某岩质边坡滑坡治理动态设计及施工
[摘要] 工程建设中,滑坡治理是一个十分重要的工作内容。此文主要对贵州山区某高等级公路工程中某岩质边坡失稳原因的进行分析,总结和研究岩体边坡的稳定性问题,探讨滑坡综合治理设计及监测并采取动态设计、施工方式,解决了该边坡加固问题,对安全高效地进行工程建设具有一定的借鉴意义,能达到较好的经济效益和社会效益。
[关键词] 边坡失稳 监测 滑坡治理 优化
滑坡是一种常见、多发且易对人民生命财产造成巨大损失的不良地质灾害,常常发生在路堑开挖或不良地质的斜坡地段,有关滑坡的防范治理研究一直为广大工程技术人员所关注。随着交通建设的发展,山体开挖越来越多,边坡也越来越高,越来越陡,因之而引起的滑坡也越来越多。
贵州地处山区,地质情况复杂多变,一旦出现滑坡,其治理投资费用较大,施工难度大,工期长,而且需要的较高技术含量较高。而在公路设计中,工程作业面呈带状,地质勘察的工作量很大,不可能做到对每一断面都准确无误的详细勘测,边坡设计中不确定的因素较多,滑坡治理理论体系也还在探索发展阶段,所以在边坡支护中时常出现边施工边滑动边修改设计方案的现象。
1.滑坡概况
贵州山区的某高等级公路某段风化边坡岩体在边坡加固施工中出现滑坡征兆,该滑坡长100米,宽150米,滑体最大厚度约13.50米,约13万立方米,为一大型、中层牵引式滑坡,滑坡处于蠕滑变形阶段。
此工程属于高陡边坡,且在缺乏详细地勘资料的前提下原设计不能适应实际工程地质条件,需进行勘察、监测和采取其他加固措施处治。
2.滑坡原因分析
2.1地形地貌
场地位于山区一河流东侧,总体为侵蚀地貌。场区地形标高介于0.00～1100.00米之间,相对最大高差210.00米;滑坡位于陡坡地带,地形标高介于960.00～1040.00米,相对高差80.00米,自然坡度约32°。
2.2边坡工程地质条件
根据地质调绘及钻探结果,自上而下分述如下:
(1)覆盖层
碎石土:褐、褐黄色,碎石成分为砂质泥岩风化碎块石,场区均有分布,揭露厚度为0～10.80米。
(2)基岩
为寒武系下统明心寺组(∈1m) 薄层状砂质泥岩,根据风化程度分述如下。
①全风化层:灰白、土黄、灰黄色,泥质结构,薄层状,岩质极软,节理、风化裂隙极发育,岩体破碎,呈碎裂结构,岩芯呈土状、砂状。厚度为1.10～10.80米,场区均有分布。
②强风化层:灰、灰白、浅灰色,夹弱风化团块,泥质结构,薄层状,岩质软,节理、风化裂隙极发育,岩体破碎,呈散体结构,岩芯呈砂状、块状。厚度为0～8.40米,场区均有分布。
③弱风化层:灰、深灰色,泥质结构、薄层状,岩质较硬,构造节理较发育,岩体较完整至完整,岩芯以柱状为主、少许块状,该层埋藏较深。
3.工程地质评价
3.1滑坡原因
场地岩体为砂质泥岩,属较软岩,岩体节理裂隙极发育,全、强风化层厚度大;由于公路修建,拉槽开挖,轴线最大约17米。
在路堑开挖中因人为切割削弱抗滑体前部抗滑段支撑导致坡体产生滑动,又因雨水增加滑带水压而加剧坡体滑动,且边坡岩体为砂质泥岩,全、强风化层厚度大,易软化、破碎、变形。山体开挖,雨水渗入一定厚度软化了失去植被保护的泥岩,也导致产生坡面、坡体变形破坏。
路基拉槽开挖以后,坡体形成长约170余米,坡高最大38.50米,坡面角40～50°的路堑边坡,上部坡面岩体临空,破坏了原坡体的平衡条件,上覆土层及全、强风化岩体失去支撑,导致了滑坡的形成,属于牵引式滑坡。
3.2滑坡现状
该滑坡长100米,宽150米,滑体最大厚度约13.50米,约13万立方米,滑坡地形陡,边界裂缝明显,平面上呈圈椅状,为一大型、中层牵引式滑坡。
滑坡范围内地面裂缝明显,多集中在滑坡后缘,多为拉张裂缝,裂缝走向与滑动方向近于垂直,其中裂缝宽度最大达20cm,垂直位移0.15～0.20cm,长约67m;南侧裂缝多呈羽状排列,与滑动方向斜交,自北东向南西消失;滑区中下部裂缝较少,多呈弧形状;该滑坡处于蠕滑变形阶段。
4.原设计方案及实施效果
原设计方案:采用坡率法、挡土墙、挂网喷射混凝土组合对该边坡进行处治。
实施效果:按照治理方案采用坡率法、挡土墙、挂网喷射混凝土组合对该边坡进行了处治,在施工过程的实时观测中,发现K44+340～K44+450右边坡上部仍出现了大量裂缝,形成滑坡态势。
5.产生滑坡的原因
原设计在K44+340～K44+450路堑右边坡范围内采用综合处治措施作护坡处理,其中K44+340～K44+400采用了挂网喷射混凝土、挡土墙、截水沟综合处治,K44+340～K44+450采用了坡率法、挡土墙、截水沟综合处治。施工过程中经监测发现坡体上部发育大量裂缝,出现滑坡征兆。为此,对实施原设计方案后产生滑坡的原因进行分析。
5.1坡率法
传统的坡率法是一种放缓边坡多级开挖方式,是进行工程建设中处理堑坡最原始、最简单的一种方法。该措施施工技术及施工机具简单,但对山体和原有自然边坡植被破坏较大,易扰动坡体,由于工程地质条件复杂多样和放坡后边坡变化难于控制,应用不当可形成高边坡病害。
坡率法只适用于低矮平坦的边坡,或工程地质条件较好,少量刷方不会引起大边坡病害的地带,若能及时恢复坡面植被或加固,在20m以内的堑坡,一般是较少产生病害的。而该工程所处地段地质条件复杂,本身就不是很稳定,未实施高等级公路前此路段左侧边坡下方老路就有滑坡现象,且该边坡滑坡处地形标高介于960.00～1040.00米,相对高差80.00米,显然不宜只用坡率法,应在开挖后迅速采取其他有效处治措施护坡。
5.2挂网喷射混凝土
挂网喷射混凝土护坡只适用于岩体完整,边坡土体和边坡表面都较稳定的边坡,这种处治措施只能防止坡体表面风化剥落和冲蚀病害。该边坡岩体破碎,且为较软的砂质泥岩,全、强风化层厚度大至10余米,不宜采用挂网喷射混凝处治。深圳至汕头高速公路K44边坡处治最早就是采用的喷射混凝土挂网护坡,1997年连续大雨导致护坡失效,坡体滑坡坍塌,造成了车毁人伤的事故。
6.滑坡专项治理监测
为了查明该边坡工程滑坡状态和趋势,界定滑坡是否稳定,找出滑裂面作为滑坡治理设计依据,采取了地表巡视方式作宏观监测手段、钻孔测斜技术作微观监测。并对监测结果作出分析。
6.1.1地表巡视
滑坡范围内出现的裂缝较多,滑坡后缘及滑坡边缘的裂缝很明显。在监测期内,除了对整个滑坡区进行巡视查看之外,着重观测了裂缝的变化情况,开始监测后,从观测的情况来看,各裂缝的变化较小,没有明显的增大现象,直至监测期结束,也没有发现新的明显的裂缝。同时,整治措施逐渐开展起来以后,取得了很好的防治效果,地表没有出现明显的变形情况。
6.1.2钻孔测斜
通过深层侧向位移监测和对其成果的整理分析,可以找出滑动面(带)的位置,为后续的治理设计提供可靠依据。分析确定各钻孔滑动面深度分别为:ZK1号孔12米,ZK2号孔12.5米,ZK3号孔15.5～17.5米,ZK5号孔10.5米,ZK6号孔13～14米之间,ZK8号孔13～14米之间,ZK10号孔6.5～8米之间,ZK11号孔9～10米之间。
从监测成果来看,目前滑坡处于蠕滑阶段,如遇强降雨,滑坡将可能出现整体下滑,危及过往车辆及行人安全,急需治理。滑坡虽在蠕滑变形,但目前还没有出现明显的向下整体滑动的趋势,为更好的掌握滑坡在施工及运营时的动态变化,应尽快对滑坡进行整治,并长期对滑坡进行监测。
7.滑坡治理优化设计
原设计对因工程开挖而暴露的边坡采用了挡土墙、截水沟和部分挂网喷射混凝土进行综合处理,施工过程中渐渐出现大量裂缝,形成滑坡态势。
该高等级公路是贵阳区域重要的经济和旅游线路,是沿线风景区及乡村旅游的运营发展的命脉,是某县区连接贵阳市唯一的快速通道。若本边坡滑坡,这样大型的滑坡体将毁坏相当长的路段,阻断交通,修复时间漫长,造成的直接、间接经济损失难以估量,且滑落的坡体还可能造成过往车辆和附近建筑物损毁以及人员伤亡,所以,该滑坡急需治理。
原坡率法、挡土墙、挂网喷射混凝土护坡综合措施不适用于该工程,须改变设计方案,采用其他技术措施加强支护,提高坡体刚度。
为了查明该边坡工程滑坡状态和趋势,界定滑坡是否稳定,找出滑裂面作为滑坡治理设计依据,采取地表巡视方式作宏观监测手段、钻孔测斜技术作微观监测。通过分析监测结果看出,滑坡处于蠕滑阶段,但还没有出现明显的向下整体滑动的趋势,可以采取处治措施阻止滑坡。采取的措施重点是要增加坡体刚度,有效防止坡体变形加大。
该边坡工程滑坡状态和特点来看,其具有滑坡和坡面变形病害特征。在路堑开挖中因人为切割削弱抗滑体前部抗滑段支撑导致坡体产生滑动,又因雨水增加
滑带水压而加剧坡体滑动,且边坡岩体为砂质泥岩,全、强风化层厚度大,易软化、破碎、变形。山体开挖后,雨水渗入一定厚度软化了失去植被保护的泥岩,产生坡面变形破坏。
预应力锚索框架处治技术的特点正好可以针对破碎滑体,采用框架框箍破碎的滑体,锚索的拉力则通过框架的作用经过滑体传至滑带来平衡滑坡的推力,增加坡体刚度以阻止下滑。
根据此高等级公路K44+340～K44+450右边坡滑坡工程地质勘察报告,针对该滑坡特点,结合现场地质情况,综合比较,设计方案决定采用适于该边坡工程地质条件的预应力锚索框架。
8.二次优化设计
在采用预应力锚索框架对该边坡进行处理过程中,监测时发现坡面又出现裂缝。究其原因,是由于雨水冲刷,该边坡虽是岩质边坡,但坡表面为土层和全风化层(岩质边坡中的软弱层),雨水渗入后含水量增加,对边坡有软化泥化作用,降低了土体的抗剪强度,影响了边坡的稳定性,安全系数减小,采用的框架梁尺寸相对就偏小,所以不能很好地稳定边坡。浅表层发生变形和破坏,坡面出现了裂缝,原设计锚索井字梁承载力已不能满足受力要求,须加大框架梁尺寸以增加坡体刚度,才能有效地阻止坡体位移发展,稳定边坡。
9.治理效果
采取动态设计、动态施工方法用预应力锚索井字梁、井字板有针对性地治理,工程总费用约465万元,治理后的边坡保持稳定,效果良好,目前未见异常。
10.结论
对于地质情况极其复杂的滑坡治理,设计、施工都应是动态的,实施过程中有必要进行实时监测。在施工期间或施工后都应注意观察可能产生滑坡的边坡,一但发现问题就要调整优化完善设计,以期达到与事实相符、真正达到稳固边坡的目的,才能避免滑坡灾害的发生。
边坡及其支护结构在各种力的作用和自然因素影响下,其工作状态和状况随时都在变化,如果出现异常而又不能及时掌握,任其险情发展,后果是严重的。所以应运用必要的有效观测手段对边坡工程进行信息施工和监测,及时发现问题,采取有效的措施,就可避免出现灾难性事故,保证边坡工程正常快速施工和工程的安全运营。
参考文献
[1] 郑颖人,陈祖煜,王恭先,凌天清 边坡与滑坡工程治理 人民交通出版社,2007年1月
[2]徐邦栋滑坡分析与防治 北京:中国铁道出版社,2001
[3]赵明阶等 边坡工程处治技术 北京 人民交通出版社,2003
[4]岩土锚固技术与工程应用人民交通出版社,2004-9-1
[5]程良奎 岩土锚固 中国建筑工业出版社,2002
[6]马斌 公路岩土边坡破坏机理浅析. 山西交通科技,2002.8