青岗古滑坡体前缘开挖后局部复活特征及防治

赵海松, 向 波, 邵 江, 魏安辉, 邬 凯, 张 磊, 柳 松

(四川省公路规划勘察设计研究院有限公司, 成都 610041)

我国是滑坡多发性国家,致命性滑坡多分布于黄土高原、四川盆地、云贵高原,山体滑坡常造成人员伤亡和经济损失[1-3]。根据《四川省高速公路网规划(2019—2035年)》和《重庆市高速公路网规划(2019—2050年)》,川渝还将分别新建4 100 km和2 111 km的高速公路[4]。大量的公路由盆地向周边山脉修建,受规划、线型等影响,不可避免地对古滑坡体造成扰动[5-8]。

古滑坡体成因多样,一般多由基岩顺层失稳堆积、倾倒折断滑动堆积或其他成因堆积物滑动等形成[9-11]。滑坡的复活变形成因主要是工程扰动[12]、集中降雨[13]因素诱发的。公路或其他构筑物修建对古滑坡体扰动后,常造成古滑坡体局部或整体复活,部分古滑坡体局部复活后,由于治理不及时,可能造成古滑坡体整体复活。现阶段对古滑坡的治理常采用抗滑桩、反压、锚索框架、排水隧洞等某一种或多种措施进行治理[14-19]。

2019年6月青冈古滑坡体前缘按坡比1∶2开挖高约15 m临空后,在降雨下发生前缘变形复活。在对滑坡体进行地质调查、钻探、监测的基础上,查明了滑坡体及复活区特征及成因,采用了桩板墙+反压方案对古滑坡体进行了治理,通过全过程变形监测验证了治理工程的有效性。古滑坡体前缘开挖后变形模式及治理方案,可为后续公路等工程对古滑坡体前缘开挖扰动时提供勘察设计参考。

1 古滑坡地质背景及概况

1.1 场区地质背景

场区位于四川盆地西南部,乐山市西南部,属构造剥蚀低山及侵蚀堆积地貌。场地出露及钻探揭露的地层为新生界第四系全新统滑坡堆积层、崩坡积层,第四系上更新统冲洪积层及中生界侏罗系中统沙溪庙组。其中滑坡堆积层以(含角砾)粉质黏土、角砾、碎石、整体状块石等组成,钻探揭示该层最大厚度为18.7 m。

场区地质构造如图1所示,岩体结构受地质构造影响强烈,岩体结构面结合差。岩层产优势产状318°∠29.5°,层面结合一般～差,浅表部位夹植物根系。受构造作用影响主要发育两组节理面:J1:55°～77°∠76°～85°,为主控结构面,其延伸、切深均较大,局部倒转,地表可见延伸15～40 m,切深为 3～10 m,面较平,间距为0.5～2 m,结合一般～差,裂面微张～张开,浅表可见张开宽2～5 mm,充填黏土;J2:106°～137°∠65°～70°,地表可见延伸2～5 m,切深为3～8 m,间距为0.3～2 m,面较平,结合差,微张～张开,裂隙中充填黏土。

图1 场区地貌及地质构造

场区地下水主要为松散层孔隙水及基岩裂隙水。滑坡体中上部以整体状块石为主,孔隙较发育,渗透性好,地表水入渗后,快速沿古滑带隔水层附近运移;下部以含角砾粉质黏土、角砾、碎石为主,渗透性相对较差,地表水入渗后,沿坡体内相对角砾层及古滑带隔水层运移,易导致滑带及角砾层力学参数降低。由于场区位于斜坡上,滑带上陡下缓,地下水排泄较迅速,贮存条件较差,松散层孔隙水地下水整体不发育,但下部大于上部。

基岩孔隙裂隙水赋存于砂岩孔隙、砂泥岩裂隙、层间软弱面中,主要接受大气降水补给,有的地段还可获得松散类孔隙水补给,沿砂岩孔隙、砂泥岩裂隙、层面软弱面向坡脚方向运移,在地形低洼处以泉的形式排泄,大蓝厂河为该层地下水排泄通道。场区岩层倾角中等,地下水富水性受岩性控制,主要含水层为砂岩,粉砂质泥岩为相对隔水层,无断层等导水构造,总体而言富水性不强。

可见,场区斜坡基岩顺层,层间结合差,临空后易发生基岩顺层滑动。古滑坡体中上部和下部物质成分差异大,松散层孔隙水一般沿古滑带及下部土体相对隔水层运移。

1.2 古滑坡体特征

青岗古滑坡体自然坡向约323°,整体坡度为 10°～25°,中上部相对较陡为15°～25°,下部相对较缓为10～15°。堆积体前后缘高程分别为535～592 m,相对高差57 m,平面上呈不规则长舌状,堆积体所处地段地形凸起,凸起部分宽为30～80 m,两侧为季节性冲沟,冲沟深为5～10 m,宽为10～15 m,前缘路基范围陡坎处基岩出露。堆积体上被垦为旱地,种植茶树等。

根据地面调查结合钻探成果,古滑坡体长约为200 m,宽为50～90 m,平面积约为14 200 m2,厚为7.5～18.7 m,推测平均厚约为13 m,体积约为18.5万m3。

据现场开挖、钻孔及调绘,绘得古滑坡工程地质剖面如图2所示。可见,滑体主要为含砾粉质黏土、角砾、碎石、整体状块石组成,含砾粉质黏土呈可塑状,分布于滑坡体坡表;角砾呈稍密状,分布于滑坡体中下部岩土界面附近以及滑坡体下部;碎石呈稍密状,零星分布于滑坡体下部;整体状块石主要分布于滑坡体中上部区域,堆积体下部零星分布,石质成分主要为粉砂质泥岩,其中中上部整体状块石可见岩层产状约320°∠30°。

图2 古滑坡工程地质剖面

滑带主要分布于岩土界面附近,厚为15～60 cm,以含砾黏土为主,呈可塑状,含25%～40%次棱～亚圆状强风化粉砂质泥岩、砂岩角砾。开挖及钻孔揭示该层内光滑面清晰可见(图2)。

滑床主要为侏罗系沙溪庙组砂泥岩互层,薄～厚层状,层面倾角为28°～33°,层间结合一般～差,特别是砂岩与泥岩接触部位,层间结合差。

1.3 古滑坡成因

依据场区工程地质条件,从坡体的地形地貌、物质组成入手,结合临近地区滑坡工程类比等综合分析古滑坡形成演化过程,具体如下:

1)从斜坡地形地貌看,纵向上坡体中后部发育多处缓坡平台,横向上坡体中间凸出,两侧略低,如图3所示。

图3 古滑坡平面

2)从坡体物质组成看,钻孔揭露岩土界面附近明显发育一层滑带土,光滑面明显可见;滑体中上部整体状块石可见岩层产状约320°∠30°,为明显顺层堆积未解体的基岩;前缘堆积于灰黄色第四系上更新统卵石层上,堆积长度约为40 m。

3)从地质构造特征看,场区基岩顺层,堆积体中上部岩土界线顺层面分布,可见其顺层失稳堆积可能性大。

综上判定,场区斜坡为古滑坡体,因岩体层间结合差,且受河流下切等影响,前缘逐渐临空。在外引力作用下,发生了基岩顺层滑动,前缘堆积于河流阶地卵石层上,中上部岩土界线顺层面分布。

2 复活特征及成因

考虑某公路穿越青岗古滑坡下部,对滑坡体采用1∶2.5放坡+挡墙+锚杆框架梁进行支挡。边坡开挖挖高约15 m,按约1∶2放坡后,滑坡体下部2019年6月23日发生第一次复活变形,变形量为0.2～0.8 m(图4(a)),后采用反压对其进行应急处治;2019年11月至2023年4月开挖后,坡体发生蠕滑变形,变形量为0.2～0.3 m。复活区后缘裂缝如图4(b)和图4(c)所示。

图4 复活区后缘裂缝

古滑坡下部复活区边界特征明显,裂缝已封闭成环,纵向长约为50 m,宽约为60 m,平面积约为 3 000 m2,钻孔及探井揭示厚为3.9～8.9 m,推测平均厚约为7 m,体积约为2.1万m3,主滑方向与古滑坡一致,约323°。

复活区土体以含角砾粉质黏土、角砾、碎石为主,其中角砾层为坡体内部的软弱夹层,力学参数低。降雨时地表水入渗后,沿古滑坡下部角砾层内相对隔水层运移,导致角砾层力学参数进一步降低,加之开挖临空下,诱发了古滑坡体前缘沿角砾层内部发生复活变形。

3 古滑坡局部复活后治理情况

3.1 滑坡体稳定性评价

3.1.1 定性评价及潜在变形分析

开挖后古滑坡体整体未出现开裂、变形情况,据此堆积体整体处于基本稳定～稳定状态。复活区出现变形滑移现象,处于欠稳定～基本稳定状态。

古滑坡体下部还需进行切坡开挖,届时复活区将进一步变形,甚至发生滑动失稳,此时存在牵引整个古滑坡体发生变形失稳风险,将严重威胁公路安全。此外,古滑坡体前缘开挖临空,在降雨入渗饱水软化滑带后,存在古滑坡体变形失稳风险。因此,需及时对古滑坡及复活区进行支挡,且滑坡推力应取古滑坡整体或复活区下滑力大值。

3.1.2 定量计算及支挡下滑力选择

1)滑带土参数选择。根据试验及反演情况,滑带参数综合取值如表1所示。

表1 滑带土参数

2)推力计算及选择。根据《公路滑坡防治设计规范》[20]对古滑坡整体及复活区进行滑坡推力计算。计算工况为正常工况,公路投入运营后经常发生或持续时间长的工况,稳定安全系数取1.20;非正常工况I,公路滑坡处于暴雨或连续降雨状态下的工况,稳定安全系数取1.15。

由于滑面上陡下缓,下部为抗滑段,拟于滑坡前缘设置支挡。根据表2计算结果,支挡位置滑坡推力取大值,即古滑坡整体非正常工况I下滑力833.62 kN/m,下滑力角度为1.3°。

表2 支挡位置下滑力

3.2 防治方案

青岗古滑坡前缘复活后,应急治理措施为前缘反压,反压体高约为8 m,坡比约为1∶3,方量约为3万m3,反压后坡体稳定(图5)。

图5 监测点变形曲线

滑面上陡下缓,对滑坡体下部抗滑段位置设置支挡措施,根据下滑力计算成果,支挡位置处下滑力为833.62 kN/m,下滑力角度为1.3°。综合下滑力大小及场地施工条件,采用桩板墙+反压方案进行支挡,抗滑桩采用圆桩,直径为2.5 m,间距为 5 m,桩长为25 m。抗滑桩高出地面为4～10 m,桩间进行外挂板,桩板墙后进行反压。桩板墙方案于2020年4月底开始施工,6月底施工完成。桩板墙支挡位置平面见图3,断面见图2。

结合设计方案,施工快速响应,抗滑桩采用旋挖施工,加快了工程进度,暴雨季节来临前完成了工程治理,防止了古滑坡体进一步变形。

3.3 治理效果监测

青岗古滑坡下部2019年6月23日复活变形后,对坡体设置了1条监测断面,3个监测点进行地表位移监测,监测点位置如图3所示。监测方式采用全站仪监测,监测频率根据降雨及施工情况,为 1～15 d/次。

根据监测成果显示(图5),复活区外的J1点变形曲线收敛,无明显变形;复活区上的J2、J3监测点2019年11月以来受开挖影响,坡体再次发生蠕滑变形,其中2020年3月10日突变约8 cm,4月1日突变约11 cm,变形方向约为323°,至2020年4月底抗滑桩施工开始时累计变形为0.2～0.3 m。2020年6月治理工程完成后,坡体变形曲线收敛,坡体无明显变形。由此可见,桩板墙+反压方案对滑坡体治理后滑坡处于稳定状态。

4 结论

青岗古滑坡体为基岩顺层失稳堆积形成,下部土体以力学参数低的角砾土、含砾黏土为主,在开挖及降雨诱发下古滑坡体前缘发生失稳复活。

青岗古滑坡体下部复活后,不仅需要考虑复活区滑坡推力,还应考虑整个古滑坡体滑坡推力,两者需取大值进行古滑坡体治理设计。同时设计方案应考虑工程时效性、施工快速性,防止古滑坡体整体发生复活变形。

古滑坡体下部开挖应先进行预支挡。若古滑坡下部复活后,反压是对古滑坡体下部复活应急治理的经济有效手段;桩板墙+反压方案可对古滑坡体及复活区进行有效治理。