张永康
(中铁西北科学研究院有限公司,甘肃 兰州 730000)
青海省省道S 101线西(宁)—久(治)公路是青海省南部的重要省道公路,地处青藏高原山区,沿线地形起伏大,地貌变化大,地层岩性差,地质构造复杂,褶皱和断裂极发育,滑坡病害极发育[1]。龙穆尔沟DH4-2滑坡位于路线里程K339+090~K339+157段,2002年11月,经公路勘察后设计以路堑形式于滑坡的前部通过,削弱了滑坡前部抗力,施工完毕后,2005年8月滑坡中部距路线25 m处出现一条长约20 m的裂缝,滑坡两侧出现羽状剪切裂缝,路堑坡脚出现了鼓胀裂缝,滑坡的典型外貌已经形成,一旦各种不利因素齐集,即有可能大动致路线中断甚至产生安全事故,建设单位随即组织相关单位对该滑坡重新勘察设计,方可成功治理该滑坡。
DH4-2滑坡位于龙穆尔沟东岸,所在山坡自然坡度较平缓,后部为一基岩陡壁,滑坡前部发育龙穆尔沟东支沟,支沟走向SW35°。滑坡顺路线方向宽67 m,垂直路线方向长125 m,最大厚度8.0 m,主滑方向为SW82°,体积约4.2×104m3,为小型堆积层滑坡,如图1所示。
图1 滑坡全貌
本区属中高山区,构造作用以剥蚀切割为主,冲沟发育,滑坡自然坡度前部25°~30°,后部40°~45°[2]。
地层主要为:第四系崩坡积、残坡积黏土,第三系渐新统紫红色泥岩、泥质粉砂岩,白垩系下白垩统红色砂岩、砂砾岩。
(1)第四系堆积层:主要为褐红色砂黏土,硬塑-半坚硬,成因为崩坡积、残坡积,主要分布于山坡表层,堆积于缓坡地带[2]。
(2)第三系渐新统紫红色泥岩、泥质粉砂岩夹中厚层砂岩:岩石固结度低,成岩性差。龙穆尔沟东岸岩层产状为:NW40°~65°/NE6°~12°。
(3)白垩系下白垩统红色砂岩、砂砾岩:主要分布于拉家寺断裂F2以北,岩石坚硬,强度较高,支持高陡的边坡。受断裂影响,节理、裂隙发育。
2.3.1 特殊的岩土性质
DH4-2滑坡为堆积层滑坡,崩坡积、残坡积成因地砂黏土堆积层下伏第三系泥岩,地表水下渗至泥岩(相对隔水)顶面后聚集,使泥岩顶面地层软化,诱发滑坡滑动[3-4]。
2.3.2 强烈的构造是内部条件
DH4-2滑坡路段位于拉家寺断裂F2、南北向断裂F6、北北西向断裂F7交汇(图2)地带,构造强烈,岩体节理、裂隙发育,有利于地表水的下渗,对软化滑动面、促使滑坡提供了有利条件[3]。
图2 滑城区地质构造纲要图
2.3.3 特殊的高原气候
滑坡区地处青藏高原东南部夏凉冬寒半干区,秋冬季多降水。因岩体节理裂隙发育,地表水下渗后,冬季泥岩及其上堆积层发生冻胀,翌年夏初消融,使堆积层与泥岩接触带产生泥化,物理力学指标降低,促使表层堆积层向下蠕动,至冬季再冻结,周而复始,致使滑体不断蠕动下滑。
2.3.4 滑坡前部削方和暴雨加持
公路以路堑形式在滑坡前部通过,削弱了坡体下部的抗力,严重影响了DH4-2滑坡的稳定性。另外,2005年8月当地暴雨,地表水下渗致使滑体含水量在短时间内迅速提高,滑体重量和下滑力增大,坡体孔隙水压力增大,有效应力降低,滑带土物理力学指标降低,抗滑力减少,在暴雨中滑坡后缘张裂缝中充水,形成的静水压力使下滑力增大,浮托力使滑体对滑床的正应力减小,从而使摩阻力降低,最终诱发滑坡变形[5]。
该滑坡规模小,变形特征明显。根据各滑坡当前的变形状态及当地实际情况,拟采用支挡工程结合截排水措施的方案处理。
支挡工程位置滑坡推力采用传递系数法进行计算,该方法为规范推荐[6],应用广泛且经实践证明行之有效,其计算图示如图3所示。
图3 剩余下滑力计算图示
计算公式如下:
式中ψi=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanφi
Ti、Ti-1——第i和第i-1滑块剩余下滑力(kN/m);
FS——安全系数;
Wi——第i滑块的自重力(kN/m);
αi、αi-1——滑面倾角(°);
ψi——传递系数;
φi——滑面内摩擦角(°);
ci——滑面岩土黏聚力(kN/m);
li——第i滑块滑面长度(m)。
经三种工况下分别计算分析,并与主动土压力对比,取最大值作为控制推力,根据计算结果,于滑坡前部设抗滑桩以平衡滑坡推力(图4)。
图4 治理工程平面图
针对滑坡地表水、地下水均较丰富的特点,于滑坡体后部泉水出露处以下设置一道截排水沟,将自然沟内的水排至龙穆尔沟东支沟内,桩间设仰斜排水孔疏排地下水。
滑城防治工程于2006年11月正式交付施工。在配合施工过程中,秉持“信息化施工、动态设计”的思想,对各项工程措施开挖揭露地层逐一核对,以调整设计使其更加符合实际[7]。第一批抗滑桩井开挖即发现,桩位处滑带软弱层埋深比勘察时增大1.5~2.6 m。经取样分析知其原因有二:①勘察期间仅布设2条地质剖面,钻孔揭露地层广度和精度有限;②第三系红层泥岩水理性较强,软化系数在0.03~0.06。饱水状态相对于干燥状态强度衰减达95%以上,即使相对于天然状态,其强度衰减也在85%以上。红层泥岩是一套相对不透水和弱透水地层[8],抗水性差,持水性强,DH4-2滑坡体含水量较高,在各种不利因素影响下,地层逐渐软化并向下发展。此时原设计抗滑桩锚固段难以提供足够的反力,需及时调整设计。结合当时的施工条件,经充分计算分析,同时节约钢材和水泥等材料,将原设计的普通抗滑桩变更为锚索抗滑桩。其余工程现场条件与原设计基本吻合。
滑坡防治工程于2009年10月实施完毕并交付验收,至今已逾13年,据跟踪调查,滑坡未见进一步变形,路线运营正常,治理效果显著,如图5所示,总结其成功经验,可得到以下启示:
图5 治理工程断面图
(1)本区域的第三系红层泥岩水理性强,软化系数低,沿此套岩层顶面滑动的滑坡,滑带土往往向下发展,滑坡防治设计工作者应有一定的前瞻性,预料到这种情况,抗滑桩锚固段应适当考虑延长。
(2)防治滑坡时,施工揭露滑面埋深与勘察时相比往往有变化,主要原因是勘察钻探揭露地层的广度和精度有限,也有可能是特殊的地层在开挖扰动、地下水作用、自然环境改变等条件下发生变化,致使原设计防护工程不能满足实际需求而不得不调整设计方案,本案例再一次证明配合施工的重要性,以及防治滑坡“信息化施工、动态设计”思想的正确性。