基于理正边坡软件的某边坡塌方原因分析及工程治理

田 野, 罗 飞

((湖北省城市地质工程院,湖北 武汉 430072)

基于理正边坡软件的某边坡塌方原因分析及工程治理

田 野, 罗 飞

((湖北省城市地质工程院,湖北 武汉 430072)

在分析某边坡岩土工程特性的基础上,阐述边坡在开挖过程中发生塌方的原因,以理正边坡综合治理软件为基础,结合工程实际特点提出采用回填压实造坡和坡脚挡墙的治理方案,经分析,地下水入渗和人类不合理的工程活动是造成边坡塌方和滑移的主要原因。方案实施后,取得了较好的工程效果。

边坡;塌方;原因分析;治理

1 工程概况

某工厂拟在厂区内以一处低洼地为基础进行开挖形成一个深大的堆碴处,由于碴堆底部要做一系列防水、防渗等特殊处理,需保证将坡体由54.0 m开挖至33.0 m的标高,坡体开挖最大高差达到21 m。拟建开挖边坡位于厂区西北部(现污酸堆场东部)、长乐山南麓,其西侧紧邻武九铁路,南侧紧邻厂区铁路,北侧有简易道路,西北侧为马泉庙。拟建场区属山前剥蚀地貌单元,场地地势表现为东高西低,现为垃圾堆场,场地地面标高在37.44～56.47 m(图1)。

图1 工程平面图Fig.1 Engineering plan

2 边坡地质环境条件

工程区属亚热带大陆气候,四季分明,最大年降雨量2 360.0 mm,年平均降雨量1 420.2 mm,历年平均降雨日133 d,多集中在4—8月。

场区大地构造位置属扬子准地台下扬子台褶带西端Ⅳ级构造单元,该单元是以北西向襄阳—广济断裂、北东向梁子湖断裂和东西向的鸡笼山—高桥断裂所围限的三角地块。场地在钻探深度范围内出露的地层主要是三叠系石灰岩及其残积形成的粘性土、人工堆积填土。

该场地地下水主要为上层滞水,赋存于第①层填土中,其补给来源为大气降水及地表散水,无统一自由水面,水量大小随季节变化。测得场地稳定水位为地面以下1.50～16.30 m。据区域水文地质资料显示,地下水年变化幅度2.0 m左右。第①层填土透水性较强;第②层粘性土透水性极弱,可视为不透水层,为场地相对隔水层;第③层石灰岩因岩溶裂隙发育,含水性、透水性较强。

3 边坡特征分析

3.1 形态特征

坡体平面形态上宽下窄,轴向西北—东南向,坡向约154°,主体长度约为40 m,后缘宽度123 m,前缘最大宽约100 m,厚度约为6 m,体积约1.2×104m3。

3.2 结构特征

根据现场勘察资料,坡体物质主要由以下四层构成:

③ 中层为强风化岩石或风化残坡积土,分布于整个坡体上。

④ 石灰岩(T),青灰、灰白色,隐晶质结构,块状构造,岩石致密坚硬,裂隙较发育,岩体较完整,岩芯多呈短柱、中柱状。岩质坚硬,属坚硬岩,岩体基本质量等级为Ⅱ级。顶板埋深约为18～27 m。

3.3 变形特征

在场地平整后,业主方在没有任何支挡加固措施的情况下,采取1∶1一坡到底的开挖方式从54.0 m直接开挖至33.0 m,切坡高度达到21 m,之后挖方边坡土方局部或大面积发生塌方或滑塌现象。坡后侧出现临空滑裂面,坡体中后部拉张裂缝宽1.6 m,延伸长约50 m,垂直错距最大约2 m,两侧周界剪切裂缝断续延伸,裂缝宽20～40 cm,有进一步贯通趋势,裂缝出口位于坡脚下部并伴有小规模滑塌。坡顶临近一废旧厂房因滑塌造成基础出露(基础埋深约3 m),厂房楼板内出现平行于坡体走向的裂隙,裂隙长约10 m,缝宽3～5 cm。

3.4 类型分析

根据边坡的物质组成、厚度、体积、成因属性及运移方式等,分析坡体类型,从而为治理提供依据。根据地层资料,岩土体自上而下分别为杂填土、残坡积含碎石粘性土、强—中风化岩和完整基岩,按坡体的组成物划分属基岩类浅层边坡体滑移。本边坡是由于不合理开挖切坡,形成外倾临空面,加之强降雨和过往车辆震动影响,下部先滑,使坡体上部岩土体失去平衡而变形滑动,横向张性裂隙发育,表面呈陡坎状,从力学性质角度和运动形式来分析属牵引式滑移。

4 边坡塌方成因机理分析

边坡塌方的产生受多种因素的综合影响。本边坡产生的主要因素有以下几方面:

4.1 地质环境因素

坡体位于山前剥蚀地貌单元,为一凸型坡,地形上缓下陡,上部地形坡度20°～30°,下部受工程活动切坡影响,前缘形成了高约21 m,坡度约50°的陡坡,这样的地形地貌条件为坡体的变形提供了有利的临空条件;滑坡体物质主要为结构疏松的残坡积含碎石粘性土及风化基岩碎块,这样的岩土体结构特征,工程性质差,透水性好,有利于地表水的下渗。厚层的松散碎石粘性土、基岩碎块,为塌方的形成提供了物质基础。这是塌方形成的重要内在因素。

4.2 降水因素

降雨是影响边坡稳定性及诱发边坡失稳的最主要外界条件之一。工程区年平均降雨量1 420.2 mm,历年平均降雨日133 d,雨量充沛。密集而强烈的降雨,使得该区产生了丰富的地表水,在未采取有效的降、排水措施情况下,地表水大量渗入,增加了岩土体容重,增大了下滑力,降低了岩土体的内聚力,改变了岩土体的力学强度,降低了岩土体抗滑能力,诱发塌方的产生。

4.3 人类工程活动

主要表现为开挖切坡,形成高约21 m的陡坎,坡度约45°,为塌方的形成提供了较好的临空面。坡体内部应力释放,破坏了原边坡的稳定平衡,边坡坡体本身植被覆盖率底,还存在经常性的车辆震动影响,一旦岩土体强度或结构条件发生变化,地表水入渗,下滑力大于抗滑力即产生滑移或塌方。这是塌方形成的外在因素之一。

图2 设计计算界面Fig.2 Design interface

图3 稳定性计算条分图Fig.3 Calculation slice of profile stability

5 边坡设计计算

本工程设计以理正边坡综合治理软件为基础,结构安全等级为一级。滑坡体按回填造坡形成的坡体进行计算,滑面取至回填土体与强风化基岩或老粘土界面处,回填压实土C=15 kPa,φ=10°,γ=18.0 kN/m3;滑床强风化基岩或老粘土C=40 kPa,φ=18°,γ=19.0 kN/m3。计算方法参照 《建筑边坡工程技术规范GB 50330—2013》,不考虑地震影响,采用拆线滑动面R/T模型计算安全系数和剩余下滑力[1](图2、图3)。

图4 稳定系数计算Fig.4 Calculation of stability coefficient

图5 剩余下滑力计算Fig.5 The calculation of remaining sliding force

根据计算结果显示,塌方回填造坡后形成的滑坡体在没有支挡措施的情况下,整体稳定性系数为1.067,属于不稳定或欠稳定状态(图4)。按照规范安全系数,计算得到的剩余下滑力为169 kN/m(图5)。在增加挡墙治理措施,并考虑坡顶30 kPa的荷载,剩余下滑力为0时重新计算得到的整体稳定性系数>1.35,说明挡土墙可以成为本工程有效的治理措施。根据对挡土墙的验算,挡土墙抗滑移、抗倾覆及承载力等均满足规范要求。

6 边坡塌方治理

本塌方边坡治理方案为:坡顶锚杆+坡面回填压实+坡脚挡土墙(图6)。

6.1 放坡

由于塌方造成坡面土体破坏,本工程首要措施采取回填压实造坡,通过坡面回填形成三级坡面和平台,一级坡高6 m,坡比1∶1,二级坡高6 m,三级坡高6.5 m,二、三级坡比均为1∶1.75,平台宽3.0 m。坡面进行挂网喷砼处理,网喷砼厚80 mm,强度C20,钢筋网采用Φ6.5 mm@250×250,放坡面层按剖面设计要求打入土钉,土钉选用长1 m、直径为Φ16的钢筋,纵横间距1.5 m×1.5 m。坡面设置直径50 mm,长度约1.0 m的PVC泄水管,纵横间距3 m×2 m。

6.2 锚杆

考虑到坡顶要修建道路,在一级坡面设置三排锚杆,第一排设置离地面1.5 m处,锚杆水平垂直距离均为1.5 m,锚杆长度为15 m且锚杆进入稳定岩土层≥5 m。锚杆都选用HRB400Φ25,倾角为15°进行布置,开孔直径为150 mm,浆体材料为42.5R水泥净浆,水灰比1∶0.45～1∶0.50,锚杆腰梁由一根14B槽钢组成。

6.3 挡墙

6.3.1 挡墙基础

本工程挡土墙为重力式挡土墙,挡墙高5 m(基础1 m),顶宽1.8 m,基础埋置于强风化层中。

6.3.2 材料

(1) 挡土墙用毛石混凝土浇筑,毛石应选用坚实、未风化、无裂缝洁净的石料,强度等级不低于MU30;毛石尺寸不应大于所浇部位最小宽度的1/3,且≤30 cm,表面如有污泥、水锈,应用水冲洗干净。每层浇筑砼厚度≤30 cm,块石上下之间不得叠置,应有10 cm以上的间距。最终混凝土浇筑层面应有10 cm素砼覆盖。混凝土强度等级为C15。挡土墙每隔15 m设一条伸缩缝,缝宽30 mm,内填浸沥青杉木板。

(2) 挡土墙上部用M7.5水泥砂浆抹面,厚度≥30 mm,挡土墙墙后回填Φ值较大、透水性较好的砂性土或碎块石土,填土分层夯实,填方前应清楚坡面杂物、植被,每填30 cm压实一次,压实度>90%,避免振动施工;排水孔后做好滤水层,以防泥沙淤塞,排水孔下铺设≥300 mm厚粘土隔水层,隔水层需充分夯实;排水孔水平间距为2 m,竖向间距为3 m,孔径为110 mm,进水端采用土工布过滤。

(3) 挡土墙基础埋深1 m,基础全面开挖时,应采用分段开挖。开挖一段,立即浆砌、回填一段。

6.3.3 其它

(1) 挡土墙伸缩缝每隔10～20 m设置一道,缝宽为30 mm。

(2) 挡土墙泄水孔成梅花状上下左右交错,最后一排泄水孔的出口高出地面≤0.5 m。泄水孔向外倾斜5%并在墙背泄水孔附近做好滤水层。

图6 典型剖面图Fig.6 Profile of typical area

(3) 挡土墙回填采用透水性较好的残积粘土,边回填边夯实,压实系数≥0.90。

(4) 对于超深部分挖至持力层后平整,然后采用C15毛石混凝土填至设计标高。

7 治理效果与结论

本边坡治理工程己竣工1年多,边坡位移得到有效控制。根据治理施工期间和治理后半年的监测数据显示,最大水平位移在1 cm以内,未出现新的滑移或明显沉降。通过坡顶排水沟的设置,有效地防止地表水对坡体的影响,整个塌方后边坡治理取得了较好的效果。后期随着矿碴的填埋,坡体将得到压脚加固,稳定性也将更加提高(照片1、照片2)。

照片1 治理前边坡Photo 1 The slope before treatment

照片2 治理后边坡Photo 2 The slope after treatment

根据本工程可见,地下水入渗和人类不合理的工程活动影响是造成边坡塌方和大面积滑移的主要原因,在类似地质灾害治理中应引起重视。同时采用回填、压实修坡+坡脚挡墙的方法是处理边坡塌方的有效措施。在此类工程的治理设计中应注意回填坡度要根据稳定性验算获得,宜将挡墙后回填坡与挡墙分开进行设计验算,将回填坡以剩余下滑力的形式作用在挡墙上对挡墙进行设计,即做给定滑面的稳定性验算更贴近本工程的实际情况。理正边坡综合治理软件可以达到将工程治理措施与治理后坡体稳定性结合进行验算的效果,具有较好的实用性。本工程可为类似边坡塌方工程治理提供一定参考。

[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑边坡工程技术规范:GB50330—2013[S].北京:中国建筑工业出版社,2013.

(责任编辑：陈文宝)

A Slope Collapse Analysis and Project Management Based on the Lizheng Slope Comprehensive Management Software

TIAN Ye, LUO Fei

(HubeiInstituteofUrbanGeologicalEngineering,Wuhan,Hubei430072)

The paper evaluates the characteristics of a slope geotechnical engineering,and the reasons for the slope collapse are analyzed.At the same time,the governance program is proposed combining with the actual characteristics of the project based on the Lizheng slope comprehensive management software.The analysis shows that the groundwater infiltration and irrational human activities are the main causes of landslides and slippage,Which should be pay attention in the similar geological disaster management.The governance program of backfill slope and the bottom of the retaining wall is proposed Through the implementation,the program achieves a better effectiveness.

slope; collapse; cause analysis; management

2016-08-29;改回日期:2016-10-10

田野(1984-),男,工程师,硕士,地下水科学与工程专业,从事基坑、地灾等方面工作。E-mail:23997194@qq.com

TU457

A

1671-1211(2016)06-0975-05

10.16536/j.cnki.issn.1671-1211.2016.06.033

数字出版网址:http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1736.X.20161109.1112.036.html 数字出版日期:2016-11-09 11:12