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        西寧甘河工業(yè)園區(qū)道路滑坡原因分析及整治措施

        2011-08-08 01:25:42童景盛
        城市道橋與防洪 2011年10期
        關(guān)鍵詞:條塊滑坡體坡面

        童景盛

        (中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司,甘肅 蘭州 730000)

        0 引言

        長(zhǎng)期以來(lái),路基邊坡的綜合防護(hù)技術(shù)一直是城市道路建設(shè)中的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。城市道路因填挖量相對(duì)較小,高邊坡地段不多,由此引起的損失亦不大,因而防護(hù)工程不作為城市道路建設(shè)的主體工程,所以在工程中對(duì)邊坡的綜合防護(hù)研究常常被忽視。但近些年來(lái),由于城市的擴(kuò)展建設(shè),處于城郊地帶的道路也納入了城市建設(shè)的規(guī)劃范圍,出現(xiàn)了較多的高挖深填的地段,邊坡治理與防護(hù)也大量出現(xiàn)。尤其是位于青藏高原的青海省更是條件惡劣,地質(zhì)條件復(fù)雜,各種地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生。因此,道路兩側(cè)的邊坡滑坡設(shè)計(jì)與治理顯得越來(lái)越重要。

        1 工程概況

        甘河工業(yè)園區(qū)四號(hào)路位于甘河工業(yè)園區(qū)境內(nèi)的北側(cè),總體走向?yàn)楸逼?0°~24°左右,按照城市II級(jí)次干道標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施修建,采用整體式路基,路面寬17.00 m。K2+400~700段左側(cè)山體陡坡,在修建四號(hào)路時(shí),將左側(cè)高約20~30m的山體挖除近一半。在路床修建后,土、巖體出現(xiàn)向右側(cè)塌移,在塌移后施工方已將崩塌物鏟除,塌移后的邊坡為一高陡欠穩(wěn)定邊坡,陡坡體后緣出現(xiàn)了拉張裂縫跡象,穩(wěn)定程度較差。期間,恰逢連場(chǎng)大雨,導(dǎo)致部分山體發(fā)生滑坡,滑坡體寬度約60 m,滑體高度約13 m,滑體體積約6 000m3。滑坡事故發(fā)生后,經(jīng)各方緊急商討,決定先做臨時(shí)保護(hù)措施以控制滑坡的繼續(xù)發(fā)展,再實(shí)施永久整治措施以消除滑坡病害。

        2 工程地質(zhì)及邊坡穩(wěn)定分析

        2.1 工程地質(zhì)

        甘河工業(yè)園區(qū)位于甘河河谷,四號(hào)路的右側(cè)為甘河河谷Ⅰ級(jí)階地,左側(cè)為低山丘陵區(qū),邊坡體形態(tài)呈梯形。根據(jù)工程地質(zhì)測(cè)繪及探井成果表明:邊坡頂部土層主要為第四系:①層耕土(Q4pl)、②崩積物(Q4col)、③-1層黃土狀土(濕陷性)(Q4al)和③-2層黃土狀土(非濕陷性)(Q4al),坡體巖性為第三系泥巖(E)地層。

        第四系耕土屬欠固結(jié),松散土;黃土狀土屬以粉粒為主的松散土,為上部土層的崩塌創(chuàng)造了條件;邊坡土層主要為第四系黃土和第三系強(qiáng)風(fēng)化泥巖,堆積層厚度大,邊坡呈陡坡地形,坡度在60°~80°之間,這是影響邊坡穩(wěn)定的地貌因素。在第三系泥巖中,裂隙及解理較發(fā)育,同時(shí),發(fā)育有一組近垂直的裂隙組,這是影響邊坡穩(wěn)定的構(gòu)造因素。

        2.2 邊坡穩(wěn)定性分析

        從后緣拉裂來(lái)看,邊坡頂部的荷重很高,仍有新的接縫裂隙在發(fā)育。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘,發(fā)現(xiàn)在坡面上每天都有新的小范圍的掉塊在產(chǎn)生,少至幾立方,多至幾十立方。以上表明,坡面坡度仍大于主要裂隙組的傾角。同時(shí),坡頂?shù)暮芍厥鞘惯吰虏环€(wěn)定的另一主要原因。以上僅能產(chǎn)生小的、次生的崩塌,短期內(nèi)大的崩塌發(fā)生的可能性已不大。但隨著小的崩塌不斷發(fā)生,邊坡不斷接近直立,同時(shí),暴露出的泥巖不斷進(jìn)行風(fēng)化和雨季的雨水作用,加劇了泥巖的軟化,破壞巖體的原有結(jié)構(gòu),在今后,有可能形成較大的崩塌,即邊坡隨著時(shí)間的推移,將更加不穩(wěn)定。

        3 滑坡原因分析及穩(wěn)定計(jì)算

        3.1 滑坡原因分析

        滑坡的形成既有內(nèi)在因素,也有促成其形成的外在條件。如地質(zhì)、地貌、降雨及人類工程活動(dòng)因素等。

        (1)地質(zhì)因素。該工程邊坡體主要組成為覆蓋層黃土狀土及下覆強(qiáng)風(fēng)化泥巖。滑坡范圍內(nèi)的地層上部為第四系全新統(tǒng)堆積層,中部為角礫土,下覆基巖為志留系云母片巖。坡體的巖性為頁(yè)巖風(fēng)化殘積土或全風(fēng)化土,該層為軟弱層,一旦暴露和遇水即易軟化,這就為滑坡的形成創(chuàng)造了天然條件。

        (2)人工切坡是造成陡坡土體塌移的主要誘發(fā)因素。由于開(kāi)發(fā)建設(shè),在古滑坡體前緣開(kāi)挖要地,在滑坡滑動(dòng)前,前緣切坡已達(dá)20 m以上,并未進(jìn)行有效支護(hù),破壞了原陡坡地形的平衡系統(tǒng)而引起工程崩塌。

        (3)挖土坡度影響。施工時(shí)為預(yù)留回填土,在山體挖土?xí)r未按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行放坡,造成部分山體坡度過(guò)大。

        (4)排水設(shè)施影響。山體土方開(kāi)挖前,未在邊坡周邊設(shè)置排水溝,故地表水未能及時(shí)排走。

        (5)天氣影響。施工期間正值雨季,且在邊坡、管坑土方開(kāi)挖后突降連場(chǎng)大雨,雨水不斷滲入坡體內(nèi),使土的含水量和重度增大,內(nèi)摩擦角減少,抗剪強(qiáng)度降低。邊坡體在天然狀態(tài)條件下處于欠穩(wěn)定—基本穩(wěn)定狀態(tài),在暴雨條件下處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

        以上各種影響因素均與滑坡發(fā)生的成因吻合,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查觀察,發(fā)現(xiàn)滑坡體水平位移不大,滑坡后壁不高,主裂縫寬度較小,滑坡體前緣未形成鼓包,該滑坡按滑坡體規(guī)模劃分屬于小型滑坡,按照滑動(dòng)受力狀態(tài)特征劃分則屬于牽引式滑坡。

        3.2 穩(wěn)定計(jì)算

        (1)滑坡推力的計(jì)算

        采用條塊分割法,在順滑動(dòng)主軸方向的地質(zhì)縱斷面圖上按滑帶的產(chǎn)狀和巖土性質(zhì)劃分為若干鉛直條塊,由后向前計(jì)算各條塊分界面上的剩余下滑力即是該部位的滑坡推力,其基本公式如下:

        式中:K——穩(wěn)定系數(shù),上部取1.1,中部取1.15,下部取1.20;

        ψi——傳遞系數(shù),由公式cos(ai-1-ai)-sin(ai-1-ai)tgφi計(jì)算;

        Wi——第i條塊滑體的重量,kN/m;

        ai——第i條塊所在滑面的傾角;

        ai-1——第i-1條塊所在滑面的傾角;

        φi——第i條塊所在滑面的摩擦角;

        ci——第i條塊所在滑面的單位粘聚力,kPa;

        li——第i條塊所在滑面的長(zhǎng)度,kPa。

        依據(jù)上述公式及勘察試驗(yàn)資料計(jì)算可得該滑坡的下滑推力如表1。

        表1 推力計(jì)算匯總表

        設(shè)計(jì)滑坡推力E=536.61 kN/m(主軸)。分三級(jí)抗滑,每級(jí)設(shè)計(jì)滑坡推力:E1=200 kN/m,E2=200 kN/m,E3=186.7 kN/m。

        (2)滑坡穩(wěn)定性分析

        滑坡穩(wěn)定性分析的目的是判斷滑坡的穩(wěn)定狀態(tài),為其整治提供分析數(shù)據(jù)。取單位寬度有代表性的剖面分析。見(jiàn)表2、表3。

        表3 各種極限平衡條分法安全系數(shù)計(jì)算結(jié)果對(duì)比

        根據(jù)以上結(jié)果,以Spercer法為基準(zhǔn),進(jìn)行誤差分析:簡(jiǎn)化Bishop法計(jì)算結(jié)果最接近嚴(yán)格條分法,其誤差很?。蝗鸬浞ㄎ纯紤]土條間有利的相互作用,其安全系數(shù)值最小,偏于保守。

        滑坡推力安全系數(shù)K=1.06~1.356。邊坡處于極限平衡狀態(tài),隨著地下水的作用,邊坡的穩(wěn)定性還會(huì)降低,因此需要治理。

        4 整治措施

        4.1 滑坡整治方案

        滑坡整治應(yīng)針對(duì)滑坡發(fā)生的原因采取相應(yīng)的措施,消除觸發(fā)滑動(dòng)的不利因素,使山體長(zhǎng)期穩(wěn)定。該工程的滑坡整治方案中主要包括以下技術(shù)措施。

        (1)排水:必須盡快實(shí)施邊坡周邊排水設(shè)施,防止地表水滲入滑坡地段土層,特別要保證在大雨和暴雨期間所有排水溝排水順暢。

        (2)反壓:加快排水管道敷設(shè)施工進(jìn)度,及時(shí)回填管坑,回填土要分層壓實(shí)至路基標(biāo)高,在滑坡體的牽引段增加豎向荷載,以提高滑體的抗滑安全系數(shù)。

        (3)卸載:對(duì)滑體土體適當(dāng)削方,將原設(shè)計(jì)的1∶1坡度調(diào)整為1∶1.25,在滑坡體的主滑段卸載。

        (4)護(hù)面:在滑體面進(jìn)行平整和修坡,夯實(shí)坡體表面裂縫;坡面做漿砌片石骨架網(wǎng)格;山體坡面采用噴草籽綠化措施,防止坡面水滲入坡體。

        (5)支擋:根據(jù)地質(zhì)資料和滑坡穩(wěn)定分析,取單位寬度計(jì)算出滑坡體幾個(gè)有代表性剖面的推力大小、方向和作用點(diǎn),然后根據(jù)各斷面滑坡推力分段設(shè)置擋土墻。

        由于甘河園區(qū)四號(hào)路K2+400~700段邊坡影響到四號(hào)路建設(shè)和運(yùn)營(yíng),失穩(wěn)后產(chǎn)生的推力巨大,人工切坡后邊坡體下伏泥巖出漏,屬極軟巖,且節(jié)理極發(fā)育,極易導(dǎo)致其牽引垮塌。因此在路線左側(cè)其前緣有利部位采用擋墻支護(hù)。

        對(duì)現(xiàn)崩塌坡面進(jìn)行三級(jí)放坡錯(cuò)臺(tái)處理。自下而上,第一級(jí)坡面高寬為1∶0.75,設(shè)碎落臺(tái)寬2.0 m;第二級(jí)坡面高寬比為1∶1,碎落臺(tái)寬度2.0 m;第三級(jí)坡面高寬比為1∶1.75。對(duì)于頂部的黃土狀土全部剝除,在總體考慮安全與經(jīng)濟(jì)的條件下,對(duì)于強(qiáng)風(fēng)化泥巖采取部分剝除,并做好坡體及坡面的排水措施,防止大氣降水滲入坡體內(nèi)。

        4.2 各種工程布設(shè)及注意事項(xiàng)

        (1)坡面防護(hù)工程的布設(shè)

        擋土墻上設(shè)等截面護(hù)墻,場(chǎng)坪四周的斜坡采用液壓噴播植草防護(hù),頂邊坡設(shè)拱型骨架內(nèi)液壓噴播植草護(hù)坡,護(hù)墻墻身部分,上、下、左、右間隔2~3 m交錯(cuò)設(shè)置泄水孔,擋土墻、護(hù)墻與擋土板相接處,設(shè)伸縮縫一道,骨架護(hù)坡每10~20 m設(shè)伸縮縫一道。

        (2)排水工程的布設(shè)

        在滑坡體最外裂縫外側(cè)設(shè)置一道截水溝,以最高點(diǎn)為分水嶺,向兩側(cè)包含所有裂縫后,排入泄水渠。骨架下部的排水溝底部設(shè)一道塑料盲溝,沿道路側(cè)邊排出。

        (3)其他工程措施

        滑體范圍內(nèi)所有裂縫,開(kāi)挖后均用三七灰土回填夯實(shí)。在已開(kāi)挖的平臺(tái)靠既有鐵路一側(cè)邊緣做碼砌砂袋,防止開(kāi)挖面土體錯(cuò)落沖向鐵路。砂袋頂寬1.0 m,底寬2.0 m,高2.0 m,長(zhǎng)100 m。

        (4)施工注意事項(xiàng):

        a.場(chǎng)坪開(kāi)挖前須事先做好天溝、排水溝等排水設(shè)施,以防地表水流入場(chǎng)坪和基坑。

        b.護(hù)墻墻背必須與挖方坡面密貼,邊坡有局部超挖或凹陷時(shí)應(yīng)先行挖臺(tái)階,然后用與墻體相同砌體砌筑,不可回填土或干砌片石。

        c.邊坡開(kāi)挖后,如有松動(dòng)巖石,應(yīng)先行清除,再施工。

        d.石料應(yīng)選用不易風(fēng)化的硬石,其抗壓強(qiáng)度不小于30 MPa。

        e.墻身砌體不得有水平通縫,墻址臺(tái)階應(yīng)與墻基同時(shí)砌筑。

        5 滑坡變形檢測(cè)

        為了檢驗(yàn)該工程滑坡整治效果,對(duì)滑坡、擋墻、路面的位移、沉降等變形情況進(jìn)行觀測(cè),經(jīng)過(guò)幾年的跟蹤觀測(cè),各項(xiàng)指標(biāo)均穩(wěn)定收斂,完全滿足要求,達(dá)到預(yù)期目的。

        6 結(jié)語(yǔ)

        對(duì)于邊坡的防治,要貫徹以防為主,整治為輔的原則。在設(shè)計(jì)防治措施之前,應(yīng)詳細(xì)勘察場(chǎng)地地形、地質(zhì)和水文地質(zhì)條件,分析滑坡性質(zhì)及其發(fā)展階段,了解滑坡產(chǎn)生的原因,以便“對(duì)癥下藥”,嚴(yán)格按照施工規(guī)程進(jìn)行操作。否則一旦發(fā)生巖土工程意外,不但影響工期,還將額外增加投資,造成不同程度的經(jīng)濟(jì)損失。

        本滑坡按上述整治方案整治,于2007年8月開(kāi)工,10月整治工程竣工?,F(xiàn)道路正常運(yùn)營(yíng)3年多時(shí)間,經(jīng)歷3個(gè)雨季未發(fā)生任何斜坡變形和其他病害現(xiàn)象,證明對(duì)該滑坡的整治是有效的和成功的。

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