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【摘 要】本文对220KV北门变电所滑坡治理工程作了介绍,从弄清滑坡地质环境条件出发,在分析滑坡变形失稳机理及其发展趋势的基础上,对治理方案进行了比选论证和分析,提出优选方案并加以实施。文章对滑坡潜在不稳定因素的分析及对有利和不利因素的探讨可供类似工程借鉴。
【关键词】滑坡;治理;潜在不稳定;锚固
1. 工程概况
1.1 水富县楼坝镇220KV北门变电所拟建场地位于水富县楼坝镇西北方向梅子板,地貌上属于尖山子山前斜坡地带。场地自北向南倾斜,地面自然坡度为6°~17°。拟建220KV北门变电所建筑物包括主控制楼、主变压器及配电设施等,拟采用框架结构或砖混(结构),矩形、条形基础或桩基础,对差异沉降敏感。
1.2 建设场地设计主要分二个台阶整平:上台阶设计整平标高395.00m,以挖方为主;下台阶设计整平标高391.40m,以填方为主。场地整平结束后,将在南侧形成垂高11.0~20.0m的填土边坡,北侧形成垂高11.0~20.0m的挖方边坡。
1.3 2009年9月初,施工单位在进行北侧土方开挖施工过程中,当开挖至土岩结合面以下时,场地北边发生滑坡,场地北侧斜坡发生局部变形及滑移破坏,坡上侧农田隆起、开裂。滑坡后缘紧邻农户及输变电电塔,若滑坡进一步发展,势必导致农户房屋及电塔倒塌,场地内施工安全也将受到严重威胁,造成施工停工。为保证农户房屋及电塔的安全运行,2009年9月对滑坡变形部分进行了治理方案设计,随后投入了工程治理。
2. 滑坡工程地质条件
2.1 气象、水文简况。水富县地处四川盆地与云贵高原的结合地带,是金沙江低海拔地区,属中山深丘地貌,季风环流是支配季节变化的主要因素,为亚热带季风气候类型。总的气候特点是冬暖、春旱、夏热、雨量充沛;秋多绵雨,无霜期长,日照少,冬春有寒潮,春夏旱频繁,兼有伏旱、暴雨、冰雹。
(1)气温:年平均气温17-19℃,最冷月1月平均气温8.9℃,最热月7月平均气温26.7℃,极端最高气温38.3℃,极端最低气温-10.0℃。
(2)降水量:年平均降水量897.7mm,年内四季降水分配极不平衡,夏季最多,占年降雨量的62.7%;春秋两季各占16.9%,冬季最少,仅3.5%。
(3)风速:县城平均风速1.3m/s,冬春季风速较大,平均为1.5~1.6 m/s,夏秋季小,风速为0.9~1.3 m/s。风向是东北风和西南风交替出现,以西南风为主。
(4)据水富县气象局提供资料,楼坝的风向以东风为主导风向,降雨量909.0 mm,气温18.4℃,相对湿度81%,无霜期日数356天,雷暴日数22天。
(5)建设场地位于金沙江一级支流横江(关河下游)的左岸,直线距离约400m。场地东西两侧各分布2条冲沟(C1-C4),均为横江的一级支流。
(6)滑坡区所在斜坡北侧为一农田缓坡区,上部斜坡雨水均汇集于此,降雨集中与土方开挖是滑坡产生的主要因素。
2.2 地形、地貌。
(1)水富县地处四川盆地西南缘与云贵高原过渡的阶梯地带,西南与乌蒙山脉相连,属滇东北山原地貌亚区,地势西南高,东北低,呈阶梯状下降,分为三个阶梯层;海拔1986.4-267.0m。楼坝分属于第三层,海拔1000m以下,总体属构造剥蚀中切割低中山地貌。
(2)现状滑坡所在区域位于水富县楼坝(镇)西北方向梅子板,属于低中山斜坡地貌,处于2条冲沟(C2、C3)之间的分水岭山脊,场地自北向南倾斜,地面自然坡度为6°~17°。场地最高点为北部尖山子南坡,海拔425m;最低点为场地南东角,海拔369.00m,最大相对高差56m。在场地南侧,分布有走向近东西、向南倾斜的陡坡。其高度约10-20m,坡面角60-80°。总体上,由陡坡面与乡村公路路基相间组合,呈阶梯状地形。(照片建设场地概貌见图1)
2.3 地层结构及其工程地质特征。根据场地详勘资料及实地调查,建设场地内基岩由侏罗系中统沙溪庙组(J2s)构成;该场地原为农业耕作区,地表广泛分布耕植土(Qpd),因场地施工,现已被挖除;未开垦之斜坡带多覆盖坡残积层(Qdl+el);地形低洼处及沟谷底部有少量冲洪积层(Qal+pl)分布。各单元层岩土的成因、岩性特征自上而下分述如下:
2.3.1 人工填土(Qml)①1:褐色、红褐色,可塑-硬塑状态,稍湿,含少量碎石、角砾。厚度0.5-4.0m,分布在场地大部。
2.3.2 第四系耕植土层(Qpd)①2:灰褐色,可塑状态,含腐植质,结构疏松。层厚0.50~0.9m,原分布于全场地,由于场地整平施工,征地区范围内耕植土已被清除。
2.3.3 第四系坡残积(Qdl+el)粉质粘土层②:褐红、灰黄色,一般呈硬塑~可塑状态,稍湿~湿。含少量碎石、角砾。无摇振反应,稍有光泽,干强度及韧性中等。层厚0.40~7.40m,分布在场地绝大部份地段,埋藏在植物层下,层顶埋深0.50~0.90m。
2.3.4 侏罗系(J2s)强风化泥质粉砂岩③1:紫色、褐红色,泥质-粉砂质结构,薄层状~巨厚层状构造,节理裂隙发育,岩芯呈砂状及碎石状,岩块用手可折断,夹薄层泥岩。层厚一般0.40~4.10m,呈薄层状断续分布于全场地,埋藏在坡积层下部,埋深0.50~8.10m。
2.3.5 中风化泥质粉砂岩③2:紫色,泥质-粉砂质结构,中厚层-厚层状构造,节理裂隙较发育,中等风化,岩芯呈块状、柱状,岩块用锤可击碎,RQD=26~91%,夹薄层泥岩。层厚一般1-5m,下伏于全场地,埋深1.00~9.90m。
2.4 水文地质条件。建设场地位于关河左岸斜坡,地势北高南低,整体处于地下水的补给、径流区。根据地下水赋存介质和水动力条件,将建设场地地下水划分为孔隙水和碎屑岩孔隙裂隙水二类。 2.4.1 第四系松散层孔隙水弱-中等含水层。
(1)第四系孔隙水含水层分为两类:一类分布于溪沟沟床,岩性主要为冲洪积卵石、砾砂、含砾砂粘性土等,含水层孔隙比大,均匀性较差,连通性好,透水性和富水性较强;另一类广泛分布于山脊、斜坡地表,岩性主要为残坡积含砾粉质粘土,分布厚度不均匀,含水层均匀性较差,连通性较差,透水性弱,富水性弱。
(2)与拟建工程关系密切的,主要为赋存于残坡积层中的第四系孔隙水。残坡积层天然孔隙比小,兼之地形地貌条件不利大气降水的滞留,不利垂直渗透补给,拟建工程区的第四系孔隙水多为吸着于残坡积层孔隙之中的包气带水。
2.4.2 碎屑岩孔隙裂隙水弱含水层。场区内孔隙裂隙水含水层为侏罗系中统沙溪庙组,岩性为强风化——中等风化砂岩、泥岩互层。建设场地东缘C2冲沟右岸谷坡,见蓄水井1个,开挖于强-中风化砂岩之中,由周围基岩裂隙水补给,供应下游农户生活用水,一昼夜出水量约1.5m3。总体说来此层孔隙裂隙水富水性分布不均,一般弱-中等,主要接受大气降水补给,沿裂隙向下游排泄,最终排入横江。在场地岩土工程勘察的钻孔中,未揭露到裂隙水潜水水位。
2.4.3 地下水与拟建工程的岩土工程问题。建设场地处于较平缓的分水岭山脊斜坡,拟建建(构)筑物设计基础挖深不大,地下水位埋藏较深。但是,由于地表分布厚度最大达20m的人工填土,如果夯实欠佳,或者地面防渗、排水不力,都可能因地表水下渗,影响边坡、地基稳定性;砂岩与泥岩互层风化强烈,加之节理发育,也有利于大气降雨的下渗,它们遇水后易软化而降低承载力,降低边坡稳定性,需采取适当的防治措施。建设场地水文地质条件较简单。
2.5 地质灾害及不良地质现象。 通过实地调查,建设场地及其周边未发现滑坡、崩塌、泥石流、地裂缝、地面沉降、地面塌陷等地质灾害分布。场区内未发现红粘土、膨胀土、液化土等不良工程地质问题。
(1)软土。场地局部有软土分布,软土分布于场地中部原有鱼塘,该鱼塘已被拆挖,底部淤泥尚未清除,属池塘堆积土,呈灰绿、灰褐色,软-流塑状态,厚约1m。属于影响地基稳定的不良土层。
(2)风化岩。场地北部斜坡分布强风化砂岩、泥岩,呈松散、碎裂结构,厚度不均,受挖方施工影响,可能沿结构面产生滑坡或崩塌,对施工有一定影响。
(3)冲沟。场地周围分布4条冲沟(C1-C4),其中C2、C3临近场地。C2、C3均属老年期冲沟,活动性弱;断面近“U”形,无常年流水;谷底及谷坡多辟为农田、坡地;主沟床冲洪积物堆积较薄,多见基岩裸露;季节性强降雨多引发洪水,对邻近农田有危害。
3.1 滑坡基本特征。滑坡体物质以第四系坡残积层粉质粘土为主,滑体厚度4.50~9.0m,平均6.00m,滑坡体中部凸起,前缘坡脚见泉水出露。滑动后缘紧邻农户及输变电电塔。滑坡沿新建场地边缘向场内滑动,南北长约100m,东西宽约60m,主滑动方向120°。该滑坡属“浅层、小型牵引式工程滑坡”。该滑坡现状处于不稳定状态,在外界不利因素的影响下可能诱发或加剧滑动,甚至增大滑动范围和深度,对变电站场地构成严重威胁。
3.2 滑坡成因分析。
(1)由于建设场地自北向南倾斜,地面自然坡度为6°~17°,而且场地北侧坡体西段为农业耕作区,地表广泛分布耕植土,浅部主要为第四系松散结构的残坡积粉质粘土及含砾粉质粘土,深部为较软质层状结构碎屑岩岩组中的侏罗系全风化——强风化泥质粉砂岩,控制边坡稳定的基岩面产状N40°E.SE.∠10°。按边坡岩体结构划分为土、岩组合的二元层状结构。控制整体边坡稳定性的地质因素,主要是第四系坡残积土层与基岩的界面和泥质粉砂岩层理面,所以土岩界面和层理面为场地内主要不利稳定的结构面。这二类地质结构面与边坡面走向、倾向接近,但其倾角小于坡面角。因此,本场地边坡稳定的结构类型,总体属于顺层不稳定结构类型边坡。(见照片第四系土层与基岩界面见图2)。
(2)建设场地处于较平缓的分水岭山脊斜坡,特别是滑坡区处于场地北侧的低凹汇水区,汇水面积较大,地下水比较集中,而农业耕作区地表排水条件差。
(3)由于工程施工在雨季进行,特别是施工期间降雨集中,降雨量大。而该区浅层粉质粘土,分布厚度较大(局部≥8m),含水层均匀性较差,连通性较差,透水性弱,遇水浸泡后易软化,强度显著降低,所以在连续降雨的外部因素地表水的下渗作用下诱发破坏,促使土岩混合边坡沿着该软弱滑动面(土岩结合面)发生滑动。
3.3 滑坡稳定分析。
3.3.1 滑面形态确定及计算结果。从滑坡左侧边缘开挖探槽可明显看出,滑带土为含粘土滑带土,呈软~可塑状。根据钻孔动探结合地质钻探、地面变形情况判定滑坡滑面形态综合分析,滑面上、下部位于土层中,为弧形破坏,中部受土岩界面控制,为线形破坏,总体接近弧形,故采用弧形公式计算。经计算,滑坡稳定系数为0.92,该滑坡处于现状不稳定状态。
3.3.2 滑坡发展趋势分析。本滑坡为工程诱发的变形失稳,稳定系数为0.92,现状处于不稳定状态,如不进行治理,随着地下水(尤其是雨季)的继续入渗、场地内强夯施工震动等外部因素的影响,其变形失稳将逐步加剧,进而引起更大范围的滑坡,势必导致农户房屋及电塔倒塌,场地内施工安全受到严重威胁,造成施工停工严重危害项目的安全运行。
4. 滑坡治理
4.1 滑坡安全论证。经过勘察,查明了现状滑坡的范围及其特征。为了彻底根治不留隐患,在勘察的基础上,需进一步查找可能的潜在滑动面。根据边坡岩土特性、空间分布形态及其不利组合,认为该滑坡除存在现有的滑动面1和滑动面2(土岩结合面)外,还有可能产生滑动的潜在滑动面即潜在滑动面3(见图1)。潜在滑动面主要沿基岩的层理面分布,可能产生以折线形为主的滑动,特别是在滑面1产生进一步滑动的情况下,滑动面2将产生牵引式滑动,滑动面3将产生推移式滑动。经计算可知,除现状滑坡外,潜在滑面之稳定系数也满足不了工程边坡稳定安全系数的要求。 4.2 治理方案及其比选。
4.2.1 根据现状不稳定和潜在不稳定因素的分析,设计考虑了二个方案进行比选(见表1)。
(1)方案一 对中部的现状滑坡及下部的潜在滑体均进行锚索加固,方案的出发点是确保现状滑坡及其下的斜坡根基稳定。
(2)方案二:以抗滑桩为主体支护结构进行支护,即在现状滑体斜坡中部设置抗滑桩,设计时将土面结合在以上均以悬壁考虑,即便是潜在滑体3产生滑动桩前土体遛走,也不致影响到上部边坡的安全。
方案一 中部及下部锚索,外加截排水措施及坡面防护,可同时消除现状不稳定和潜在不稳定,治理工程根基稳固,能确保万无一失。 工程量较大,工程造价较高,锚索施工震动可能引起现状滑坡变形加剧。
方案二 抗滑桩,外加截排水措施及坡面防护,能保证桩上部斜坡的稳定,即使下部斜坡变形破坏也能保证农户房屋及电塔的运行安全。工程造价适中。 抗滑桩需分序施工,工期较长,嵌入岩体需爆破,震动可能引起滑体变形加剧。
4.2.2 经对有利和不利因素的反复论证,最终推荐方案一为实施方案,理由如下:其一,就潜在滑体变形机理而言,上部以牵引式为主,下部以推移式为主,对现状滑体进行锚固以后,其对上牵引和对下推移的趋势大大缓解。其二,实施现状滑体锚固后,潜在滑体3的下滑力减少,抗滑力增加,潜在滑体2的抗滑力亦相应提高。其三,采取坡面截排水和坡体内泄水措施后,减少了水对边坡的影响,潜在滑面土体的抗剪强度会有所提高,使边坡的安全稳定系数得以进一步提高。
4.3 滑治理措施。据现场调查和综合分析与计算,场地北侧滑坡目前处于不稳定状态,在受外力(水、地震)作用下随时会诱发更大的滑坡,须作好安全可靠的滑坡工程治理工作才能保证滑坡的长期稳定,防止诱发大规模工程滑坡。根据滑坡工程地质条件、环境条件,综合各种因素考虑,经多种方案比较,此滑坡工程治理采用预应力锚索框格梁+预应力锚索肋梁(挡土板)+锚杆挂网喷锚+坡面截排地表水+坡体内泄水疏干+裂缝灌浆等综合治理手段。(见图3)
4.3.1 边坡开挖修整。根据场地现状情况,采用人工及适当的机械对现状坡面进行修整。下部土方结合分层支护的要求,采用机械分层开挖,并将土方先堆压在坡脚,当支护施工接近场地标高时,再将土方外运。
4.3.2 预应力锚索。在滑坡上部采用预应力锚索肋梁+挡土板进行支挡。预应力锚索水平间距为4.0m,垂直间距为2.8m,锚索单根长17.0m~22.0m;预应力锚索锚筋为715.24钢绞线,锚固段长度均为10m,孔径140mm,与水平面夹角为30°,设计单根锚索承载力为880KN。锚索间用竖向肋梁或框格梁连接,锚索框格梁或肋梁断面尺寸为500mm×500mm,砼强度等级为C25,框格梁或肋梁间采用双向钢筋网片喷射C20细石砼,厚120mm。(见图4)
4.3.3 锚杆喷射砼网。边坡下部开挖修整好的坡面上设置非预应力钢筋锚杆,锚杆水平间距4.0m,垂直间距2.8m,锚杆单根长为9.0m~13.0m。锚杆孔径为140mm,锚筋为232钢筋,与水平面夹角为30°。面层采用6.5@200×200双向钢筋网片,锚杆端头间再用16钢筋纵横焊连加强,面层砼为C20细石喷射砼,厚120mm。
4.3.4 滑动面注浆。坡面支护完成后,沿滑坡后缘滑动面和坡面拉张裂缝进行灌浆处理,提高滑动面的摩阻力和抗剪强度,改善其物理力学性能。灌浆水泥用量按实际用量计取,施工时可采用间歇性灌浆法。
4.3.5 坡体泄水。从场地现状看,滑坡处为边坡地下水的汇集区,坡体内富含地下水,对该段边坡的稳定极为不利。滑坡稳定后在该区设置一定深度的泄水孔对边坡土体进行泄水疏干。在相邻锚索地梁间错位设置泄水孔。坡面为土层时泄水孔水平间距为8.0m,孔径为110mm,孔深为12.0m,仰角为10°,孔内插入100塑料盲沟;坡面为岩层时泄水孔水平间距为4m,孔径为80mm,孔深为500mm,仰角为10°,孔内插入60塑料盲沟。
4.3.6 排水沟。距坡顶线2m及坡脚处设置M7.5号浆砌石截、排水沟确保边坡坡面及场地地表水的排泄和边坡的整体美观。
4.4 施工不利影响的处理。如前所述,锚索成孔产生的震动可能引起滑坡变形加剧,必须采取预加固及临时稳定措施,以确保施工期间管线的安全。第一个临时稳定措施是在滑坡坡口外侧设置了竖向超前锚杆,一是通过注浆使拉张裂缝得以充填,二是使松散土体得到固结,三是竖向锚杆对管线起到了支挡作用。第二个临时稳定措施是在滑坡前缘进行填土反压。
4.5 实施效果。锚索受力可靠,当锚索施加预应力后,对被锚固的岩体立即产生主动应力,发挥锚固效应,对控制边坡的变形极为有利。采用预应力锚索加固可使作用力均匀地分布在需加固的岩体上,增加了边坡体的整体强度,更容易保持边坡的完整。而且锚索施工无须放炮开挖,对岩体基本不产生扰动和破坏,在锚索孔内灌浆能增加孔周围岩体的力学性能,安全易得到保证。该治理工程已于2009年底实施完成,锚索施工期间,滑坡变形有所发展,由于采取了预加固及临时稳定措施,加之在锚索施工的顺序和间隔时间进行了合理控制,确保了施工期间安全。通过监测,工程施工完成至今,滑坡情况正常,但还需要对滑坡进行长期监测。
5. 结束语
滑坡治理方案需进行多方案的比选,从中优选工期、安全、造价、可操作性等各方面相对合理的方案;进行有利和不利因素的全面分析论证,对方案的优化、工程决策大有帮助;滑坡治理方案应将潜在不稳定因素一并考虑,但模拟滑动面及其物理力学参数如何选取值得进一步探讨;边坡工程的影响因素复杂多变,理论上可行的方案还需要工程运行实践的检验。
参考文献
[1] 《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002).
[2] 《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2110).
[3] 《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ/T0219-2006).
[4] 工程地质手册编委会,工程地质手册(第四版).
【关键词】滑坡;治理;潜在不稳定;锚固
1. 工程概况
1.1 水富县楼坝镇220KV北门变电所拟建场地位于水富县楼坝镇西北方向梅子板,地貌上属于尖山子山前斜坡地带。场地自北向南倾斜,地面自然坡度为6°~17°。拟建220KV北门变电所建筑物包括主控制楼、主变压器及配电设施等,拟采用框架结构或砖混(结构),矩形、条形基础或桩基础,对差异沉降敏感。
1.2 建设场地设计主要分二个台阶整平:上台阶设计整平标高395.00m,以挖方为主;下台阶设计整平标高391.40m,以填方为主。场地整平结束后,将在南侧形成垂高11.0~20.0m的填土边坡,北侧形成垂高11.0~20.0m的挖方边坡。
1.3 2009年9月初,施工单位在进行北侧土方开挖施工过程中,当开挖至土岩结合面以下时,场地北边发生滑坡,场地北侧斜坡发生局部变形及滑移破坏,坡上侧农田隆起、开裂。滑坡后缘紧邻农户及输变电电塔,若滑坡进一步发展,势必导致农户房屋及电塔倒塌,场地内施工安全也将受到严重威胁,造成施工停工。为保证农户房屋及电塔的安全运行,2009年9月对滑坡变形部分进行了治理方案设计,随后投入了工程治理。
2. 滑坡工程地质条件
2.1 气象、水文简况。水富县地处四川盆地与云贵高原的结合地带,是金沙江低海拔地区,属中山深丘地貌,季风环流是支配季节变化的主要因素,为亚热带季风气候类型。总的气候特点是冬暖、春旱、夏热、雨量充沛;秋多绵雨,无霜期长,日照少,冬春有寒潮,春夏旱频繁,兼有伏旱、暴雨、冰雹。
(1)气温:年平均气温17-19℃,最冷月1月平均气温8.9℃,最热月7月平均气温26.7℃,极端最高气温38.3℃,极端最低气温-10.0℃。
(2)降水量:年平均降水量897.7mm,年内四季降水分配极不平衡,夏季最多,占年降雨量的62.7%;春秋两季各占16.9%,冬季最少,仅3.5%。
(3)风速:县城平均风速1.3m/s,冬春季风速较大,平均为1.5~1.6 m/s,夏秋季小,风速为0.9~1.3 m/s。风向是东北风和西南风交替出现,以西南风为主。
(4)据水富县气象局提供资料,楼坝的风向以东风为主导风向,降雨量909.0 mm,气温18.4℃,相对湿度81%,无霜期日数356天,雷暴日数22天。
(5)建设场地位于金沙江一级支流横江(关河下游)的左岸,直线距离约400m。场地东西两侧各分布2条冲沟(C1-C4),均为横江的一级支流。
(6)滑坡区所在斜坡北侧为一农田缓坡区,上部斜坡雨水均汇集于此,降雨集中与土方开挖是滑坡产生的主要因素。
2.2 地形、地貌。
(1)水富县地处四川盆地西南缘与云贵高原过渡的阶梯地带,西南与乌蒙山脉相连,属滇东北山原地貌亚区,地势西南高,东北低,呈阶梯状下降,分为三个阶梯层;海拔1986.4-267.0m。楼坝分属于第三层,海拔1000m以下,总体属构造剥蚀中切割低中山地貌。
(2)现状滑坡所在区域位于水富县楼坝(镇)西北方向梅子板,属于低中山斜坡地貌,处于2条冲沟(C2、C3)之间的分水岭山脊,场地自北向南倾斜,地面自然坡度为6°~17°。场地最高点为北部尖山子南坡,海拔425m;最低点为场地南东角,海拔369.00m,最大相对高差56m。在场地南侧,分布有走向近东西、向南倾斜的陡坡。其高度约10-20m,坡面角60-80°。总体上,由陡坡面与乡村公路路基相间组合,呈阶梯状地形。(照片建设场地概貌见图1)
2.3 地层结构及其工程地质特征。根据场地详勘资料及实地调查,建设场地内基岩由侏罗系中统沙溪庙组(J2s)构成;该场地原为农业耕作区,地表广泛分布耕植土(Qpd),因场地施工,现已被挖除;未开垦之斜坡带多覆盖坡残积层(Qdl+el);地形低洼处及沟谷底部有少量冲洪积层(Qal+pl)分布。各单元层岩土的成因、岩性特征自上而下分述如下:
2.3.1 人工填土(Qml)①1:褐色、红褐色,可塑-硬塑状态,稍湿,含少量碎石、角砾。厚度0.5-4.0m,分布在场地大部。
2.3.2 第四系耕植土层(Qpd)①2:灰褐色,可塑状态,含腐植质,结构疏松。层厚0.50~0.9m,原分布于全场地,由于场地整平施工,征地区范围内耕植土已被清除。
2.3.3 第四系坡残积(Qdl+el)粉质粘土层②:褐红、灰黄色,一般呈硬塑~可塑状态,稍湿~湿。含少量碎石、角砾。无摇振反应,稍有光泽,干强度及韧性中等。层厚0.40~7.40m,分布在场地绝大部份地段,埋藏在植物层下,层顶埋深0.50~0.90m。
2.3.4 侏罗系(J2s)强风化泥质粉砂岩③1:紫色、褐红色,泥质-粉砂质结构,薄层状~巨厚层状构造,节理裂隙发育,岩芯呈砂状及碎石状,岩块用手可折断,夹薄层泥岩。层厚一般0.40~4.10m,呈薄层状断续分布于全场地,埋藏在坡积层下部,埋深0.50~8.10m。
2.3.5 中风化泥质粉砂岩③2:紫色,泥质-粉砂质结构,中厚层-厚层状构造,节理裂隙较发育,中等风化,岩芯呈块状、柱状,岩块用锤可击碎,RQD=26~91%,夹薄层泥岩。层厚一般1-5m,下伏于全场地,埋深1.00~9.90m。
2.4 水文地质条件。建设场地位于关河左岸斜坡,地势北高南低,整体处于地下水的补给、径流区。根据地下水赋存介质和水动力条件,将建设场地地下水划分为孔隙水和碎屑岩孔隙裂隙水二类。 2.4.1 第四系松散层孔隙水弱-中等含水层。
(1)第四系孔隙水含水层分为两类:一类分布于溪沟沟床,岩性主要为冲洪积卵石、砾砂、含砾砂粘性土等,含水层孔隙比大,均匀性较差,连通性好,透水性和富水性较强;另一类广泛分布于山脊、斜坡地表,岩性主要为残坡积含砾粉质粘土,分布厚度不均匀,含水层均匀性较差,连通性较差,透水性弱,富水性弱。
(2)与拟建工程关系密切的,主要为赋存于残坡积层中的第四系孔隙水。残坡积层天然孔隙比小,兼之地形地貌条件不利大气降水的滞留,不利垂直渗透补给,拟建工程区的第四系孔隙水多为吸着于残坡积层孔隙之中的包气带水。
2.4.2 碎屑岩孔隙裂隙水弱含水层。场区内孔隙裂隙水含水层为侏罗系中统沙溪庙组,岩性为强风化——中等风化砂岩、泥岩互层。建设场地东缘C2冲沟右岸谷坡,见蓄水井1个,开挖于强-中风化砂岩之中,由周围基岩裂隙水补给,供应下游农户生活用水,一昼夜出水量约1.5m3。总体说来此层孔隙裂隙水富水性分布不均,一般弱-中等,主要接受大气降水补给,沿裂隙向下游排泄,最终排入横江。在场地岩土工程勘察的钻孔中,未揭露到裂隙水潜水水位。
2.4.3 地下水与拟建工程的岩土工程问题。建设场地处于较平缓的分水岭山脊斜坡,拟建建(构)筑物设计基础挖深不大,地下水位埋藏较深。但是,由于地表分布厚度最大达20m的人工填土,如果夯实欠佳,或者地面防渗、排水不力,都可能因地表水下渗,影响边坡、地基稳定性;砂岩与泥岩互层风化强烈,加之节理发育,也有利于大气降雨的下渗,它们遇水后易软化而降低承载力,降低边坡稳定性,需采取适当的防治措施。建设场地水文地质条件较简单。
2.5 地质灾害及不良地质现象。 通过实地调查,建设场地及其周边未发现滑坡、崩塌、泥石流、地裂缝、地面沉降、地面塌陷等地质灾害分布。场区内未发现红粘土、膨胀土、液化土等不良工程地质问题。
(1)软土。场地局部有软土分布,软土分布于场地中部原有鱼塘,该鱼塘已被拆挖,底部淤泥尚未清除,属池塘堆积土,呈灰绿、灰褐色,软-流塑状态,厚约1m。属于影响地基稳定的不良土层。
(2)风化岩。场地北部斜坡分布强风化砂岩、泥岩,呈松散、碎裂结构,厚度不均,受挖方施工影响,可能沿结构面产生滑坡或崩塌,对施工有一定影响。
(3)冲沟。场地周围分布4条冲沟(C1-C4),其中C2、C3临近场地。C2、C3均属老年期冲沟,活动性弱;断面近“U”形,无常年流水;谷底及谷坡多辟为农田、坡地;主沟床冲洪积物堆积较薄,多见基岩裸露;季节性强降雨多引发洪水,对邻近农田有危害。
3.1 滑坡基本特征。滑坡体物质以第四系坡残积层粉质粘土为主,滑体厚度4.50~9.0m,平均6.00m,滑坡体中部凸起,前缘坡脚见泉水出露。滑动后缘紧邻农户及输变电电塔。滑坡沿新建场地边缘向场内滑动,南北长约100m,东西宽约60m,主滑动方向120°。该滑坡属“浅层、小型牵引式工程滑坡”。该滑坡现状处于不稳定状态,在外界不利因素的影响下可能诱发或加剧滑动,甚至增大滑动范围和深度,对变电站场地构成严重威胁。
3.2 滑坡成因分析。
(1)由于建设场地自北向南倾斜,地面自然坡度为6°~17°,而且场地北侧坡体西段为农业耕作区,地表广泛分布耕植土,浅部主要为第四系松散结构的残坡积粉质粘土及含砾粉质粘土,深部为较软质层状结构碎屑岩岩组中的侏罗系全风化——强风化泥质粉砂岩,控制边坡稳定的基岩面产状N40°E.SE.∠10°。按边坡岩体结构划分为土、岩组合的二元层状结构。控制整体边坡稳定性的地质因素,主要是第四系坡残积土层与基岩的界面和泥质粉砂岩层理面,所以土岩界面和层理面为场地内主要不利稳定的结构面。这二类地质结构面与边坡面走向、倾向接近,但其倾角小于坡面角。因此,本场地边坡稳定的结构类型,总体属于顺层不稳定结构类型边坡。(见照片第四系土层与基岩界面见图2)。
(2)建设场地处于较平缓的分水岭山脊斜坡,特别是滑坡区处于场地北侧的低凹汇水区,汇水面积较大,地下水比较集中,而农业耕作区地表排水条件差。
(3)由于工程施工在雨季进行,特别是施工期间降雨集中,降雨量大。而该区浅层粉质粘土,分布厚度较大(局部≥8m),含水层均匀性较差,连通性较差,透水性弱,遇水浸泡后易软化,强度显著降低,所以在连续降雨的外部因素地表水的下渗作用下诱发破坏,促使土岩混合边坡沿着该软弱滑动面(土岩结合面)发生滑动。
3.3 滑坡稳定分析。
3.3.1 滑面形态确定及计算结果。从滑坡左侧边缘开挖探槽可明显看出,滑带土为含粘土滑带土,呈软~可塑状。根据钻孔动探结合地质钻探、地面变形情况判定滑坡滑面形态综合分析,滑面上、下部位于土层中,为弧形破坏,中部受土岩界面控制,为线形破坏,总体接近弧形,故采用弧形公式计算。经计算,滑坡稳定系数为0.92,该滑坡处于现状不稳定状态。
3.3.2 滑坡发展趋势分析。本滑坡为工程诱发的变形失稳,稳定系数为0.92,现状处于不稳定状态,如不进行治理,随着地下水(尤其是雨季)的继续入渗、场地内强夯施工震动等外部因素的影响,其变形失稳将逐步加剧,进而引起更大范围的滑坡,势必导致农户房屋及电塔倒塌,场地内施工安全受到严重威胁,造成施工停工严重危害项目的安全运行。
4. 滑坡治理
4.1 滑坡安全论证。经过勘察,查明了现状滑坡的范围及其特征。为了彻底根治不留隐患,在勘察的基础上,需进一步查找可能的潜在滑动面。根据边坡岩土特性、空间分布形态及其不利组合,认为该滑坡除存在现有的滑动面1和滑动面2(土岩结合面)外,还有可能产生滑动的潜在滑动面即潜在滑动面3(见图1)。潜在滑动面主要沿基岩的层理面分布,可能产生以折线形为主的滑动,特别是在滑面1产生进一步滑动的情况下,滑动面2将产生牵引式滑动,滑动面3将产生推移式滑动。经计算可知,除现状滑坡外,潜在滑面之稳定系数也满足不了工程边坡稳定安全系数的要求。 4.2 治理方案及其比选。
4.2.1 根据现状不稳定和潜在不稳定因素的分析,设计考虑了二个方案进行比选(见表1)。
(1)方案一 对中部的现状滑坡及下部的潜在滑体均进行锚索加固,方案的出发点是确保现状滑坡及其下的斜坡根基稳定。
(2)方案二:以抗滑桩为主体支护结构进行支护,即在现状滑体斜坡中部设置抗滑桩,设计时将土面结合在以上均以悬壁考虑,即便是潜在滑体3产生滑动桩前土体遛走,也不致影响到上部边坡的安全。
方案一 中部及下部锚索,外加截排水措施及坡面防护,可同时消除现状不稳定和潜在不稳定,治理工程根基稳固,能确保万无一失。 工程量较大,工程造价较高,锚索施工震动可能引起现状滑坡变形加剧。
方案二 抗滑桩,外加截排水措施及坡面防护,能保证桩上部斜坡的稳定,即使下部斜坡变形破坏也能保证农户房屋及电塔的运行安全。工程造价适中。 抗滑桩需分序施工,工期较长,嵌入岩体需爆破,震动可能引起滑体变形加剧。
4.2.2 经对有利和不利因素的反复论证,最终推荐方案一为实施方案,理由如下:其一,就潜在滑体变形机理而言,上部以牵引式为主,下部以推移式为主,对现状滑体进行锚固以后,其对上牵引和对下推移的趋势大大缓解。其二,实施现状滑体锚固后,潜在滑体3的下滑力减少,抗滑力增加,潜在滑体2的抗滑力亦相应提高。其三,采取坡面截排水和坡体内泄水措施后,减少了水对边坡的影响,潜在滑面土体的抗剪强度会有所提高,使边坡的安全稳定系数得以进一步提高。
4.3 滑治理措施。据现场调查和综合分析与计算,场地北侧滑坡目前处于不稳定状态,在受外力(水、地震)作用下随时会诱发更大的滑坡,须作好安全可靠的滑坡工程治理工作才能保证滑坡的长期稳定,防止诱发大规模工程滑坡。根据滑坡工程地质条件、环境条件,综合各种因素考虑,经多种方案比较,此滑坡工程治理采用预应力锚索框格梁+预应力锚索肋梁(挡土板)+锚杆挂网喷锚+坡面截排地表水+坡体内泄水疏干+裂缝灌浆等综合治理手段。(见图3)
4.3.1 边坡开挖修整。根据场地现状情况,采用人工及适当的机械对现状坡面进行修整。下部土方结合分层支护的要求,采用机械分层开挖,并将土方先堆压在坡脚,当支护施工接近场地标高时,再将土方外运。
4.3.2 预应力锚索。在滑坡上部采用预应力锚索肋梁+挡土板进行支挡。预应力锚索水平间距为4.0m,垂直间距为2.8m,锚索单根长17.0m~22.0m;预应力锚索锚筋为715.24钢绞线,锚固段长度均为10m,孔径140mm,与水平面夹角为30°,设计单根锚索承载力为880KN。锚索间用竖向肋梁或框格梁连接,锚索框格梁或肋梁断面尺寸为500mm×500mm,砼强度等级为C25,框格梁或肋梁间采用双向钢筋网片喷射C20细石砼,厚120mm。(见图4)
4.3.3 锚杆喷射砼网。边坡下部开挖修整好的坡面上设置非预应力钢筋锚杆,锚杆水平间距4.0m,垂直间距2.8m,锚杆单根长为9.0m~13.0m。锚杆孔径为140mm,锚筋为232钢筋,与水平面夹角为30°。面层采用6.5@200×200双向钢筋网片,锚杆端头间再用16钢筋纵横焊连加强,面层砼为C20细石喷射砼,厚120mm。
4.3.4 滑动面注浆。坡面支护完成后,沿滑坡后缘滑动面和坡面拉张裂缝进行灌浆处理,提高滑动面的摩阻力和抗剪强度,改善其物理力学性能。灌浆水泥用量按实际用量计取,施工时可采用间歇性灌浆法。
4.3.5 坡体泄水。从场地现状看,滑坡处为边坡地下水的汇集区,坡体内富含地下水,对该段边坡的稳定极为不利。滑坡稳定后在该区设置一定深度的泄水孔对边坡土体进行泄水疏干。在相邻锚索地梁间错位设置泄水孔。坡面为土层时泄水孔水平间距为8.0m,孔径为110mm,孔深为12.0m,仰角为10°,孔内插入100塑料盲沟;坡面为岩层时泄水孔水平间距为4m,孔径为80mm,孔深为500mm,仰角为10°,孔内插入60塑料盲沟。
4.3.6 排水沟。距坡顶线2m及坡脚处设置M7.5号浆砌石截、排水沟确保边坡坡面及场地地表水的排泄和边坡的整体美观。
4.4 施工不利影响的处理。如前所述,锚索成孔产生的震动可能引起滑坡变形加剧,必须采取预加固及临时稳定措施,以确保施工期间管线的安全。第一个临时稳定措施是在滑坡坡口外侧设置了竖向超前锚杆,一是通过注浆使拉张裂缝得以充填,二是使松散土体得到固结,三是竖向锚杆对管线起到了支挡作用。第二个临时稳定措施是在滑坡前缘进行填土反压。
4.5 实施效果。锚索受力可靠,当锚索施加预应力后,对被锚固的岩体立即产生主动应力,发挥锚固效应,对控制边坡的变形极为有利。采用预应力锚索加固可使作用力均匀地分布在需加固的岩体上,增加了边坡体的整体强度,更容易保持边坡的完整。而且锚索施工无须放炮开挖,对岩体基本不产生扰动和破坏,在锚索孔内灌浆能增加孔周围岩体的力学性能,安全易得到保证。该治理工程已于2009年底实施完成,锚索施工期间,滑坡变形有所发展,由于采取了预加固及临时稳定措施,加之在锚索施工的顺序和间隔时间进行了合理控制,确保了施工期间安全。通过监测,工程施工完成至今,滑坡情况正常,但还需要对滑坡进行长期监测。
5. 结束语
滑坡治理方案需进行多方案的比选,从中优选工期、安全、造价、可操作性等各方面相对合理的方案;进行有利和不利因素的全面分析论证,对方案的优化、工程决策大有帮助;滑坡治理方案应将潜在不稳定因素一并考虑,但模拟滑动面及其物理力学参数如何选取值得进一步探讨;边坡工程的影响因素复杂多变,理论上可行的方案还需要工程运行实践的检验。
参考文献
[1] 《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002).
[2] 《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2110).
[3] 《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ/T0219-2006).
[4] 工程地质手册编委会,工程地质手册(第四版).