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        株洲某巖質(zhì)滑坡機制及防治措施

        2016-08-11 11:04:09程鵬楊旭東
        大科技 2016年16期
        關鍵詞:泥灰?guī)r炭質(zhì)巖質(zhì)

        程鵬 楊旭東

        (湖南省勘查設計研究院湖南 長沙 410000)

        株洲某巖質(zhì)滑坡機制及防治措施

        程鵬 楊旭東

        (湖南省勘查設計研究院湖南 長沙 410000)

        株洲某巖質(zhì)邊坡位于某工業(yè)園區(qū),高約35m,2013年底該工業(yè)園開始進行平場工作(近直立開挖,未作支擋),2014年年初發(fā)生滑坡。災情發(fā)生后園區(qū)立即組織進行了應急治理,并展開了系統(tǒng)的滑坡防治設計,因?qū)麦w認識不徹底,一直認為該滑坡屬于本地區(qū)常見的土巖交界面滑坡,低估了下滑力。清除壓腳覆土后坡體再次失穩(wěn),部分抗滑樁剪斷。經(jīng)多次補充勘察,最終查明了滑坡發(fā)生機制,確定了下滑力,調(diào)整了加固防治措施,結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù),治理效果良好。該滑坡機制及防治措施對于同類型坡體具有一定借鑒意義。

        土質(zhì)滑坡;巖質(zhì)滑坡;樁錨;擋土墻;削坡

        1 前言

        滑坡屬于一種常見的地質(zhì)災害,常因人工無序開挖坡腳、坡體超載及暴雨誘發(fā),對社會及人民生命財產(chǎn)危害巨大。本工程地處株洲,坡體地層主要為第四系粘土、石炭系灰?guī)r、砂巖及頁巖層,屬土巖組合邊坡。設計最開始采用工程類比,以土質(zhì)滑坡模型為基礎對坡體進行了加固設計,隨著工況不斷改變和天氣暴雨等條件作用,坡體失穩(wěn),防治工程部分失效。為保障園區(qū)安全,通過專門的滑坡勘察后最終查明該滑坡屬于多級巖質(zhì)滑坡,并由此確定防治措施。

        2 工程概況

        擬建場地地貌單元為丘陵,微地貌為山丘坡地。場地標高在88.5~122.7m之間,坡底開挖高程83.5~90.2m,相對高差約34.2m,邊坡總長約300m,邊坡高度5.8~34.5~19.2m,邊坡放坡坡角約50°。由于開挖坡度過陡,經(jīng)雨水浸泡、人工卸荷等作用后,邊坡出現(xiàn)崩塌和拉張裂隙(規(guī)模不大,裂縫寬度約15mm)。在經(jīng)常性雨水及坡腳卸荷等作用下,邊坡變形不斷增大,至2012年10月,坡體失穩(wěn)發(fā)生滑坡,坡體中段偏南及南端坡頂拉張裂縫達30cm,垂直落差可達2m。為保障邊坡穩(wěn)定,設計對該段邊坡采用了單排抗滑樁+錨索及格構梁的加固形式(樁徑800mm,樁間距1.0m,兩排錨索,錨索長約15~20m)。2013年9月左右完成了邊坡加固工程施工。因2014年春季雨水綿長,加上BC(具體分段見圖2)段坡腳的土體因為場地平整被清走,最終誘發(fā)了BC段邊坡部分區(qū)段再次滑坡(見圖1)。為保障坡體安全,結(jié)合最終勘察結(jié)果,設計最終采取坡體通長坡腳增設重力擋墻、AB段在擋墻后增布一排抗滑樁的方案進行防治。由監(jiān)測數(shù)據(jù)可知,經(jīng)治理后,AB段在場地平整過程中至今尚未發(fā)生明顯位移,坡腳及坡體局部有持續(xù)滲水。BC段坡體經(jīng)治理后,仍處于蠕滑狀態(tài)。

        圖1 壓腳土體取走后發(fā)生的滑坡

        3 坡體工程地質(zhì)條件

        3.1 地形地貌

        擬建場地原始地貌單元屬低山丘陵,地面標高變化于83.46~134.48m之間。

        3.2 區(qū)域地質(zhì)

        擬建場地處于黃塘至均壩構造隆起帶的南段,場地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷裂構造。場地出露的地層有第四系土層及石炭系基巖,石炭系基巖組由炭質(zhì)泥灰?guī)r、頁巖及砂巖組成。

        3.3 氣象與水文

        株洲市屬亞熱帶季風濕潤氣候區(qū),春夏多雨秋冬干旱,暑熱期長,嚴寒期短。據(jù)株洲市氣象站(1954~2009年)氣象資料,多年平均降水量為1409.5mm,降水天數(shù)175.2d。年降水主要集中在4~6月,占全年降水量的60%;平均年蒸發(fā)量為1299.9mm,年均氣溫17.5℃,極端最高氣溫40.5℃(1963年8月27日)極端最低氣溫-8℃(1967年1月16日),日照春夏兩季較長,秋冬兩季較短,歷年元霜期約270d左右,年平均相對濕度78%。

        圖2 工程地質(zhì)平面圖

        3.4 地層巖性

        場地內(nèi)埋藏的地層按自上而下順序分述如下:

        (1)第四系人工堆積(Qml)人工填土①:褐黃色,主要由強風化巖塊混粘性土組成,松散狀態(tài),層厚0.50~5.90m。

        (2)第四系坡殘積(Qdl+el)粉質(zhì)粘土②:褐黃色,不均勻含強風化碎塊,呈稍濕,硬塑狀態(tài),切面稍有光滑,搖振無反應,干強度韌性高,層厚0.40~8.50m。

        (3)石炭系(C)基巖:該巖組主要表現(xiàn)為炭質(zhì)泥灰?guī)r、頁巖及砂巖互層。本次鉆探揭露強風化炭質(zhì)泥灰?guī)r、全風化頁巖、強風化砂巖、中風化炭質(zhì)泥灰?guī)r地層及滑帶土層,其野外特征描述如下:

        a.強風化(γ3)砂巖③1:褐黃色,細粒結(jié)構,中厚層構造,主要礦物成分為石英、長石和少量粘土礦物,節(jié)理裂隙極發(fā)育,巖芯破碎,巖芯呈碎塊狀。

        b.全風化(γ3)頁巖③2:褐灰、灰白色,泥質(zhì)結(jié)構,薄層構造,主要礦物成分為粘土礦物,夾少量強風化巖塊,節(jié)理裂隙極發(fā)育,泡水后易軟化,巖芯極破碎,呈硬土或泥狀。

        c.滑帶土③3:褐灰色,灰白色,主要成分為全風化頁巖,含高嶺土類粘土礦物,夾少量強風化碎塊,呈濕,軟塑狀態(tài)。

        d.強風化(γ3)炭質(zhì)泥灰?guī)r③4:灰黑、褐灰色,隱晶結(jié)構,中厚層構造,主要礦物成分為方解石、石英和粘土礦物,夾薄層頁巖及砂巖(其中頁巖層層厚約2~5cm,主要為粘土礦物成分,泡水后呈泥狀),節(jié)理裂隙極發(fā)育,結(jié)構面泥膜覆蓋,泡水后易軟化。巖層產(chǎn)狀局部變化較大,介于180°∠10~232°∠26°。

        e.中風化(γ2)炭質(zhì)泥灰?guī)r③5:褐灰、灰黑色,隱晶結(jié)構,中厚層構造,主要礦物成分為方解石、石英和粘土礦物,節(jié)理裂隙發(fā)育,巖芯破碎。

        4 坡體變形特點

        4.1 滑體形態(tài)

        滑坡平面形態(tài)呈圈椅狀,滑坡剪出口標高基本與坡腳齊平?;驴v長50m,前緣高程86.00m,后緣最大高程116.00m,最大相對高差30.00m,滑體平均厚度為6~8m,主滑方向為308°。

        4.2 滑體成分

        滑體土——根據(jù)鉆探和槽探顯示,該段滑體土由人工填土①、粉質(zhì)粘土②和強風化巖層組成。

        滑帶土——主要為全風化頁巖層,富含高嶺土類粘土礦物,結(jié)構面泥質(zhì)充填物呈褐灰色,泡水后易軟化。

        滑坡床——主要為強風化巖層,褐紅、褐灰色,主要為泥灰?guī)r互層的基巖組,節(jié)理裂隙發(fā)育,雨季時,地下水較豐富。

        5 事故分析、穩(wěn)定性及下滑力計算

        5.1 計算模型

        以剖面9-9(見圖3)作為驗算剖面,采用折線法分別對土層滑移和巖層滑移進行了計算。

        圖3 9-9剖面圖

        滑坡推力計算如下:

        5.2 計算參數(shù)

        計算采用的巖土物理力學參數(shù)、抗剪強度指標根據(jù)室內(nèi)試驗、反演分析、工程類比及參考地區(qū)經(jīng)驗等來綜合確定。滑體土及滑帶土的抗剪指標及試驗值如表1所示。

        表1 滑坡穩(wěn)定性計算參數(shù)綜合推薦表

        5.3 計算結(jié)果

        以工程地質(zhì)剖面9-9’作為計算剖面。

        滑體ρ選用19.5kN/m(水上),20.5kN/m(水下),未滑坡之前的潛在滑帶土C選用17.0kPa,φ選用21.0°;滑坡形成后至今,滑帶土抗剪強度C選用14.0kPa,φ選用11.5°(因變形幅度不大且不連續(xù),驗算選用的抗剪強度略大于殘余剪試驗值),計算如表2。

        根據(jù)計算可知,坡體以土巖結(jié)合面作為滑床時坡體不穩(wěn)定。但同時應驗算坡體深層滑坡的可能。本次驗算可知,以頁巖層作為滑動面驗算時,坡體具備深層滑移條件,在合適的條件下,極易產(chǎn)生巖質(zhì)滑動,后來的樁體剪斷也驗證了這點。本工程正是忽略了深層滑移的可能,低估了下滑力,導致了坡體的深層滑移。

        綜合以上可知本工程事故原因主要有以下幾點:

        (1)坡體頁巖作為軟弱夾層互層于砂巖及炭質(zhì)泥灰?guī)r中,該層抗風化能力弱,透水性低,泡水后呈軟土狀,抗剪強度急劇下降。坡體表部風化、卸荷裂隙極發(fā)育,降雨作用后,雨水順巖層產(chǎn)狀向坡體內(nèi)部蓄積,而坡體泄水構造較少,造成坡體頁巖強度的持續(xù)下降,以致BC段坡體取走壓腳土體后發(fā)生深層次的巖質(zhì)滑動。

        (2)場地巖層空間分布不均,呈傾斜產(chǎn)出,且普遍發(fā)育軟弱夾層,AB段巖體較BC段完整性高(炭質(zhì)泥灰?guī)r為主,頁巖層較?。麦w整體的抗剪強度強于BC段。所以才會出現(xiàn)場地平整及坡腳抗滑土體卸載后,AB段邊坡未發(fā)現(xiàn)明顯滑動,支護體也未見有明顯位移。

        (3)對軟弱夾層抗剪強度取值偏高,忽略了其泡水后強度下降的幅度,導致壓腳土體取走后安全系數(shù)過低,坡體失穩(wěn)。

        (4)對于不同地質(zhì)條件坡體,未進行區(qū)別對待,缺乏概念設計理念,未分層驗算不同巖土層可能發(fā)生的滑坡工況。本工程坡體巖層產(chǎn)狀構成順向坡,嚴格意義上來說,僅靠抗滑樁進行支擋是較為被動且安全度偏小的方案,宜首選卸載或錨索格構梁+抗滑樁方案。

        表2 穩(wěn)定性及剩余下滑力計算表格

        6 最終調(diào)整方案

        結(jié)合最終的勘察成果,設計采取了在坡腳通長增加一排素混凝土擋土墻、AB段增加一排抗滑樁的治理方案,同時輔以坡頂削坡減載。處理后至,坡體穩(wěn)定,歷經(jīng)多個暴雨周期,未見變形增加,坡體加固效果良好。

        7 結(jié)語

        抗滑樁+錨索因布置靈活、適應面廣的特點在滑坡治理中獲得了廣泛運用,但不能視滑坡即采用此法進行治理。部分滑坡體因發(fā)生機制復雜,規(guī)模巨大,采用樁錨經(jīng)濟上代價高昂,長效安全沒有保障,治理方案應綜合考慮各類加固方案的優(yōu)劣而慎重決定。本工程通過治理實例,查明了類似工程滑坡發(fā)生機制,對同類工程治理具有較強的借鑒意義和參考價值。

        [1]門玉明,王勇智,等.地質(zhì)災害治理工程設計[M].北京:冶金工業(yè)出版社,2011.

        [2]魏永幸,楊建國.邊坡地質(zhì)災害防治技術研究[J].地質(zhì)災害與環(huán)境保護,2010,11.

        [3]郭長慶,梁勇旗,等.公路邊坡處治技術[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2006.

        P642.22

        A

        1004-7344(2016)16-0146-02

        2016-5-20

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