山麓斜坡堆积体滑坡稳定性分析及处治方案研究

骆作辉

(甘肃公路航空旅游研究院有限公司,甘肃 兰州 730000)

0 引言

本高速公路受地形地貌、地质条件、沿线保护区、重要城镇规划等控制点因素影响,路线布设走廊唯一,而路线走廊带内滑坡等不良地质发育,路线绕避困难,因此,经济合理的滑坡处治方案就成为本项目设计中的一个重点,合理的处治方案不仅能预防滑灾害,快速稳定滑坡,而且能节约防治工程费用:反之,不合理的防治方案将不能根治滑坡,留下工程隐患,增大投资规模,甚至会贻误滑坡防治的时机,增大滑坡灾害的影响范围,影响公路使用和运营安全,造成灾害。因此在滑坡防治设计时要根据防治对象的要求,分清主次,因地制宜,灵活应用各种防治技术综合治理[1-3]。

1 工程概况

该滑坡位于拟建项目K69+560—K70+000段左侧斜坡,纳纳河南西侧岸坡,经卫片解译及工程地质调绘等工作显示为一老滑坡,该滑坡主要沿土岩界面变形、错动,滑坡体纵向长约280 m,中部横宽约175 m,滑体厚度约5 m～7 m,平均6 m,体积约24.3万m3,据现场调查访问,该滑坡早期活动在数十年前,近期活动迹象不明显,拟建项目以纳纳河1号特大桥的形式从滑坡前缘通过。滑坡区域平面图见图1。

本项目主要以滑坡变形区域为中心进行勘察,勘察区域主要包括滑坡体变形、失稳可能形成的危险区、后缘可能拉裂变形区等,采用工程地质调绘、勘探、物探、室内土工试验等综合勘察手段基本查清了滑体的工程地质特征[4-5]。

2 地质概况

2.1 地形地貌

该滑坡位于纳纳河南侧岸坡,为山麓斜坡堆积坡洪积扇地貌,斜坡地形,呈现南高北低的折线形坡面形态,斜坡地形坡度约10°～15°。平面形态呈上窄下宽的舌状,周界特征明显,滑坡后壁较陡,滑坡两侧以倾向滑坡中心的坡状地形,形成两侧高、中间低的横向地面形态。现滑坡前缘及中部被改造形成平台状耕地,滑坡前缘有纳纳河通过,受滑坡体前缘挤压,河道扭曲婉转,同时也不断下蚀、冲刷滑坡前缘,导致滑坡前缘坡肩出现零星滑塌。滑坡区高程介于2 660 m～2 710 m,相对高差约48 m。

2.2 地层岩性

2.3 地质构造与地震

滑坡区附近分布多条孕震断裂,所在禾驮镇地区属于甘肃地震活跃地区,近数十年来地震活动频繁,震级整体均偏高,根据1/400万GB 18306—2015中国地震动峰值加速度区划图、1/400万GB 18305—2015中国地震动反应谱区划图,项目区抗震设防烈度为7度,地震动峰值加速度为0.15g,反应谱特征周期值为0.45 s。

2.4 地表水及地下水

除上述地下水类型外,斜坡前缘纳纳河河谷区地下水类型为沿河谷呈带状分布的第四系松散岩类孔隙潜水,含水层为圆砾、卵石等,含水层厚度大,富水性较好,纳纳河为区内最低侵蚀基准面,也为前述斜坡区地下水运移下泄的主要方向。

3 滑坡稳定性分析

3.1 定性分析

该滑坡为一老滑坡体,自早期滑坡失稳下挫变形后,斜坡体坡度进一步放缓,同时斜坡内部因卸荷变形导致新的应力重分布形成,滑坡体已进入停滑、稳定期;根据现场调查访问,该滑坡体表多年来均作耕地耕作,未产生强烈变形现象,仅在2013年地震后滑坡体产生弱变形,坡表产生多道裂缝,此后均未发现有继续变形迹象,裂缝等痕迹也逐渐受耕种、表土充填而逐渐消失,平时仅在滑坡前缘受河流冲刷掏蚀,前缘沿坡肩处零星发生滑塌[6-7]。

因此,本次勘察认为该滑坡体目前在天然状态下整体处于稳定状态,但值得注意的是滑坡区所属岷县地区属地震活动活跃地区,区内分布多条孕震断裂,近十年来地震活动频繁,震级整体均偏高,仅2013年岷县地震就造成滑坡体出现裂缝等变形情况,同时由于气候变化,西北内陆地区近年来进入降水密集时期,暴雨、连续降雨频发;这一系列的条件均有利于停滑阶段的滑坡再次复活活动,对于即将处于建设施工期及运营期的拟建项目产生威胁。

同时,随着拟建项目的建设,拟建工程于滑坡前缘的开挖、建设活动将削减前缘被动土压力,造成前缘土体阻滑作用弱化,再次改变滑坡内部应力分布,对滑坡稳定性产生不利影响,可能造成滑坡再次复活发生并失稳变形、滑动破坏,威胁拟建项目的安全。

3.2 定量计算

结合滑坡规模及滑动变形位置以及路线方案的开挖部位,选取1-1′典型断面,滑裂面为折线形滑面,采用传递系数法进行计算,根据JTG D30—2015公路路基设计规范[8]中滑坡稳定性分析要求,并结合滑坡特征计算天然、暴雨、地震三种工况下滑坡体的稳定性。滑坡计算剖面详见图2。

1)滑体及滑带参数取值。本次勘察滑体及滑带土根据现场大容重试验确定,同时采取试样进行了剪切试验,因抗剪强度参数的试验是根据钻孔中滑带土实验室扰动重塑后再进行的直剪试验,其抗剪强度参数受人为因素的影响较大,尤其重塑后其土体结构已完全破坏,实验参数与实际情况有一定差距。因此,本次计算参数结合试验,根据滑坡现状稳定性系数反演的参数结果,结合当地工程经验,最终确定滑坡滑面的计算参数的综合取值如表1所示。

表1 岩土物理力学参数推荐值表

2)地震作用参数取值。滑坡区为地震活动活跃地区,本次稳定性计算仅考虑水平地震作用,地震动峰值加速度取0.15g,地震作用综合系数取0.25,地震重要性系数取1.7。

3)稳定性标准及安全系数取值。根据公路等级、滑动破坏危害性以及对诱发的各种因素了解程度,滑坡稳定安全系数取值:正常工况下安全系数采用1.30,非正常工况Ⅰ下采用1.20,非正常工况Ⅱ下采用1.10。

滑坡稳定性状态评价见表2。

表2 滑坡稳定状态划分

4)稳定性计算结果与评价。按上述计算工况及参数取值对滑坡稳定性分别进行了各种工况下的稳定性计算,计算结果见表3。

表3 处治前稳定性计算及剩余下滑力计算结果一览表

计算结果表明:滑面1在各工况下均处于稳定状态;滑面2在正常工况下处于稳定状态,在非正常工况Ⅰ(暴雨)下处于基本稳定状态,在非正常工况Ⅱ(地震)下处于欠稳定状态。

通过定性分析及定量计算,该滑坡在地震工况下处于不稳定状态,需对该滑坡进行处治[9]。

4 滑坡处治方案

公路滑坡处治优先考虑路线避让原则,特别是对稳定性差的大型、巨型和性质复杂的滑坡及多个滑坡连续分布的地段;当滑坡规模小、边界条件清楚,防治工程方案技术可行、经济合理时,路线可选择在有利于滑坡稳定的安全部位通过;路线通过稳定的滑坡时,应避免在滑坡中、后部填方或在滑坡前部挖方。

4.1 路线平纵优化

本滑坡在处治过程中,优先考虑优化线位,在满足路线平纵指标的前提下,尽量使平面线位向滑坡前缘偏移,以填方路基反压的形式通过滑坡前缘。其次,在纳纳河1号桥0号桥台高度不超限的前提下,尽量抬高路基设计标高,增加滑坡前缘路基反压土方量的同时,降低了滑坡段之前边坡的开挖高度,减小了开挖面的面积,同时增加了滑坡段及挖方路堑段的安全稳定性,路线纵断面对比优化见图3[10-12]。

4.2 支挡防护+截排水综合治理

在充分优化路线平纵后,对本滑坡采取支挡+反压+截排水综合处理措施,经计算,路基反压后,滑面2在正常工况下处于稳定状态,在暴雨及地震工况下处于不稳定状态,需设置支挡防护,初步拟定在路基左侧1 m处设置一排抗滑桩,布置断面见图4,经验算,在正常、暴雨、地震三种工况下桩前剩余下滑力分别为531.2 kN/m,652.7 kN/m,564.8 kN/m,计算结果见表4,经计算桩后土体剩余下滑力在三种工况下均小于0,说明抗滑桩能抵挡桩前全部抗滑力时,桩后土体处于状态稳定,故采用暴雨工况下最大桩前下滑力652.7 kN/m进行抗滑桩设计,经验算,直径2 m圆桩满足规范相关要求,并且便于施工且具有较好的经济效益。

经过定性分析及定量计算,最终确定该滑坡处治方案为:在K69+560—K70+000段路基左侧2 m处设置1排圆形埋入式抗滑桩,桩径2 m,桩长18 m,其中进入砂质板岩9 m,粉质黏土层中桩长9 m,平面布置形式前段与路线走形平行,后段与滑坡主滑方向垂直;路线以填方路基反压的形式通过路基前缘,增加阻滑段的抗力;沿滑坡轮廓线上缘设置两道截水沟并接入路基排水系统,防止坡面汇水通过滑坡后缘拉裂缝及土体裂隙渗入土岩交界面,软化土岩交界面,降低滑坡体稳定系数;在纳纳河左侧河岸靠近桥头段设置驳岸墙,防止水流对路基下边坡的冲刷与掏蚀[13-15]。

表4 处治前后稳定性计算及剩余下滑力计算结果一览表

5 结语

充分详实的地勘资料是制定滑坡处治方案的前提,滑坡勘察阶段要通过地质调绘、勘探、物探等勘察手段,得到滑坡区域内地形地貌、地层岩性、地质构造与地震活动、地表水及地下水等一些滑坡基本特征;然后结合现场试验及室内土工试验等方法,确定滑体及滑带的岩土参数。高速公路滑坡处治首先应遵循绕避原则,当滑坡不可绕避时,应充分优化线位,使线位在利于滑坡稳定的安全部位通过,避免在滑坡中、后部填方或在滑坡前部挖方。通过定性分析及定量计算的手段,分析滑坡的稳定性,当滑坡稳定性不满足规范要求时,在滑坡阻滑段,覆盖层较薄的部位设置抗滑支挡防护。最后结合滑坡区域的地形地貌,完善滑坡区域排水措施,如在滑坡体后缘、错台处设置截水沟,路堑段一级边坡设置仰斜式排水管等排水措施,使其与路基排水构成完善的排水系统,确保滑坡体及路基的安全稳定。