河道滑坡勘察与治理——以洪河干堤滑坡为例

黄 江, 李剑修, 王月恒, 余小明

(中水淮河规划设计研究有限公司,安徽 合肥 230000)

河道滑坡勘察与治理
——以洪河干堤滑坡为例

黄 江, 李剑修, 王月恒, 余小明

(中水淮河规划设计研究有限公司,安徽 合肥 230000)

以洪河干堤滑坡为实例,针对性勘察、分析河道滑坡产生的原因,探讨防治方案,对相关工程设计施工具有重要的参考意义。

洪河;河道滑坡;地质勘察

洪河为淮河支流,其河道边坡特性决定自身必须具有较强的抗渗透性、稳定性、耐久性等特征,建成后期需要规范的维护,避免河道边坡受损危及周围居民生命及财产安全。河道滑坡治理应利用非汛期时间,对隐患处进行针对性治理。

1 基本概况

工程区位于阜南县方集镇,临近上游洪河裁弯取直段。该段洪河干堤段堤防为3级设计标准,设计堤顶宽6 m,堤顶高程33.90 m,河底高程约17.10 m,勘察期间河水位高程约21.80 m。经查勘和实测断面,HP1(照片1)滑坡位于堤防迎水侧天然边坡,顺滑动方向长约30 m、宽约60 m。

照片1 HP1地貌照Photo 1 Landscape photo of HP1

2 工程地质勘察思路

2.1 地质测绘

以实测1∶500地形图为底图,查明滑坡地貌特征,滑坡发生、发展的历史及相关因素,重点查明滑坡平台、裂缝、滑动面(带)、前缘剪出口及滑坡周边水系发育特征、径流条件等。

2.2 勘探

在滑坡体及其下游未滑动斜坡处各布置纵向勘探线,勘探点间距10～20 m,用以查明滑坡体和未滑动斜坡物质组成及类型,通过对比分析判断可能形成滑动面的层位及位置。钻探时采用干法钻进,滑动带附近回转钻进进尺不得<0.5 m,取原状土时(使用薄壁取土器)采用压入法或击入法取样[1]。

2.3 试验

(1) 原位试验:在滑动带附近进行密集标准贯入试验,即采用标准贯入试验+回转钻进取标贯扰动土+薄壁取土器取原状土的循环方式,用以查明软弱层分布特征及物质组成。

(2) 室内试验:查明组成边坡土层特别是滑带土天然含水量、土粒密度、孔隙比等基本物理指标,c、φ值的确定采用与滑坡受力条件相似的快剪和饱和快剪确定。

3 滑坡体工程地质条件

在地貌上滑坡体位于淮北平原西部,第四系广泛分布并堆积较厚。历史上洪河洪涝灾害严重,河曲发育,由于自然和人工裁弯取直,大洪河两岸留下了较多牛轭状古河道。滑坡体位于方集镇洪河大桥下游约150 m 处左岸坡,距上游洪河赵湾—方集人工裁弯取直段约500 m。洪河此段为北东东走向,堤顶高程约在33.2～33.8 m之间,堤脚高程约在28.0～30.0 m之间,多分布一级平台,平台以下地表坡度约15°,水下坡度约32°。滑坡导致HP1顶坡面形成临空面,坡面发育多条裂缝(照片2),沿裂缝下错高度大多在5～20 cm之间。此段堤防背水侧坡脚原为长数百米,宽20～35 m,深3～5 m的取土坑,后期对其局部回填。

勘探点揭示地层主要是人工填土、第四系全新统轻—中粉质壤土、上更新统粉细砂,其地层岩性特征如表1。

照片2 HP1主裂缝特征照Photo 2 Characteristic picture of main fracture of HP1

表1 工程区地层岩性特征表

在构造上,滑坡体处于中朝准地台之华北坳陷南部周口凹陷与驻马店—淮滨凹陷之间的西平—平舆凸起带及白垩纪阜南坳陷内,滑坡体所处区域的地震反应谱以0.35～0.45 s为周期,基本烈度在Ⅵ度以上,当发生地震时,此工程区域易诱发滑坡等地质灾害,在设计时需考虑抗震因素。

水文地质方面,区内地下水主要以③、④层孔隙性潜水、⑦层粉细砂层弱承压水为主,地下水主要受大气降水、地表径流补给,其含水量季节性变化明显。HP1背水侧坡脚沟渠纵横,多分布有坑、塘,地表水同时接受附近的大型砂场排水补给,常年有水,水位高程约为28.20 m。通过钻孔揭示,滑坡体地下水沿③层底面富集,潜水位高程低于HP1背水侧坑塘地表水位、高于正常河水位,即背水侧地表水通过中等透水性的③层土形成向大洪河地表水的补给通道。

4 滑坡发展历史

HP1滑坡自20世纪末产生蠕滑,坡脚部位形成短小裂缝,2002—2003年地方水利部门曾组织对该段坡脚进行了大量的抛石压脚处理,并对堤防后取土坑进行回填,治理后HP1趋于稳定。2012—2014年秋季阜南地区长期干旱,洪河水位处于低位,然而2014年秋季汛期来临,河水在短时间内暴涨至约28.7 m,又在短时间回落。洪水退去后不久,HP1发生剧烈下滑,沿一级平台以下陡缓交界处产生错落,后缘呈圈椅状临空面,HP1坡面自上而下形成6条较大裂缝,长度30～50 m。

近些年,原取土坑位置新建养殖场,并于厂址东侧坡脚取土用以抬高厂房区地基,取土区改造成水塘。2012—2014年秋季阜南地区长期干旱,洪河水位处于低位,然在2014年秋季汛期来临时,河水在短时间内暴涨至约28.7 m,又在短时间回落。洪水退去后,HP1发生剧烈下滑,沿一级平台以下陡缓交界处产生错落,后缘呈圈椅状临空面,HP1坡面自上而下形成6条裂缝,长度30～50 m。

5 滑坡成因机制分析

5.1 地层岩性

滑坡体由上覆填土、第四系冲洪积轻粉质砂壤土、淤泥质中粉质壤土、中粉质壤土组成。滑带土为轻粉质砂壤土,中等透水性,饱和状态,软—流塑状,下部淤泥质中粉质壤土微透水,为相对隔水层,地表水下渗及地下水在轻粉质砂壤土层底部富集,富水后抗压及抗剪强度下降,下层淤泥质中粉质壤土上部土体软化,呈软塑状,为滑带形成提供了条件。

5.2 水文地质

滑坡体背水侧坡脚范围分布有坑塘,接受降雨和砂厂来水补给,常年水位在28.20 m,高于滑坡体潜水位及常规河水位,滑坡体中等透水的③层土中形成由堤后向河水的渗流通道,很大程度降低了③层土及④层上部土的力学性质。

5.3 人类工程活动

坡顶填土新建堤防及堤顶道路,增加了滑坡体静、动荷载;背水侧水塘系近期开挖,地表水渗流至河水通道使滑坡体处于饱水状态;上游500 m处洪河裁弯取直,改变了泄流条件,水流冲刷力和冲击力增加,河床表层土为淤泥质中粉质壤土抗冲刷能力差,使剪出口临空,打破了滑坡体原有平衡。

5.4 降雨

2014年秋汛期研究区河水位暴涨,致使地下水位上升,对滑坡体产生浮托力和静、动水压力,从而增大滑体下滑力,加剧坡体变形。

6 滑坡破坏机制分析

边坡失稳的破裂面形状按土质和成因不同而不同,粗粒土或砂性土的破裂面多呈直线形,滑带土为轻粉质砂壤土,边坡破坏时破裂面近似平面,断面近似直线(图1)。

图1 HP1特征剖面Fig.1 Characteristic profile of HP1

在不利因素的诱发作用下滑坡体剪出口可能发生失稳破坏,其破坏机制为:在2014年秋汛期持续强降雨作用下,河水暴涨,地下水排泄无通道滞留在滑坡体内,一方面使得滑体的重度增加,加大下滑力;另一方面,地表水在后缘裂隙汇集形成静水压力,滑带土饱和软化,岩土体力学性质降低,形成渗透压力和向上的浮托力,使滑块抗滑能力大大降低,在河水骤落前缘陡坎提供有利的临空环境下,滑坡体可能沿剪出口被水平推出,发生失稳破坏[2](图2)。

图2 HP1滑坡受力示意图Fig.2 Force sketch map of HP1 landslide

已知滑体ABC重量W,滑面的倾角为α,φ为滑带土体内摩擦角。显然,滑面AC上由滑体的重量W=γ(ΔABC)产生的下滑力T和由土的抗剪强度产生的抗滑力T′分别为:

T=W·sinα,T′=Wcosα·tanφ+c·L

则此时边坡的稳定程度或安全系数Fs可用抗滑力与下滑力来表示,即:

HP1为近似砂性土边坡,饱水工况下取c=0,其安全系数表达式则变为:

从上式可以看出,当α=β时,Fs值最小,说明边坡表面一层土最容易滑动,这时即:

当Fs=1时,β=φ,表明边坡处于极限平衡状态。当滑带土富水后内摩擦角减小至临界值,滑坡开始起动,滑面强度迅速降至动摩擦强度,因而滑块可作快速运动,滑块滑出的同时,拉裂缝中充水高度和滑面上扬压力随之迅速消散、降低,滑块也因此而迅速减速制动,后缘陷落带的宽度反映滑体滑出的距离。

7 滑坡治理的措施建议

滑坡治理的常用方法一般是削坡减载、坡脚压重及设抗滑桩等。研究区曾进行坡脚抛石压重处理,但仍发生蠕滑,综合研究区工程地质条件结合HP1、滑坡发展历史及成因,对滑坡治理提出以下建议:

(1) 对滑坡段堤防进行退建达到减载的目的。

(2) 增设导渗排水沟井,降低坡体的地下水位,避免坡面上部积水。

(3) 采取粉喷桩、搅拌桩等措施增强④层土强度和人工填土的密实度;削减滑坡及其附近边坡部位③层土厚度。

(4) 采用黏性土对堤防背水侧水塘及水沟进行回填并夯实处理,阻断其地表水向洪河的排泄通道。

(5) 在HP1坡面设置抗滑桩,抗滑桩应进入⑤层淤泥质中粉质壤土底部(HP1附近对应进入高程9.5～10 m)。

以上治理措施应进行技术经济比较,优选治理方案。

8 结语

通过上述分析可以发现,研究区内河道滑坡受洪河工程地质、水文条件决定,滑坡发育于上覆第四系轻粉质砂壤土内,滑坡近期变形显著,表现出加速蠕滑的趋势。持续强降雨及河水位暴涨骤降是诱发滑坡失稳破坏的主导因素。滑体刚度小,厚度薄,治理时不利于支挡力的转递,因此采用工程治理措施必须综合考虑滑体的整体和局部稳定性,需多级支挡方能有效,避免因治理措施不当而造成防滑效果不佳[3]。

[1] 姜焕光.清淤工程河岸滑坡成因分析和处理措施[J].浙江水利科技,2003(5):41-42.

[2] 孟永东,徐卫亚,田斌,等.深切峡谷河道滑坡灾害影响的水动力学分析[J].岩土力学,2011,32(3):927-934.

[3] 仲静文,徐甲存,曹建军,等.某河道滑坡勘察工程实践探讨[J].城市道桥与防洪,2015(9):121-122.

(责任编辑：陈文宝)

Analysis of River Landslide Investigation and Treatment in the Case ofLandslide about Hong-river Main Dike

HUANG Jiang, LI Jianxiu, WANG Yueheng, YU Xiaoming

(HuaiheRiverPlanningandDesignInstitute,Hefei,Anhui230000)

Taking the Hong-river landslide as an example,this paper analyses the causes of landslides,explores prevention scheme,provides important reference significance. for the related engineering design and construction.

Hong river; river landslide; geological investigation

2016-05-16;改回日期:2016-05-31

黄江(1984-),男,工程师,工程地质专业,从事勘测方面工作。E-mail:80771909@qq.com

P642.22

A

1671-1211(2016)03-0506-04

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.03.059

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20160530.0937.008.html 数字出版日期:2016-05-30 09:37