育的斜節理會不同程度地影響邊坡穩定。

3 邊坡穩定性評價

3.1 邊坡穩定性分析

侯市黃土邊坡變形主要引起了坡體局部崩塌、坡頂開裂、坡面剝落、坡面沖刷、潛在黃土滑坡危害和潛在黃土濕陷變形問題。潛在隱患存在,導致黃土邊坡失穩幾率大。邊坡出現的前緣局部崩滑與坡頂地面的拉裂縫尤為不利,隨著地表水尤其是暴雨下滲等誘因作用,已有崩滑土體將會進一步擴大坍塌、崩落的面積,進而使土質邊坡內部應力重新調整,促使滑移區域增大,最終滑動破壞。這將對邊坡近鄰及周邊環境造成人員、財產的嚴重危害。

3.2 邊坡定量評價

3.2.1 分析評價方法

本邊坡根據自身特點,結合GB 50330-2002建筑邊坡工程技術規范等相關現行規范要求,在進行定量的分析評價中采用常用的且實踐反映較好的條分法,用自動搜索最易形成最危險滑裂面進行穩定性分析計算,在數值選取中充分考慮到工程類比之經驗結果。邊坡穩定性系數按下式計算:

其中,Ks為邊坡穩定性系數;ci為第i計算條塊滑動面上巖土體的粘結強度標準值,kPa;φi為第i計算條塊滑動面上巖土體的內摩擦角標準值,(°);li為第i計算條塊滑動面長度,m;θi,αi分別為第i計算條塊底面傾角和地下水位面傾角,(°)。

計算按現狀條件(坡腳標高按1 506 m考慮)坡頂無荷載和現狀條件坡頂有荷載(建筑物荷載按20 t/層考慮)兩種情況分別給予計算評價(其安全系數取K=1.30)。

3.2.2 計算參數選取及計算工況

1)計算參數選取。

計算參數綜合取值見表1。

表1 黃土邊坡穩定性計算參數一覽表

2)計算工況的確定。

志丹縣侯市管理區的地震基本烈度為6度,不考慮地震力,四種計算工況如下:

工況一:天然(自重)狀態(坡頂無荷載);

工況二:飽和(暴雨)狀態(坡頂無荷載);

工況三:天然(自重)狀態(坡頂有荷載);

工況四:飽和(暴雨)狀態(坡頂有荷載)。

3)計算剖面的選取。

選擇2條典型的、有代表性的工程地質縱剖面(沿可能破壞的軸心方向)為計算剖面。穩定性計算采用基于極限平衡理論的傳遞系數法進行。

3.2.3 穩定性計算評價

1)高邊坡(坡頂無荷載)的穩定性計算評價。

通過邊坡的穩定性計算,其計算結果見表2。

表2 土體穩定系數計算結果表

從表2中可知,坡頂無荷載時,在天然狀態下穩定系數為0.801～0.922,即天然條件下斜坡處于潛在不穩定狀態;在飽和狀態下的穩定系數為0.280～0.354,表明一旦在最危險滑裂面附近一帶形成大面積集水并致使土體呈飽和狀態,邊坡將失穩。這說明邊坡已處于潛在不穩定,尤其在暴雨等災害氣候條件下將會發生滑動變形破壞。

2)高邊坡(坡頂有荷載)的穩定性計算評價。

通過邊坡的穩定性計算,其計算結果見表3。

表3 土體穩定系數計算結果表

從表3中可以看出,坡頂有荷載時,在天然狀態下(工況三)穩定系數為0.926,與坡頂無建筑荷載時結果相似,處于潛在不穩定狀態;在飽和狀態下(工況四)的穩定系數為0.338,亦與坡頂無荷載時相似,一旦在最危險滑裂面附近一帶形成大面積集水并致使土體呈飽和狀態,邊坡將失穩。因此,為了確保切坡上、下部建筑及人民生命財產的安全,應對該邊坡采取及時有效的治理措施。

3)推力計算。

推力計算公式:

表4 切坡前邊坡推力計算成果表

據上列公式進行土質邊坡的推力計算,幾種情況下的邊坡推力計算結果見表4。

由表4可以看出,在天然條件下,四種情況均處于潛在不穩定狀態,邊坡具有較大的下滑推力,在暴雨條件或坡頂邊緣增加荷載情況下,均有發生滑動破壞的可能。

4 治理措施及建議

4.1 治理目標原則

1)對高切坡進行綜合治理,做到一次治理,不留后患;2)治理工程措施應充分吸取當地成功的治理經驗,做到方案可行,技術可靠,經濟合理;3)防治工程結合鄉鎮建設規劃,充分利用土地,避免重復工程,節省投資。

4.2 治理措施建議

1)侯市邊坡安全隱患大,現狀存在的變形跡象表明,一旦突破臨界點,變形破壞危害嚴重,建議及時采取安全可靠的永久性加固措施。2)建議采用錨桿擋墻支護結構,具體可采取框架梁格構式錨桿擋墻或排樁式錨桿擋墻方案。3)攔截或引排地表水可在變形區5 m范圍以外設置截、排水溝(槽),嚴禁施工或生活污水直接排入坡體,應采用防漏、防滲的下水管道統一排出坡外,并在墻體內設置下仰角泄水孔。4)對坡頂采用灰土擠密樁處理的建筑,如目前已發現變形跡象,應予以加固。5)加強監測,應設置嚴密的預警監測系統,做好應對應急搶險準備工作。

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