趙 普

(本溪市水資源(節(jié)水)管理辦公室，遼寧 本溪 117022)

我國(guó)幅員遼闊，在西部地區(qū)，山區(qū)地質(zhì)地貌強(qiáng)烈發(fā)育，每年夏季多發(fā)生滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，這對(duì)附近區(qū)域居民生命安全、公共基礎(chǔ)設(shè)施以及道路橋梁等的安全運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的危害[1- 2]。

路基滑坡治理工程是保障道路安全運(yùn)行的必要建設(shè)項(xiàng)目，是維持交通安全的重要手段。張小衛(wèi)[3]以六盤水市大河經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)天湖路K4+720—K4+940段左側(cè)高邊坡滑坡治理工程為例，通過(guò)采用抗滑樁治理的方法，確保了道路高邊坡的穩(wěn)定；張志強(qiáng)[4]以渝利鐵路黃草山滑坡治理工程為研究對(duì)象，對(duì)黃草山滑坡進(jìn)行了穩(wěn)定分析，得出在路基和隧道通過(guò)的地段對(duì)滑坡的穩(wěn)定性不利，綜合采用采用抗滑樁、錨索樁板墻、排水等綜合工程措施對(duì)滑坡體進(jìn)行治理；柏建利[5]等通過(guò)對(duì)某公路滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行詳細(xì)分析，并結(jié)合該滑坡工程地質(zhì)特征及危害范圍等因素，對(duì)滑坡治理方案的比選，采取了以抗滑樁為主，結(jié)合錨桿和擋土墻為輔的綜合治理方案，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，為同地區(qū)相似滑坡治理工程提供了經(jīng)驗(yàn)；賴書名[6]以S105線K168+910～K169+0段滑坡為例，在查明滑坡的現(xiàn)狀特征、變形歷史與前期工程治理效果、形成原理與機(jī)理的基礎(chǔ)上，對(duì)其安全穩(wěn)定性進(jìn)行了預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)，并提出拆除損毀擋土墻、新建抗滑擋土墻、清除危石并修復(fù)公路邊溝的治理建議。

數(shù)值分析軟件是分析邊坡穩(wěn)定性提供合理滑坡治理措施的有效根據(jù)。張羅送等[7]針對(duì)某庫(kù)岸滑坡受極值降雨和水位調(diào)控方案的影響，運(yùn)用GeoStudio分析軟件對(duì)不同工況下的滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，確定出滑坡最不利工況條件，通過(guò)以最高性價(jià)比作為滑坡最佳加固措施的方法，對(duì)抗滑樁、削坡減載和錨桿3種設(shè)計(jì)治理方案進(jìn)行綜合評(píng)定，最終確定性價(jià)比最高的方案對(duì)滑坡進(jìn)行治理；梁玉華[8]根據(jù)江西省某縣滑坡區(qū)具體實(shí)例，采用ABAQUS軟件進(jìn)行了三維有限元數(shù)值模擬分析，對(duì)樁與巖土的相互作用展開(kāi)研究，分析了滑坡初始狀態(tài)、開(kāi)挖狀態(tài)、抗滑樁加固狀態(tài)3種工況下滑坡的應(yīng)力、位移場(chǎng)分布特征。本文基于GeoStudio數(shù)值分析軟件，以遼寧省某市路基滑坡為例，基于數(shù)值分析計(jì)算結(jié)果得出滑坡穩(wěn)定性，并提出該滑坡治理的有效方案。

2 滑坡穩(wěn)定性分析

2.1 滑坡概況

擬建上壩路基滑坡治理工程位于本溪市西部山區(qū)，斜坡原坡面較為平緩，原有坡體穩(wěn)定，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，地層分布層次不齊，上層主要分布巖體為煤矸石，煤矸石遇水強(qiáng)度大大降低，厚度約65m；煤矸石底層下不均勻分布有粉質(zhì)黏土，層厚在0～15m之間，坡體坡頂及坡腳部位粉質(zhì)黏土層較厚，距坡腳40～60m層厚幾乎為0；粉質(zhì)黏土下層均勻分布全強(qiáng)風(fēng)化砂巖，巖性較為破碎，強(qiáng)度低，具體見(jiàn)表1。此外，由圖1可見(jiàn)，坡體分布有兩條裂縫帶：一級(jí)滑動(dòng)帶包含了整個(gè)坡體，長(zhǎng)度在623m左右，寬度約為250m；二級(jí)滑動(dòng)帶在滑坡坡體中部，自東而西分布，長(zhǎng)度約400m。

表1 地層參數(shù)

圖1 坡體裂縫帶分布

2.2 基于GeoStudio的滑坡穩(wěn)定性分析

基于極限平衡法和有限單元法基本理論，采用Geo Studio軟件模擬該路段路基滑坡的穩(wěn)定性研究以及抗滑樁與滑坡體之間相互作用，滑坡的基本形態(tài)及計(jì)算模型如圖2所示，位移矢量計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

圖2 坡體基本計(jì)算模型

圖3 坡體位移矢量圖

由圖3可知，在工程應(yīng)力與降雨雙重條件作用下，該滑坡坡體的最大位移出現(xiàn)在坡頂處，主要涉及地層為煤矸石層，粉質(zhì)黏土層變形較??；坡頂土體發(fā)生較大位移且向臨空面發(fā)展，滑移傾向?yàn)橄鲁?滑移狀態(tài)，坡腳以及坡面相對(duì)較穩(wěn)定。根據(jù)最終計(jì)算結(jié)果顯示，在開(kāi)挖與降雨雙重條件情況下，坡體的穩(wěn)定性系數(shù)為0.905，根據(jù)滑坡穩(wěn)定性系數(shù)與穩(wěn)定狀態(tài)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)(表2)可知，該滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

表2 滑坡穩(wěn)定性系數(shù)與穩(wěn)定狀態(tài)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

目前，滑坡的發(fā)展逐漸進(jìn)入加速發(fā)展階段?；碌暮缶壱呀?jīng)嚴(yán)重變形，公路出現(xiàn)沉降，后緣裂縫帶發(fā)育較為嚴(yán)重，中部的部分區(qū)域出現(xiàn)貫穿性的裂縫，滑坡前緣的變形也較為嚴(yán)重，已經(jīng)出現(xiàn)大面積的地面隆起，下方的村莊受災(zāi)嚴(yán)重，上部的該公路已經(jīng)遭到嚴(yán)重的破壞，根據(jù)滑坡的穩(wěn)定性分析計(jì)算結(jié)果和野外勘察，目前的滑坡發(fā)展仍會(huì)繼續(xù)，沒(méi)有出現(xiàn)停止的跡象，并且滑坡體在受到降水影響下的穩(wěn)定性較差，上部的煤矸石土體的力學(xué)性質(zhì)較差，如果沒(méi)有采取工程措施，會(huì)導(dǎo)致坡體的持續(xù)蠕變，進(jìn)而影響坡體的穩(wěn)定性，造成坡體的大幅變形和破壞，影響范圍該公路及附近村莊安全。

根據(jù)上述對(duì)滑坡的穩(wěn)定性分析和二維角度的有限元分析，坡體原本存在的裂縫以及煤矸石邊坡的頂部的不合理堆填的是滑坡的形成的重要因素?；碌挠覀?cè)前緣部分局部挖方，這使得原有邊坡的前緣產(chǎn)生局部位移；滑坡的左翼前緣的地下管線施工使得滑坡的左側(cè)前緣的部分土體滑動(dòng)；而造成原有的坡體形成較大的位移是坡頂?shù)亩烟睿醪脚卸ɑ碌某梢驅(qū)儆跔恳?推移式滑坡。

3 治理方案優(yōu)選

由上述對(duì)該路基邊坡的數(shù)值模擬分析結(jié)果可知，在降雨情況下，該邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為0.905，故該邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要進(jìn)行有效的治理方可作為公路路基。本文將基于安全、生態(tài)環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)等滑坡治理原則，通過(guò)綜合比較錨桿、削坡、堆載、抗滑樁等多項(xiàng)滑坡治理手段，經(jīng)過(guò)商議，最終優(yōu)選“削方減載+排水+抗滑樁”綜合治理方案為該路基滑坡治理方案，具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下。

3.1 削方減載

削方減載工程是通過(guò)消除坡面多余土石方達(dá)到減輕坡面荷載，降低滑坡滑動(dòng)可能性。根據(jù)該路段路基滑坡的地質(zhì)條件，整個(gè)滑坡區(qū)域長(zhǎng)約600m，寬度約240m，上下高差近70m，地質(zhì)條件較為穩(wěn)定。通過(guò)削方減載的措施來(lái)穩(wěn)定滑坡體使得其達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)是可行的，削坡的工程施工量較大，由于附近的交通較為便利，且有可以利用的棄土場(chǎng)，因而便于施工的進(jìn)行；由此來(lái)看，削坡減載施工技術(shù)上是可行的，但是也需要考慮到，煤矸石是一種較為松散的土體，削坡后坡體的巖土體性質(zhì)仍然較差，因此，僅通過(guò)削方減載不能完全達(dá)到維護(hù)滑坡穩(wěn)定的目的。

3.2 排水工程

由于僅靠削坡減載工程不能完全解決路基滑坡問(wèn)題，進(jìn)一步設(shè)置截、排水溝以提高坡體安全性。該市多年平均降雨量480mm/a，最大年降雨量可達(dá)824.7mm/a，日最大降雨量14mm，暴雨程度50mm/h。地表排水工程設(shè)計(jì)中的排水工程布置于滑坡的后緣以及滑坡坡體表面，此次布置方案有以下幾點(diǎn)。

(1)滑坡的后緣也就是4級(jí)平臺(tái)上應(yīng)布置外圍截水溝，用來(lái)阻擋降水通過(guò)匯流途徑進(jìn)入滑坡范圍，起到隔阻作用。

(2)排水溝沿公路兩側(cè)布設(shè)兩條，在滑坡體內(nèi)部布設(shè)3條，有經(jīng)過(guò)裂縫發(fā)育較為嚴(yán)重的區(qū)域，可采用黏土先行填實(shí)，在進(jìn)行工程施工，同時(shí)應(yīng)當(dāng)確保沒(méi)一級(jí)平臺(tái)不保留匯水洼，以便及時(shí)將水體排走。

3.3 抗滑樁工程

根據(jù)滑坡地質(zhì)地層勘察及室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，該滑坡主要地層信息見(jiàn)表1。引用經(jīng)典剩余下滑力理論[9- 10]對(duì)滑坡荷載進(jìn)行計(jì)算，考慮降雨及地下滲流的影響，其基本計(jì)算公式如下：

Pi=Pi-1×?+Ks×Ti-Ri

(1)

式中，Pi、Pi-1—第i、i-1條塊的剩余下滑力，kN/m;?—傳遞系數(shù)且滿足式(2)；Ti—塊體下滑力，kN；Ri—抗滑阻力，kN；Ks—安全系數(shù)。

?=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanαi

(2)

得出最終下滑力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 滑坡下滑力計(jì)算結(jié)果

由表3可知，GeoStudio數(shù)值分析軟件與經(jīng)典剩余下滑力對(duì)滑坡安全性計(jì)算分析結(jié)果之間存在一定的差異，但計(jì)算結(jié)果均表示，在降雨滲流條件下該滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要采用抗滑樁進(jìn)行治理，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)與計(jì)算，抗滑樁的主要參數(shù)見(jiàn)表4，其剖面分布及整體空間分布如圖4、圖5所示。

圖4 抗滑樁布置剖面圖

圖5 抗滑樁整體空間布置圖

樁號(hào)12樁長(zhǎng)1212嵌入深度8.239.45截面尺寸2×22×2樁間距55抗滑力方向垂直樁身垂直樁身

4 結(jié)論

(1)本溪市某山區(qū)水利上壩公路工程地質(zhì)復(fù)雜，且坡體存在兩條較大裂縫，通過(guò)采用GeoStudio數(shù)值分析軟件得出在填方及降雨條件下滑坡在坡頂處存在較大的、向臨空方向發(fā)展的位移，滑坡不穩(wěn)定。

(2)通過(guò)討論與設(shè)計(jì)，優(yōu)選采用“削方減載+排水工程+抗滑樁工程”綜合治理方式處置路基滑坡問(wèn)題，經(jīng)長(zhǎng)期觀測(cè)，治理后的滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，確保了該路段的安全運(yùn)營(yíng)，為我國(guó)復(fù)雜地質(zhì)山區(qū)滑坡治理提供了良好的范例。

(3)此外，從長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)及經(jīng)濟(jì)角度考慮，滑坡治理應(yīng)進(jìn)一步引入生態(tài)工程建設(shè)，因此，如何有效布置綠化工程、對(duì)樹(shù)種的選擇等問(wèn)題仍值得進(jìn)一步研究分析。