土体开挖对老滑坡体边坡稳定性的影响及其防治

周星志,许宏武,张可能

(中南大学地学与环境工程学院, 湖南长沙 410083)

土体开挖对老滑坡体边坡稳定性的影响及其防治

周星志,许宏武,张可能

(中南大学地学与环境工程学院, 湖南长沙 410083)

某老滑坡体因升级改造市政道路诱发新的滑坡,详细介绍了滑坡区工程地质条件。分析结果表明,老滑坡对环境改变响应敏感,复活的新滑坡是老滑坡基础上原有挡墙拆除、沟槽开挖及降雨诱发形成的。通过分析边坡的稳定性,提出了沟槽分段开挖、一次根治的防治思路。

老滑坡;稳定性分析;滑坡成因;防治措施

在我国基础设施建设中,老滑坡时有出现[1,2],在坡体开挖、雨水、爆破振动等外界因素的影响下[3～4]老滑坡复活几率较大。本研究边坡为市政道路边坡,道路路线从山体中前部以路堑形式通过,路堤下方为居民区。根据现场调查及周边工程存档资料可知该区域为一老滑坡。通过对滑坡的变形进行深部位移监测和地表位移监测,动态了解边坡的变形特征,同时对滑坡形成机制和稳定性进行深入分析,采取了合理经济的滑坡防治措施。

1 工程概况

该场地地貌单元为湘江Ⅳ级冲积阶地,表现为残丘及冲沟,场地地势起伏较大。老滑坡体沿主滑方向长约70～90m,东西向宽80m,滑坡体厚4～7.5m,为小型滑坡(见图1)。老滑坡坡面平均坡度为16°～20°,坡顶为废旧车辆弃置场,坡体上有一输电线路,滑坡体中部为一市政道路,路堑边坡采用重力式挡墙进行支护,路堤下方为居民区。此山体在1980年代曾发生过一次较大的滑动,后来又有一次相对较小的滑动,之后山体处于相对较稳定的状态,没有明显的变形发生。

根据勘察报告,老滑坡体主要地层从上至下依次为杂填土、粉砂质粘土、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩,其中粉砂质粘土厚度为1.5～3.5 m,强风化泥质粉砂岩厚2～4.2m。

老滑坡区水文地质条件较简单,位于山体斜坡中上部。原有道路排水系统为地表水排泄通道,修建年代较早,在道路提质改造施工过程中遭到不同程度的破坏。现对原有道路进行升级改造,由于道路的拓宽,原有挡墙须拆除,并对坡体进行一定土方量的切坡,同时须开挖宽5m、深4.8m的沟槽埋设排水管道,施工导致老滑坡体上产生了两处新的滑坡,若不及时治理,会影响路堤下方数栋居民楼的正常使用及居民生命安全。根据《建筑边坡工程技术规范》[5],确定此边坡安全等级为一级。

图1 滑坡的平面示意

2 滑坡形成机理分析

2.1 工程因素

由于原有道路为两车道,在提质改造过程中拓宽为双向4车道,单幅路宽7m,原有挡墙拆除并削掉部分坡体,形成新的临空面,坡体产生一下滑推力,软弱土层在此推力作用下,变形增大,逐渐产生下滑。

同时,排水沟槽开挖穿过粉砂质粘土到达强风化泥质粉砂岩,形成一连续线形临空面,使得路堤一侧土体对上部山体的阻滑作用高度折减,由于上部山体厚度较大,老滑坡体稳定状态被破坏,粉砂质粘土及强分化泥质粉砂岩将发生剪切破坏,坡体沿强风化泥质粉砂岩层理面发生滑动产生新的滑坡。根据图1,老滑坡区斜坡中部为原道路,2#滑坡剪出口在开挖沟槽地面往下2.8～3.5m处,表明工程施工对老滑坡稳定性影响很大。

2.2 自然因素

滑坡发生的根本原因是地层岩性以及地质构造[6～8],同时在降雨的诱发作用下发生。施工期间,7d中等强度连续降雨,雨水顺着坡面渗入坡体,开挖沟槽充满积水,导致土体的物理力学性质发生变化,粉砂质粘性土吸水饱和后呈可塑状,降低了坡体的稳定性;另一方面随着水的下渗,坡体内的含水量激增,基质吸力大幅下降,降低了土体抗剪强度,导致滑坡产生[9]。

由上述分析可知,此边坡产生失稳主要是由于挡墙拆除后沟槽开挖破坏山体原有平衡,同时受连续降雨影响。

3 稳定性分析与评价

3.1 稳定性计算

道路提质改造过程中诱发了两处新滑坡,在此分析滑动规模相对较大的Ⅱ号滑坡的稳定性。假设滑坡为折线型滑动模式,采用不平衡推力系数法确定剩余下滑力,计算剖面如图2所示。根据复活老滑坡的形成机理及地形特征选取代表性剖面,根据滑坡后缘、深部位移监测孔剪断位置及剪出口位置确定滑动面,进行挡墙拆除、沟槽开挖工况下的稳定性验算。计算参数见表1。

图2 稳定性计算剖面

表1 抗剪强度指标

不平衡推力传递系数法计算滑坡稳定性系数K的计算方法如下[10]:

式中,Ri为作用于第i条块滑动面上的抗滑分力,kN/m;Ti为作用于第i条块滑动面上的下滑分力,出现与滑动方向相反的切线反力时,Ti应取负值,kN/m;ψj为第i块段剩余下滑力传递至第i+1块段的传递系数,j=i。

3.2 计算结果及稳定性评价

根据前述计算方法,该工况下的边坡稳定性系数为1.09,由此判定其处于极限平衡状态。按照《建筑边坡工程技术规范》的规定,边坡安全系数须达到1.30,可见此边坡安全储备不足,需要进行加固。

总之,挡墙拆除及沟槽开挖导致坡体失去了原有平衡,在下滑推力的持续作用下,土体强度超过峰值强度并逐渐降低,土体屈服逐渐形成滑动面,在坡面形成多处裂缝,坡脚土体挤出形成剪出口,加上连续降雨的大量雨水渗入坡体及施工扰动,导致滑动面土体抗剪强度进一步降低,可能导致滑坡后缘继续向坡顶方向发展产生更大的滑坡,对路堤下的数栋居民楼造成威胁,因此需进行科学合理的施工组织设计,尽量减少不合理施工引起坡体滑动。

4 防治措施

此滑坡虽规模不大,但危害后果很严重,且老滑坡体的稳定对土体开挖及切方响应敏感,因此,治理此滑坡采用沟槽分段开挖、一次根治的防治原则。

施工过程中分段开挖使得临空面长度减少,同时可充分利用临空段两端未开挖土体形成类似抗滑桩间土的“土拱效应”;通过及时回填来恢复土体原有平衡,避免诱发新的滑坡。

滑坡和边坡治理的加固措施较多,每种防治措施都有其适应性。本着安全、经济、方便施工、在不增加大量开挖工程量的原则,经过充分比较后,采用抗滑桩对该边坡进行根治,在道路施工结束后修建矮挡墙及围墙;在坡顶设置一道截水沟,坡脚设置一排水沟,挡墙每隔5m设置一泄水孔,坡面植草绿化,以减少地表水下渗对边坡稳定的影响。

5 结 论

(1)原有挡墙的拆除和沟槽开挖直接导致滑坡的产生,连续降雨则是滑坡产生的诱发因素,而滑坡产生的根本因素则是软弱的地层岩性及地质构造。(2)为避免滑坡,应选择合理的施工工序,沟槽分段开挖、及时回填,减少施工对滑坡体的扰动。(3)采用抗滑桩作支挡结构可以有效治理滑坡,增强边坡整体稳定性。半年的监测表明,该边坡安全可靠,达到了治理的目的。

[1]姜春林,吴顺川.复活古滑坡治理及微型抗滑桩承载机理[J].北京科技大学学报,2007,29(10):975～979.

[2]晏同珍,杨顺安,方 云.滑坡学[M].武汉:中国地质大学出版社,2000.

[3]刘正梁,孔纪名,周 勇.镇胜高速公路晴隆古滑坡成因特点及防治对策[J].山地学报,2008,26(6):727～732.

[4]王恒斌.江南某高速公路古滑坡复活及其防治措施[J].工程与建设,2008,22(3):374～376.

[5]GB50330-2002.建筑边坡工程技术规范[S].

[6]石晋旭,唐红梅,李 明,等.渝黔高速公路向家坡滑坡成因及防治对策研究[J].公路,2006,(8):12～16.

[7]许云峰.湖南省郴州市梨树山滑坡的成因机制及防治[J].中国地质灾害与防治学报,2006,17(3):165～16.

[8]任伟中,陈 浩.滑坡变形破坏机理和整治工程的模型试验研究[J].岩石力学与工程学报,2005,24(12):2136～2141.

[9]黄润秋,戚国庆.非饱和渗流基质吸力对边坡稳定性的影响[J].工程地质学报,2002,10(4):343～348.

[10]赵明阶,何光春,王多垠.边坡工程处治技术[M].北京:人民交通出版社,2003.

2009-12-15)

周星志(1986-),男,湖南宁乡人,硕士研究生,从事边坡工程研究工作,Email:zhou-xingzhi@163.com。