土體開挖對老滑坡體邊坡穩定性的影響及其防治

周星志,許宏武,張可能

(中南大學地學與環境工程學院, 湖南長沙 410083)

土體開挖對老滑坡體邊坡穩定性的影響及其防治

周星志,許宏武,張可能

(中南大學地學與環境工程學院, 湖南長沙 410083)

某老滑坡體因升級改造市政道路誘發新的滑坡,詳細介紹了滑坡區工程地質條件。分析結果表明,老滑坡對環境改變響應敏感,復活的新滑坡是老滑坡基礎上原有擋墻拆除、溝槽開挖及降雨誘發形成的。通過分析邊坡的穩定性,提出了溝槽分段開挖、一次根治的防治思路。

老滑坡;穩定性分析;滑坡成因;防治措施

在我國基礎設施建設中,老滑坡時有出現[1,2],在坡體開挖、雨水、爆破振動等外界因素的影響下[3～4]老滑坡復活幾率較大。本研究邊坡為市政道路邊坡,道路路線從山體中前部以路塹形式通過,路堤下方為居民區。根據現場調查及周邊工程存檔資料可知該區域為一老滑坡。通過對滑坡的變形進行深部位移監測和地表位移監測,動態了解邊坡的變形特征,同時對滑坡形成機制和穩定性進行深入分析,采取了合理經濟的滑坡防治措施。

1 工程概況

該場地地貌單元為湘江Ⅳ級沖積階地,表現為殘丘及沖溝,場地地勢起伏較大。老滑坡體沿主滑方向長約70～90m,東西向寬80m,滑坡體厚4～7.5m,為小型滑坡(見圖1)。老滑坡坡面平均坡度為16°～20°,坡頂為廢舊車輛棄置場,坡體上有一輸電線路,滑坡體中部為一市政道路,路塹邊坡采用重力式擋墻進行支護,路堤下方為居民區。此山體在1980年代曾發生過一次較大的滑動,后來又有一次相對較小的滑動,之后山體處于相對較穩定的狀態,沒有明顯的變形發生。

根據勘察報告,老滑坡體主要地層從上至下依次為雜填土、粉砂質粘土、強風化泥質粉砂巖、中風化泥質粉砂巖,其中粉砂質粘土厚度為1.5～3.5 m,強風化泥質粉砂巖厚2～4.2m。

老滑坡區水文地質條件較簡單,位于山體斜坡中上部。原有道路排水系統為地表水排泄通道,修建年代較早,在道路提質改造施工過程中遭到不同程度的破壞。現對原有道路進行升級改造,由于道路的拓寬,原有擋墻須拆除,并對坡體進行一定土方量的切坡,同時須開挖寬5m、深4.8m的溝槽埋設排水管道,施工導致老滑坡體上產生了兩處新的滑坡,若不及時治理,會影響路堤下方數棟居民樓的正常使用及居民生命安全。根據《建筑邊坡工程技術規范》[5],確定此邊坡安全等級為一級。

圖1 滑坡的平面示意

2 滑坡形成機理分析

2.1 工程因素

由于原有道路為兩車道,在提質改造過程中拓寬為雙向4車道,單幅路寬7m,原有擋墻拆除并削掉部分坡體,形成新的臨空面,坡體產生一下滑推力,軟弱土層在此推力作用下,變形增大,逐漸產生下滑。

同時,排水溝槽開挖穿過粉砂質粘土到達強風化泥質粉砂巖,形成一連續線形臨空面,使得路堤一側土體對上部山體的阻滑作用高度折減,由于上部山體厚度較大,老滑坡體穩定狀態被破壞,粉砂質粘土及強分化泥質粉砂巖將發生剪切破壞,坡體沿強風化泥質粉砂巖層理面發生滑動產生新的滑坡。根據圖1,老滑坡區斜坡中部為原道路,2#滑坡剪出口在開挖溝槽地面往下2.8～3.5m處,表明工程施工對老滑坡穩定性影響很大。

2.2 自然因素

滑坡發生的根本原因是地層巖性以及地質構造[6～8],同時在降雨的誘發作用下發生。施工期間,7d中等強度連續降雨,雨水順著坡面滲入坡體,開挖溝槽充滿積水,導致土體的物理力學性質發生變化,粉砂質粘性土吸水飽和后呈可塑狀,降低了坡體的穩定性;另一方面隨著水的下滲,坡體內的含水量激增,基質吸力大幅下降,降低了土體抗剪強度,導致滑坡產生[9]。

由上述分析可知,此邊坡產生失穩主要是由于擋墻拆除后溝槽開挖破壞山體原有平衡,同時受連續降雨影響。

3 穩定性分析與評價

3.1 穩定性計算

道路提質改造過程中誘發了兩處新滑坡,在此分析滑動規模相對較大的Ⅱ號滑坡的穩定性。假設滑坡為折線型滑動模式,采用不平衡推力系數法確定剩余下滑力,計算剖面如圖2所示。根據復活老滑坡的形成機理及地形特征選取代表性剖面,根據滑坡后緣、深部位移監測孔剪斷位置及剪出口位置確定滑動面,進行擋墻拆除、溝槽開挖工況下的穩定性驗算。計算參數見表1。

圖2 穩定性計算剖面

表1 抗剪強度指標

不平衡推力傳遞系數法計算滑坡穩定性系數K的計算方法如下[10]:

式中,Ri為作用于第i條塊滑動面上的抗滑分力,kN/m;Ti為作用于第i條塊滑動面上的下滑分力,出現與滑動方向相反的切線反力時,Ti應取負值,kN/m;ψj為第i塊段剩余下滑力傳遞至第i+1塊段的傳遞系數,j=i。

3.2 計算結果及穩定性評價

根據前述計算方法,該工況下的邊坡穩定性系數為1.09,由此判定其處于極限平衡狀態。按照《建筑邊坡工程技術規范》的規定,邊坡安全系數須達到1.30,可見此邊坡安全儲備不足,需要進行加固。

總之,擋墻拆除及溝槽開挖導致坡體失去了原有平衡,在下滑推力的持續作用下,土體強度超過峰值強度并逐漸降低,土體屈服逐漸形成滑動面,在坡面形成多處裂縫,坡腳土體擠出形成剪出口,加上連續降雨的大量雨水滲入坡體及施工擾動,導致滑動面土體抗剪強度進一步降低,可能導致滑坡后緣繼續向坡頂方向發展產生更大的滑坡,對路堤下的數棟居民樓造成威脅,因此需進行科學合理的施工組織設計,盡量減少不合理施工引起坡體滑動。

4 防治措施

此滑坡雖規模不大,但危害后果很嚴重,且老滑坡體的穩定對土體開挖及切方響應敏感,因此,治理此滑坡采用溝槽分段開挖、一次根治的防治原則。

施工過程中分段開挖使得臨空面長度減少,同時可充分利用臨空段兩端未開挖土體形成類似抗滑樁間土的“土拱效應”;通過及時回填來恢復土體原有平衡,避免誘發新的滑坡。

滑坡和邊坡治理的加固措施較多,每種防治措施都有其適應性。本著安全、經濟、方便施工、在不增加大量開挖工程量的原則,經過充分比較后,采用抗滑樁對該邊坡進行根治,在道路施工結束后修建矮擋墻及圍墻;在坡頂設置一道截水溝,坡腳設置一排水溝,擋墻每隔5m設置一泄水孔,坡面植草綠化,以減少地表水下滲對邊坡穩定的影響。

5 結 論

(1)原有擋墻的拆除和溝槽開挖直接導致滑坡的產生,連續降雨則是滑坡產生的誘發因素,而滑坡產生的根本因素則是軟弱的地層巖性及地質構造。(2)為避免滑坡,應選擇合理的施工工序,溝槽分段開挖、及時回填,減少施工對滑坡體的擾動。(3)采用抗滑樁作支擋結構可以有效治理滑坡,增強邊坡整體穩定性。半年的監測表明,該邊坡安全可靠,達到了治理的目的。

[1]姜春林,吳順川.復活古滑坡治理及微型抗滑樁承載機理[J].北京科技大學學報,2007,29(10):975～979.

[2]晏同珍,楊順安,方 云.滑坡學[M].武漢:中國地質大學出版社,2000.

[3]劉正梁,孔紀名,周 勇.鎮勝高速公路晴隆古滑坡成因特點及防治對策[J].山地學報,2008,26(6):727～732.

[4]王恒斌.江南某高速公路古滑坡復活及其防治措施[J].工程與建設,2008,22(3):374～376.

[5]GB50330-2002.建筑邊坡工程技術規范[S].

[6]石晉旭,唐紅梅,李 明,等.渝黔高速公路向家坡滑坡成因及防治對策研究[J].公路,2006,(8):12～16.

[7]許云峰.湖南省郴州市梨樹山滑坡的成因機制及防治[J].中國地質災害與防治學報,2006,17(3):165～16.

[8]任偉中,陳 浩.滑坡變形破壞機理和整治工程的模型試驗研究[J].巖石力學與工程學報,2005,24(12):2136～2141.

[9]黃潤秋,戚國慶.非飽和滲流基質吸力對邊坡穩定性的影響[J].工程地質學報,2002,10(4):343～348.

[10]趙明階,何光春,王多垠.邊坡工程處治技術[M].北京:人民交通出版社,2003.

2009-12-15)

周星志(1986-),男,湖南寧鄉人,碩士研究生,從事邊坡工程研究工作,Email:zhou-xingzhi@163.com。