碎石盲沟在冻土滑坡治理中的应用研究

张春光,张庆伟,范付松

(1.中国地质大学工程学院,湖北武汉 430074;2.安阳师范学院建筑工程学院,河南安阳 455000)

0 引言

冻土是一种对地温变化非常敏感的土体,冻融破坏使得冻土区的边坡稳定性较一般边坡更为复杂。国外早在 1897年就有人对冻土边坡进行了研究[1],但国内直到最近的 50年,尤其是西部大开发和青藏铁路建设后才开始重视冻土边坡的研究,并取得一些成果[2],但由于研究冻土的时间不长,关注力度不够,研究成果还不是很丰富。最近,有研究表明冻融破坏引起的滑坡滑动,在滑坡体不同的部位滑动速率也不相同,靠近后缘的滑动速率要大于其它部位的滑动速率[3],但由于冻融破坏的地域性和复杂性,再加上地区气候差异,所以治理冻土区滑坡的有效措施还在进一步的探索之中。盲沟是降低地下水位的一种有效手段,目前盲沟技术用于道路工程排水、基坑排水较多,而且多为塑料盲沟[4-7],用于治理冻土区滑坡的还不多。

本文分析了冻融滑坡的成因和采用渗水盲沟法提高边坡稳定性的原理,并以泽根一社滑坡后缘处出现的冻融引起的变形滑动为例,根据滑坡地形地貌、岩层岩性及水文条件,首先分析了泽根一社滑坡的现状及整体稳定性,然后对解决滑坡后缘冻融问题所要采取的治理工程措施进行了探讨。

1 冻融滑坡成因及机理分析

冻土是一种对地温变化非常敏感的土体,随着地温的季节波动,冻土极易发生冻胀融缩的变形破坏。由于冬夏两季温差较大,滑坡后缘位置较高,冬季产生冻土现象,冻胀时对下部坡体有挤压加载的作用,增加滑坡的下滑力;夏季地温上升后,冻土开始解冻,随着温度的升高,地下冰融化,岩土体强度显著降低,从而产生局部的变形破坏现象;地下水对下部滑体产生渗透压,同时融化水向下运动,增加了滑坡体的含水量,提高地下水位,使部分土体(包括滑带土)由非饱和向饱和过渡,从而降低整个坡体的抗滑力,使整体稳定性下降。滑坡体后缘每年随着气温的波动发生周期性冻融现象,这种周期性反复堆载作用最终将引发滑坡的整体变形破坏。

2 工程概况[8]

泽根滑坡目前处于基本稳定状态,仅在局部(滑坡后部)存在因季节性短时冻土引发的浅表层冻融滑塌,但滑坡后缘和边界等处已出现变形,可能在降雨、地震、人类工程活动等不利影响因素组合下发生局部或整体滑移破坏。滑坡为土质大型滑坡。

区域构造：工作区位于金汤弧形构造带(东翼)与龙门山断裂带的交接部位。工作区内受 5.12地震波及,部分山体斜坡也形成了滑坡。

地形地貌：泽根一社滑坡前缘下部水库蓄水后水面高程约 2 137m,后缘高程约 2 230m。滑坡体坡面坡度在 10°～13°间。

地层岩性：主要出露的地层有泥盆系(D)炭质千枚岩,第四系冰水堆积层(Qfgl)、滑坡堆积层(Q4del)、残坡积层(Q 4el+dl)及冲洪积层(Q 4al+pl)等。

图1 泽根滑坡所在位置及地形

水文地质：工作区内地表水系主要为滑坡体前缘的硗碛水库及坡体上的小冲沟,沟流向与坡向大体一致。根据地下水赋存条件及含水岩组的空隙性特征,将其划分为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水两种类型。

水位气象：多年平均降雨量为 992.5mm,且有 63.9%～85.3%的雨量主要分布于 6～9月,地温累计年平均为15.9℃,比累年年平均气温 14.1℃高 1.8℃,多年平均气温17.6℃;多年平均年降雨量 1 245mm;日最大降雨量

16 2.9 mm。

3 治理方案的选取

3.1 参数选取

根据勘察报告,结合经验及反演分析,综合确定滑坡治理工程设计基本参数取值如下：

(1)滑体土：滑坡土体天然重度为 19.8 kN/m3,饱和重度为 20.7 kN/m3,滑体角砾土、碎石土粘聚力为 30 KPa,内摩擦角为 24°。

(2)滑带土：滑带土抗剪强度指标取值如下表 1。

表1 滑带土抗剪强度参数取值表

(3)滑床：炭质千枚岩天然密度 2.56 g/cm3,粘聚力 C值为 0.15 MPa,φ值为 34°。

3.2 设计工况与安全系数

泽根滑坡的荷载类型为滑坡体重度,地下水位以下选择饱和重度,暴雨工况考虑滑体部分饱水,暴雨条件时按 50年一遇暴雨,雨水渗透深度按滑体厚度 1/3计算。5◦12地震后,按最新的地震烈度区划,宝兴泽根地区抗震设防烈度为 7度,设计基本地震加速度值为 0.10 g,工程设计时要考虑地震荷载。不考虑上部加载和侧向水动力荷载。

参照规范,可以将滑坡的工程等级确定为Ⅲ级。根据规范和四川省相关部门的要求,设计工况、相应荷载组合以及安全系数见表2 。

表2 设计工况及荷载组合表

3.3 稳定性计算及评价

用 Janbu法计算滑坡主剖面在上述三种工况下的稳定性系数,并对各种工况下的稳定性进行评价,计算结果见表3 。

表3 滑坡体稳定性计算成果统计表

由表3 计算结果可知：在三种工况下滑坡都是整体稳定的,计算结果与野外地质调查及定性分析基本一致。

经分析,水是影响泽根滑坡的重要因素,因此做好滑坡体的截排水工作至关重要。为防止冻融加载,在滑坡后部设盲沟,将地下水导入到滑坡体上的天然冲沟内,以降低后部地下水位,防止其后部冻融破坏。

4 碎石盲沟排水系统设计与布设

为防治冻融对滑坡后缘的破坏作用,根据勘察冻土深度,设计盲沟深 2 m,底宽 1.1 m,盲沟长 90m。根据工程经验和类比,放坡开挖,坡率为 1：0.75(高宽比),坡底部夯实后铺 5 cm厚混凝土(C 30混凝土),两侧沟槽内壁斜高 30 cm,壁厚 5 cm,槽壁为混凝土,槽壁与挖槽斜壁岩土体贴实。在沟槽底部堆填粒径 100-150 mm的卵石,50 cm厚;再上覆 30 cm厚粒径 10-50mm的小卵石,再上覆 30 cm厚 2-5 mm的粗砂,再回填土与地面平。各级卵石细砂铺设及回填土过程中,要分层夯实。槽壁上沿基坑侧壁往上到粗砂层底部,铺厚 25 cm的反滤层。该盲沟满足降低滑坡后缘区域地下水位的要求。

图2 盲沟横断面图

碎石盲沟与天然沟的连接处用两条并行的水泥管涵进行连接,每条管涵长度 7.2m,内径 300mm,与盲沟相连的管口处均设置过滤格栅,栅格尺寸为 400 mm 400 mm(底长高),外侧管口要高于最高自然沟沟水位,以便顺利将水导入沟中。管涵材料为 C30普通混凝土,上部封土并夯实。盲沟埋深 2 m,坡降大致与地形坡度相同,达到排水设计要求。

图3 盲沟与天然沟管涵连接点剖面图

5 结语

冻土区滑坡防治应非常重视排水问题,降低岩土体中水的含量,防止冻土的冻涨融缩破坏。

采取地下排水工程和地表截排水相结合的方法,结合地表天然冲沟,设置地下盲沟,及时排出地下水,从而降低坡体内的含水量,减少冻融时岩土体形态的变化幅度,从而降低冻融对岩土体的破坏程度,能有效增强坡体的稳定性,降低了灾害发生的概率。

[1]Tarr R S.Rapidity ofweathering and stream erosion in the arctic latitudes[J].American Geologist,1897,19：131-136.

[2]周幼吾,郭东信,等.中国冻土[M].北京：科学出版社,2000.403-404.

[3]牛富俊,程国栋,等.青藏高原多年冻土区热融滑塌型斜坡失稳研究[J].岩土工程学报.2004.5,26(3)：402-406.

[4]牛富俊,程国栋,等.青藏高原多年冻土区热融滑塌型斜坡失稳研究[J].岩土工程学报.2004.5,26(3)：402-406.

[5]李晓莉.塑料盲沟在城市快速路中的应用[J].中国市政工程,2007(5)：45-45,56.

[6]陈玉峰.碎石盲沟在道路绿化带排水中的运用[J].安徽建筑,2002,9(3)：102-103.

[7]毛荣华,吴廷楹,吴婷婷.塑料盲沟在高速公路桥面排水中的应用[J].江西建材,2004(3)：7-8.

[8]赵小全.盲沟降排水在某基坑降水工程中的应用[J].科技情报开发与经济,2006,16(1)：293-294.

[9]《泽根一社滑坡群勘察报告》.

[10]GB 50108-2001.地下工程防水技术规范.