某分級、分層、分區(qū)域破壞滑坡的穩(wěn)定性分析及治理

曾 朋 金煜翔 鐘志輝

(1.廣東和立土木工程有限公司，廣東廣州 511400；2.廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，廣東廣州 510066；3.廣東建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州 510440)

0 引言

隨著我國公路、鐵路及山區(qū)基建項(xiàng)目的迅速發(fā)展，滑坡作為一種常見的地質(zhì)災(zāi)害，對公路、鐵路、山區(qū)的建設(shè)及運(yùn)營的影響十分突出。對滑坡處理不當(dāng)往往會(huì)引起巨大的經(jīng)濟(jì)損失及人身傷亡[1-3]。滑坡的穩(wěn)定性受滑坡的物質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)條件、環(huán)境條件三方面綜合影響，滑坡物質(zhì)結(jié)構(gòu)條件是滑坡本身固有的，其特性決定著滑坡的穩(wěn)定狀況。滑坡的三方面條件都是相對穩(wěn)定的，其中環(huán)境條件最為活躍，是誘發(fā)滑坡發(fā)生的因素，誘發(fā)滑坡的環(huán)境條件主要是降雨、地震、人類活動(dòng)。大多數(shù)滑坡都是在降雨作用期間發(fā)生的。強(qiáng)降雨是滑坡活動(dòng)最重要的觸發(fā)因素和動(dòng)力來源[4-6]。由于滑坡穩(wěn)定性影響因素的復(fù)雜性、多樣性、難確定性，很難有一個(gè)方法適用于所有滑坡的穩(wěn)定性分析[7-9]。滑坡穩(wěn)定性分析發(fā)展趨勢是從定性分析到定量分析。

廣東山區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜，鐵路、公路等存在大量的路塹邊坡工程，在各種不利因素下，時(shí)常會(huì)形成大(中)型復(fù)雜滑坡,給工程建設(shè)造成了較大損失[10]。通常這些滑坡存在著多級滑動(dòng)或分區(qū)滑動(dòng)，破壞形式比較復(fù)雜。有學(xué)者通過有限元分析發(fā)現(xiàn)滑坡的破壞模式跟應(yīng)力場和變形場有關(guān)[11-13]，進(jìn)行滑坡的局部分析是十分必要的[14-15]。

以廣東某培訓(xùn)中心滑坡為例，采用鉆探、物探、地質(zhì)調(diào)繪及變形監(jiān)測等方法，對該滑坡的成因機(jī)理、破壞模式進(jìn)行研究，并提出了對應(yīng)的滑坡治理措施。

1 工程概況

廣東某培訓(xùn)中心位于廣州市從化區(qū)良口鎮(zhèn)東北部，北面為105國道和流溪河國家森林公園，南面為高陡山體。培訓(xùn)中心為綜合樓、教師宿舍樓、培訓(xùn)樓等建筑綜合體，位于中間緩坡地帶。

綜合樓前東西向道路明顯發(fā)育張裂縫，西側(cè)教師樓前裂縫已形成水平向?qū)?～8 cm、高差8～10 cm錯(cuò)臺(tái)。第二處裂縫自門口保安亭右前側(cè)大致沿著水泥道路中間沉降縫開裂至籃球場，局部錯(cuò)斷整體的水泥路面。緊鄰105國道邊坡腳處擋墻發(fā)育斜向裂縫。具體裂縫分布見圖1。

圖1 培訓(xùn)中心滑坡裂縫分布示意圖

2 工程地質(zhì)條件

(1)地形地貌

滑坡區(qū)屬構(gòu)造剝蝕丘陵地貌，呈上陡下緩狀，下部緩狀地形呈臺(tái)階狀分布，整體呈四級臺(tái)階狀地貌，臺(tái)階后緣為高陡花崗巖陡壁。地形起伏較大，山體高差達(dá)90 m以上，自然坡度角約20°～40°。滑坡處于山體中下部，滑體高差約30 m。總體顯示為老滑坡典型地貌。

(2)地層巖性及地質(zhì)構(gòu)造

滑坡區(qū)地層巖性復(fù)雜，滑坡體上覆地層主要為第四系坡積粉質(zhì)黏土、塊石，下伏基巖為石炭系粉砂巖、大理巖、構(gòu)造角礫巖、斷層角礫巖、糜棱巖、上侏羅統(tǒng)花崗巖等。

滑坡區(qū)位于良口斷裂，走向北東，傾向北西，良口斷裂沿G105穿過培訓(xùn)中心，形成的破碎帶易形成軟弱層并富水，后方山體局部有斷層崖出露。顯示為老滑坡形成。

(3)地下水發(fā)育情況

滑坡體地下水豐富，后山高陡，雨水匯集集中，培訓(xùn)中心匯水面積大，受大氣降水影響強(qiáng)烈，培訓(xùn)中心多處路面底部存在掏空現(xiàn)象，存在地下通道，從地下水分布與運(yùn)移規(guī)律來看，地下水十分充沛，滑坡前緣擋土墻及105國道排水溝泄水外溢現(xiàn)象普遍，滑坡體下部緊鄰流溪河。綜合分析認(rèn)為該場區(qū)具有老滑坡堆積的地質(zhì)基礎(chǔ)。

3 滑坡分級分區(qū)

綜合變形特征、微地貌特征及監(jiān)測成果，可將滑坡體分東、中、西三個(gè)大區(qū)，各區(qū)均以其中的自然沖溝為界，劃分為三個(gè)人工山坡，人工山坡上分別發(fā)育有多級滑坡平臺(tái)，同一級平臺(tái)高度又以小沖溝為界劃分為多個(gè)滑動(dòng)塊體。

西區(qū)滑坡體又可分為2區(qū)，變形Ⅰ區(qū)為滑坡變形嚴(yán)重區(qū)，本區(qū)橫寬約45 m，標(biāo)高 214～243 m；牽引區(qū)Ⅰ-1為滑坡變形牽引區(qū)，本區(qū)橫寬約75 m，標(biāo)高約214～253 m。同樣，中區(qū)滑坡體也可分為2區(qū)，Ⅱ區(qū)為滑坡變形嚴(yán)重區(qū)，本區(qū)橫寬約165 m，標(biāo)高206～239 m； 牽引區(qū)Ⅱ-1為為滑坡變形牽引區(qū)，本區(qū)橫寬約165 m，標(biāo)高約206～243 m。東區(qū)滑坡體也可分為2區(qū)，Ⅲ區(qū)為前期滑坡變形區(qū)，本區(qū)橫寬約46 m，標(biāo)高200～232 m；牽引區(qū)Ⅲ-1為為滑坡變形牽引區(qū)，本區(qū)橫寬約200 m，標(biāo)高約200～238 m。

潛在牽引區(qū)Ⅳ為東中西3區(qū)滑坡共同影響區(qū)，本區(qū)橫寬約260 m，標(biāo)高約270～350 m。變形Ⅴ區(qū)為前期淺層滑塌變形區(qū)，本區(qū)橫寬約53 m，標(biāo)高219～246 m。具體分區(qū)見圖2。

圖2 基地滑坡病害分區(qū)圖

4 滑坡分區(qū)現(xiàn)狀穩(wěn)定性評價(jià)

根據(jù)各變形區(qū)的裂縫發(fā)育貫通情況、有無錯(cuò)臺(tái)、后緣周界裂縫、鉆探資料及變形監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合判定各區(qū)的穩(wěn)定性狀態(tài)。

(1)變形區(qū)Ⅰ、Ⅱ前緣突出，后緣裂縫斷續(xù)可見，逐漸向貫通性發(fā)展，局部地段裂縫貫通，綜合判定該區(qū)目前處于欠穩(wěn)定狀態(tài)—基本穩(wěn)定狀態(tài)。

(2)變形區(qū)Ⅲ后緣裂縫斷續(xù)可見，未呈貫通趨勢，前緣現(xiàn)狀不明顯，綜合判定該區(qū)目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

(3)變形區(qū)Ⅴ局部可見裂縫發(fā)展，前緣不明顯，鉆探資料顯示該區(qū)深部位移量微小，未見滑動(dòng)面，綜合判定該區(qū)目前處于穩(wěn)定狀態(tài)。

(4)牽引區(qū)Ⅰ-1、Ⅱ-1、以及Ⅲ-1為相應(yīng)變形區(qū)的牽引區(qū)，后緣裂縫斷續(xù)可見，未呈貫通趨勢，綜合判定該區(qū)目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

(5)牽引區(qū)Ⅳ為整體變形區(qū)后緣至后側(cè)滑坡陡壁，為潛在變形區(qū)域，目前暫未發(fā)現(xiàn)裂縫。綜合判定該區(qū)目前處于穩(wěn)定狀態(tài)。

綜合上述分析，基地滑坡為多級、多層的復(fù)合型滑坡，穩(wěn)定性狀態(tài)各異。

5 滑坡失穩(wěn)成因分析

5.1 地質(zhì)環(huán)境因素

(1)滑坡基地處于良口斷裂帶上，風(fēng)化強(qiáng)烈，巖土體強(qiáng)度低，區(qū)域性斷裂NE60°～70°造成巖體破碎，崩塌堆積，坡積層厚；

(2)勘察鉆孔揭露構(gòu)成滑坡體的地層為第四系坡積粉質(zhì)黏土、塊石、全—強(qiáng)風(fēng)化巖、粉砂巖、糜棱巖等，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，風(fēng)化不均勻，巖體總體較為松散，層間結(jié)合力差，上覆粉質(zhì)黏土及花崗巖坡積塊石滲透性強(qiáng)，殘積粉質(zhì)黏土及下伏基巖滲透性差，在基巖上方易形成飽水帶，降低土體的抗剪強(qiáng)度，已形成軟弱夾層。

5.2 水的因素

地下水豐富，匯集面積較大，培訓(xùn)中心排水不暢，路面積水，地表水易大量下滲，雨季，尤其是持續(xù)大暴雨和強(qiáng)降雨期間地表水大量入滲，加上構(gòu)造裂隙水發(fā)育，造成坡體滑帶土軟化，抗剪強(qiáng)度逐漸衰減。水是滑坡產(chǎn)生變形的主要誘發(fā)因素。

5.3 工程活動(dòng)因素

培訓(xùn)中心工程建設(shè)時(shí)在現(xiàn)滑坡病害邊坡表層進(jìn)行局部填土，且填土密實(shí)度及強(qiáng)度較低，在地表水及地下水作用下變形較大，易引起邊坡滑動(dòng)；2004年105國道擴(kuò)路修建時(shí)開挖邊坡坡腳，一定程度上造成了邊坡坡腳應(yīng)力釋放，降低了邊坡穩(wěn)定性，已引起滑坡，北側(cè)也有局部滑動(dòng)。

綜上所述，培訓(xùn)中心老滑坡的復(fù)活是由于地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水發(fā)育及路塹開挖作用的結(jié)果。滑體風(fēng)化強(qiáng)烈、結(jié)構(gòu)松散、強(qiáng)度低，是滑坡產(chǎn)生的內(nèi)因；構(gòu)造作用使巖體產(chǎn)生層間擠壓軟弱帶，使土體更加松散，有利于滑體下滑；地下水的作用使得滑帶軟化、抗剪強(qiáng)度降低；邊坡的人工開挖破壞了原來土體的平衡條件，當(dāng)滑體下滑力大于滑面的黏阻力，就逐漸形成了滑坡。

6 邊坡巖土體強(qiáng)度參數(shù)指標(biāo)反算

6.1 滑動(dòng)面的確定

測斜孔平面布置見圖1。以2-2斷面(變形Ⅱ區(qū))為例，CX8孔監(jiān)測的滑動(dòng)面在孔口以下44 m；CX9孔監(jiān)測的滑動(dòng)面在孔口以下29 m；CX11孔監(jiān)測的滑動(dòng)面在孔口以下2.5 m、11 m、19 m、25 m。結(jié)合勘察資料及現(xiàn)場裂縫發(fā)育情況，淺層滑面2剪出口為入口道路邊溝，后緣為綜合樓前錯(cuò)臺(tái)，見圖3，主滑帶傾角為10°；淺層滑面3剪出口為105國道邊溝，后緣為綜合樓內(nèi)局部裂縫，主滑段傾角為10°；深層滑面5按監(jiān)測突變點(diǎn)(累計(jì)位移微小)沿著圖示滑動(dòng)線從流溪河水庫岸邊剪出。2-2斷面滑動(dòng)面見圖4。

圖3 滑坡裂縫

圖4 2-2斷面滑動(dòng)面

綜合上述分析，基地滑坡各區(qū)、各級滑動(dòng)面見圖5。

圖5 基地整體滑面縱剖面圖(單位：m)

6.2 滑坡主滑帶強(qiáng)度參數(shù)指標(biāo)反算

以變形Ⅰ區(qū)1-1斷面、變形Ⅱ區(qū)2-2斷面及變形Ⅲ區(qū)3-3斷面進(jìn)行反算。根據(jù)《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》(D Z/T 0219—2006)中滑坡滑動(dòng)劃分為蠕動(dòng)、擠壓、微動(dòng)、滑動(dòng)、大動(dòng)和固結(jié) 6個(gè)發(fā)育階段。

根據(jù)上述滑坡分區(qū)現(xiàn)狀穩(wěn)定性評價(jià)，該邊坡滑動(dòng)面目前屬于滑動(dòng)—微動(dòng)階段，滑坡體變形趨勢趨于等速移動(dòng)，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)—基本穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定性系數(shù)為0.95～1.10，Ⅰ、Ⅱ區(qū)穩(wěn)定性系數(shù)取1.05進(jìn)行反算，Ⅲ區(qū)穩(wěn)定性系數(shù)取1.08進(jìn)行反算。該邊坡潛在滑動(dòng)面目前處于擠壓—蠕動(dòng)狀態(tài)，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定性系數(shù)為1.10～1.20。Ⅰ、Ⅱ區(qū)牽引段穩(wěn)定性系數(shù)取1.18進(jìn)行反算，Ⅲ區(qū)牽引段穩(wěn)定性系數(shù)取1.20進(jìn)行反算。通過Geo-slope軟件，分別反算滑坡體各變形區(qū)域滑動(dòng)面的主滑帶力學(xué)參數(shù)(滑坡各變形區(qū)牽引段c=0,φ=35°)，代表性計(jì)算斷面見圖6，結(jié)果見表1。根據(jù)巖土室內(nèi)試驗(yàn)，該滑坡滑體天然重度值取18 kN/m3，飽和重度值取19.5 kN/m3。

表1 各變形區(qū)主滑帶巖土體強(qiáng)度指標(biāo)

圖6 2-2計(jì)算斷面

根據(jù)類似項(xiàng)目工程經(jīng)驗(yàn)，在暴雨工況下滑動(dòng)面主滑帶參數(shù)c值較正常工況下低1～2 kPa，φ值較正常工況下低1°～2°。結(jié)合巖土室內(nèi)試驗(yàn)及上述反算結(jié)果，本項(xiàng)目滑動(dòng)面暴雨工況下c、φ值分別減少1 kPa和1°。

6.3 滑坡推力計(jì)算

由于裂縫外的監(jiān)測孔位移曲線也存在明顯變形，考慮后緣牽引延伸滑面剩余下滑力，沿邊坡滑動(dòng)方向采用不平衡推力法計(jì)算推力。根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330 —2015)，正常工況下穩(wěn)定性系數(shù)不小于1.35，暴雨工況下穩(wěn)定性系數(shù)不小于1.15。剩余水平下滑力計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 剩余下滑力計(jì)算結(jié)果

7 邊坡治理方案

針對該段邊坡的穩(wěn)定性分析結(jié)果，提出鋼花管注漿+微型樁+預(yù)應(yīng)力錨索加固措施，根據(jù)類似項(xiàng)目工程經(jīng)驗(yàn)及各大科研機(jī)構(gòu)試驗(yàn)成果，2排錨索微型樁抗力能達(dá)到300～350 kN/m，每個(gè)加固斷面2處，共計(jì)600～700 kN/m ，加固后邊坡在暴雨工況下潛在滑動(dòng)面的穩(wěn)定性系數(shù)均大于1.15，在天然工況下潛在滑動(dòng)面的穩(wěn)定性系數(shù)均大于1. 35，具體工程措施如下。

7.1 變形Ⅰ區(qū)和變形Ⅱ區(qū)治理方案(第一期治理)

基地教師宿舍樓及綜合樓前邊坡滑坡病害治理采用鋼花管注漿+微型樁+預(yù)應(yīng)力錨索加固方案。沿著入口道路下部布置二排微型樁，冠梁頂部張拉預(yù)應(yīng)力錨索；沿著教師宿舍樓及綜合樓前邊坡中部布置二排微型樁，冠梁頂部張拉預(yù)應(yīng)力錨索；綜合樓及教師宿舍樓前道路采用兩排豎向鋼花管注漿進(jìn)行加固處理。

變形區(qū)Ⅰ、變形區(qū)Ⅱ最大剩余下滑力616 kN/m。滑坡體前緣采用2排4束預(yù)應(yīng)力錨索微型樁加固，微型樁直徑250 mm，樁內(nèi)先下放16號(hào)工字鋼后灌注水泥砂漿，微型樁頂部施工兩排樁頭錨索，采用冠梁連成一個(gè)整體，樁底進(jìn)入深層滑面以下6 m。滑坡體中部同樣采用2排4束預(yù)應(yīng)力錨索微型樁加固，樁底進(jìn)入深層滑面以下6 m。滑坡體后緣錯(cuò)臺(tái)及裂縫處采用2排鋼花管注漿，處理深度至淺層滑面以下3 m。具體處治措施見圖7，加固處治后該區(qū)邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.41。該變形區(qū)于2019年3月施工完畢，效果良好。

圖7 變形區(qū)Ⅰ、變形區(qū)Ⅱ典型加固斷面

7.2 變形Ⅲ區(qū)治理方案(第二期治理)

變形Ⅲ區(qū)采用微型樁+預(yù)應(yīng)力錨索加固措施，籃球場場前道路下方擋墻原設(shè)計(jì)為漿砌片石擋墻，擋墻邊溝處全長布置一排微型樁；沿墻壁全高設(shè)置兩排預(yù)應(yīng)力錨索；體能訓(xùn)練場下邊坡增設(shè)2排微型樁+預(yù)應(yīng)力錨索加固，微型樁的做法同變形Ⅰ區(qū)。具體處治措施見圖8，加固處治后該區(qū)邊坡穩(wěn)定性系數(shù)為1.45。該變形區(qū)于2019年7月份施工完畢，效果良好。

圖8 變形區(qū)Ⅲ典型加固斷面(單位：mm)

7.3 變形區(qū)Ⅴ治理方案

根據(jù)變形監(jiān)測結(jié)果，無需加固處置。

7.4 滑坡體排水方案

本項(xiàng)目基地范圍區(qū)域內(nèi)地下水位埋深較淺，地下水發(fā)育，沿著基地入口道路上下各增設(shè)一排深層斜孔排水，間距6 m，單根長20 m，總長800 m。完善整個(gè)培訓(xùn)中心的地表排水系統(tǒng)。

第一期、二期變形區(qū)域處治完畢后，截止至2020年6月，經(jīng)過一年左右的時(shí)間，特別是變形嚴(yán)重區(qū)域經(jīng)歷了一年一度的大暴雨考驗(yàn)，同時(shí)根據(jù)后續(xù)深孔位移監(jiān)測，目前滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，無任何變形加劇跡象，加固效果顯著。

8 結(jié)論

(1)本段滑坡為多級、多層的復(fù)合型滑坡，邊坡的穩(wěn)定性主要受區(qū)域性斷裂構(gòu)造影響，造成巖體破碎，崩塌堆積，坡積層厚，人工開挖邊坡坡腳，造成了坡腳應(yīng)力釋放，在卸荷作用及雨水軟化作用下，邊坡穩(wěn)定性差，逐漸發(fā)展成滑坡。由于地質(zhì)體的復(fù)雜性和不重復(fù)性，滑坡工程應(yīng)進(jìn)行分級、分層、分區(qū)域變形，遵循以定性分析為基礎(chǔ)，定量分析為手段，合理確定計(jì)算模型、邊界、力學(xué)參數(shù)等進(jìn)行計(jì)算得出能基本代表所分析坡體的真實(shí)穩(wěn)定性，進(jìn)行滑坡分期分區(qū)域治理。

(2)豎向鋼花管微型群樁+斜向預(yù)應(yīng)力錨索冠梁治理邊坡技術(shù)對坡體擾動(dòng)小、見效快、施工靈活、工期短，同時(shí)通過二次劈裂注漿能對滑帶土體進(jìn)行擠密加固，提高滑帶土體的強(qiáng)度和邊坡的抗滑力，較好地滿足了新形勢下路塹邊坡防治技術(shù)的耐久性、防治措施的適宜性、施工的便利性等要求。