杨柳垭滑坡应急处置工程实践
2011-12-13肖进
肖进
(四川建筑职业技术学院,德阳 618000)
杨柳垭滑坡应急处置工程实践
肖进
(四川建筑职业技术学院,德阳 618000)
以杨柳垭滑坡应急处置为例,研究控制推移式滑坡体变形成灾的途径。从变形特征、工程地质、处置过程和工程措施4个方面分析其应急措施。现场监测和数值模拟对各项工程的效果检验表明,推移式滑坡抢险可通过后缘减载、前缘堆载、抗滑桩和地表截排水,进行治理。
杨柳垭;推移式滑坡;应急处置;数值模拟
近年来,重大滑坡灾害发生频繁,危害巨大,仅四川省境内,2004年发生了宣汉天台乡特大型滑坡,2005年丹巴县城后山滑坡险些使整个丹巴县城遭受毁灭性打击,2006年的绵阳白什乡滑坡出现剧烈的变形破坏迹象,2007年先后发生了达县青宁乡滑坡和杨柳垭滑坡,2008年“5.12”汶川地震,又诱发了数以万计的巨型、大型滑坡灾害。如何降低重大滑坡灾害损失,最大限度地保护群众的生命财产安全。抓住关键环节,采取有效工程措施,及时缓减滑坡变形速度,达到保稳止滑的目的,这是处置重大滑坡灾害的基本原则。本文通过四川达州市杨柳垭滑坡应急处置工程实例分析,研究总结重大滑坡灾害应急处置工程理论与实践经验,为人们处置类似滑坡灾害提供参考。
1 滑坡概况及工程地质条件
2007年6月17日,四川省达州市开始持续强降雨,6月17日8时至18日8时,24 h总降雨量达170 mm。至6月19日,杨柳垭110 kV变电站西侧斜坡开始出现变形迹象。其后,由于6月26日凌晨1~3时达州市再次遭遇特大暴雨的袭击,3 h内降雨量达60 mm,6月27日斜坡变形明显加剧,坡体表面出现了大量裂缝,坡体上建筑物也出现了明显的倾斜、开裂现象,坡体前缘鼓胀、隆起现象明显,这些变形迹象还有进一步加剧的趋势。杨柳垭滑坡的变形使杨柳垭110 kV变电站西侧及南、北两侧地面、条石挡墙开裂,附近围墙倒塌,直接威胁滑坡前方变电站及华川厂的正常生产及职工的人身安全。该滑坡一旦整体滑动,将完全摧毁杨柳垭110 kV变电站,约110余万人数月不能供电,损失将达上亿元,并将造成严重的社会影响。滑坡东西长183~208 m,南北宽 106~146 m,滑体平均厚 8.00 m,总体积约20×104m3,属中型推移式土质滑坡,滑坡全貌如图1所示。
图1 杨柳垭滑坡全貌Fig.1 Yangliuya Landslide in full view
滑体主要由坡残积层和人工填筑层组成,岩土类别主要以粉质粘土为主,次为块、碎石土与角砾土。坡残积层主要分布于基岩面之上,滑坡区均有分布;人工填筑土则主要分布于滑体后部与前部,其中后部填土以碎石类土为主,结构松散,石质含量75%~90%;前部填土结构较密,主要为粉质粘土夹碎石为主,少部分为碎石类土。滑体一般厚5~12 m,在纵向上滑坡后部及前部厚度较薄,厚度多为3~7 m,中前部一带较厚,达15~18 m。在横向上滑体中部厚,两侧较薄,滑面形态略呈“U”型。
2 滑坡应急处置
2.1 处置原则
杨柳垭滑坡险情出现后,省、市、县三级政府、防灾主管部门组织专家迅速制定了应急处置措施,采取“防”、“抢”、“治”三字方针对滑坡体进行处置。“防”就是在滑坡体险情没有得到有效控制前采取预防措施,制定防灾预案,落实预警措施。市、县政府和受滑坡威胁的社区及汽车厂、变电站等单位均制定了防灾预案,落实了防灾责任单位、责任人;监测单位、监测人。对防灾的各个环节,各项工作均落实了责任单位和责任人。对群众转移的预警信号、撤离路线、安置地点等具体工作均进行了安排部署。“抢”就是采取一定的应急处治工程技术,改变坡体结构,控制坡体进一步变形,达到保稳止滑的目的。“治”就是先保稳后治滑,通过应急工程,将滑坡变形先控制下来,再运用强度理论进行稳定性计算,根据计算结论再对滑坡实施综合治理,以恢复突发滑坡事件的秩序。
2.2 应急环境条件
由于滑坡威胁到100多万人的用电安全,如不迅速采取果断措施控制滑坡体,一旦下滑,摧毁变电站,110万人和数十家企业将停电1个月,既带来严重的经济损失,也会威胁到社会稳定。应急抢险既要突出一个“快”字,又要保证有条件实施。通过应急调查,发现滑坡具有如下特点:①滑坡为中型推移式,为人为加载与暴雨加载诱发。②滑坡后缘有一大平台,交通方便,适合多台挖掘机作业,后缘减载施工条件好。③滑坡前缘也有一个平台,堆载条件也非常好。④临时支挡工程考虑到该滑坡不适宜采用锚索和锚杆,抗滑桩施工难度大,进度缓慢,可采取微型钢管桩实施临时支护,考虑到变电站的重要性,可在其后边公路上实施钢管桩,施工条件好,宜可用多台机器同时施工。⑤简易排水施工条件好,组织民工先挖筑简易排水土沟,并随时巡查,发现堵塞,及时疏通,以降低地下水位,减少静水压力和动水压力。
2.3 应急治理工程
2007年6月27日下午滑坡出现强烈变形,有关部门紧急撤出受威胁的人员,28日地方政府及相关部门紧急组织实施滑坡上部坡体覆盖、中部疏通排水沟、变电站后部施工三排钢管桩等应急抢险排危工程,随后省上组织专家工作组赶赴现场,紧急制定了“滑坡后缘减载+前部压脚+临时支挡+简易排水”的应急抢险方案。具体为:对滑坡后部进行减载,在滑坡前缘剪出口一带采用条石堆载压脚,同时在滑坡前部变形强烈部位(变电厂后部围墙周围)紧急施工微型钢管桩,此外采用简易排水沟及时拦截和疏排滑坡范围内的地表水。工程抢险从6月29日开始至7月9日结束,历时11 d。
滑坡后缘减载:从6月29日16时至7月3日16时30分,历时18 h30 m in,4台挖掘机,1台推土机,1台装载机,分4个马道进行减载,38台转运汽车将减下来的弃土转运出滑坡体外。4 d时间,完成减载近30 000 m3,见图2。
图2 后缘减载Fig.2 Back-load reducing
前缘堆载压脚:在后部减载的同时,组织民工搬运条石在滑坡体前缘堆载压脚,主要堆在紧靠滑坡前缘坡脚地方和变电站保坎内侧(抗滑地段)。4 d时间,完成条石堆载360 m3,如图3所示。
图3 前缘堆载Fig.3 Front heap loading
钢管桩临时支挡:为了保护变电站的安全,在滑坡的中前部,变电站保坎后面设置了微型钢管灌注桩。共布置微型钢管灌注桩3排131根,布置长度66 m,梅花形布置,横向间距为1.5 m,排距0.75 m。钢管灌注桩孔径为150 mm,桩长以钻探揭露实际地质情况确定。桩顶采用直径为32 mm的HRB335钢筋将相邻灌注桩的钢管和钢轨相互焊接连接,采用250 mm厚C25混凝土浇筑为一整体,以增强钢管钢轨灌注桩的整体性,混凝土顶面与原公路路面相平,总方量35.70 m3。11 d完成34根根钢管桩施工,总进尺1 488 m,用钢筋混泥土形成联系梁将钢管桩联系在一起,起到联合支挡作用,如图4所示。
图4 微型钢管桩支挡Fig.4 M iniature steel pile backing
临时排水工程:组织开挖126 m横截水沟,3排600 m纵排水沟,排除滑坡体内地表水,如图5所示。
图5 简易排水Fig.5 Simple drainage
其他配套应急工程:实施裂缝夯实覆盖,启动应急勘查和专业监测工作。
应急工程实施后,滑坡变形总体呈平稳减缓的趋势,至7月9日,监测发现,滑坡已基本处于稳定阶段,于是抢险指挥部宣布应急抢险工程结束,转入综合治理阶段。
3 滑坡的综合治理工程
上述应急治理工程虽然在一定程度上,减缓了杨柳垭滑坡趋势,但其是临时性的,不能保证滑坡在诸如降雨等外部条件的诱发下,变形再次加剧。因此,为了保证该滑坡的长期稳定,确保杨柳垭变电站和华川汽车厂的安全,需对该滑坡进行综合治理。综合治理方案为:削方减载+抗滑桩+地表截、排水,如图6所示。
图6 治理工程平面布置图Fig.6 Treatment engineering layout
削方减载工程在滑坡后部设计三级马道,马道宽3 m,一级马道的高程在422.4~421.6 m之间,高程从南向北略有降低,以便排水。一级马道和二级马道之间的垂直高差为6 m,二级马道高程在416.4~415.6 m之间。二级马道和三级马道之间的垂直高差为7 m,二级马道高程在409.4~408.8 m之间。削坡坡度为25°,削方总方量约为1×104m3。
抗滑桩布置在滑坡前部,10-10′横剖面附近,桩间距(桩中心间距)6 m,共布置15根抗滑桩,布桩总长度为84 m。由于滑面沿滑坡宽度方向(横向)为一槽形,故为了尽量优化抗滑桩设计,在保证工程安全性的条件下,节约治理工程经费,共设计了Ⅰ~Ⅶ7种类型的抗滑桩,如图7所示。
图7 抗滑桩布置剖面图Fig.7 Distribution section of anti-slide piles
截、排水工程根据滑坡地形特征和应急治理开挖的临时沟槽,在滑坡体外围布置1道截水沟,在滑坡体内布置4条排水沟。截水沟位于滑坡后部平台外边缘,其作用是避免滑坡周围较高地势处的地表水流入滑坡区内。此外,根据应急治理工程所挖临时沟渠的位置(这些位置都是在现场调查时发现地表水最易汇集、流量较大的位置),布置了3条纵向排水沟和1条横向排水沟。排水沟1至排水沟3均与排水沟4相连接。滑坡体内的水,最终通过排水沟4和外围截水沟排到变电站后部的小路上。
4 治理效果分析
杨柳垭滑坡变形剧烈,处于加速变形阶段,且已出现临滑前兆。该滑坡处于城市内,危害对象多,威胁到居民、厂矿和变电站的安全,一旦下滑,后果十分严重。通过采取“防”、“抢”、“治”三字方针,对滑坡实施应急处置,达到了保稳止滑的目的。特别是通过对滑坡体后缘减载、前缘堆载、坡体疏排水、重要设施用钢管桩临时支挡保护等措施,改变坡体结构和应力条件,降低下滑力,提高抗滑力,稳定滑坡体效果明显。通过对抢险过程的专业监测与和数字模拟分析,杨柳垭滑坡应急处置工程方法得当、效果明显,历时11 d,将滑坡从加速变形阶段拉回到等速变形阶段,实现了控制滑坡变形破坏的总体目标。
4.1 现场监测效果分析
为了检验应急处置工程效果,指挥部组织专业队伍对滑坡实施了专业监测预警,监测网络布设工作于6月29日完成,布设专业监测点23个,每个监测点每天进行4次监测。
分析监测资料,选取滑坡体前缘、中部、后缘各一个监测点的数据进行分析(表1)。通过分析累计位移量与时间的关系,不难发现,6月29日到7月2日,滑坡变形大,从3日开始变形趋缓,6日因受暴雨荷载影响,变形大,之后,一直趋缓,7月9日,应急抢险结束后,滑坡变形总体呈平稳减缓的趋势,滑坡从7月9日前的加速变形阶段拉回到7月9日后的等速变形阶段,应急抢险工程成效明显,7月9日抢险指挥部正式宣布应急抢险工程结束,转入综合治理阶段。
表1 杨柳垭滑坡前、中、后典型监测点变形分析表Table1 Deformationsatthefront,middleandbackmonitoredpointsforYangliuyaLandslide
4.2 数值模拟分析
本滑坡数值模拟分为自然状态(降雨)、应急抢险和综合治理3个阶段分别计算,计算结果清楚地显示了滑坡体内各项应力的分布规律、滑坡位移趋势以及塑性剪切破坏区的展布规律,从更深层次上揭示了滑坡变形破坏状态以及支挡结构的防治效果。
4.2.1 降雨状态下的数值模拟分析
从剖面2的塑性区分布图可以看出(图8),坡体内部出现了大量塑性区,呈连续分布,岩土体的屈服破坏主要以剪切屈服和拉张破坏为主,其中,拉张破坏区主要分布于坡体的中后缘以及坡体前缘,剪切破坏区集中分布于滑带上。从图8中可以看出,岩土体性质在弱化后,在研究区范围内的塑性变形进一步扩大,从后缘至前缘基本贯穿了整个坡体,由此可见,该滑坡若不治理,其后果将会非常严重。
图8 塑性变形区分布图(剖面2)Fig.8 Distinguishoftheplasticdeformationarea(Section2)
4.2.2 应急抢险阶段(前缘堆载压脚、后部减载和临时支挡)
经过应急抢险措施的实施后,坡体内部的位移比无抗滑结果时的位移发生了很大的变化,坡体内部最大位移量由之前的7cm锐减到5mm左右,这与监测资料十分吻合。显然,在坡体前缘堆砌条石压坡脚,设置钢管桩以及对坡体后缘进行削方减载对滑坡的稳定有着很好的成效,其应急抢险效果明显,如图9所示。
4.2.3 综合治理阶段(削方减载+抗滑桩+地表截、排水)
从计算结果中可以看出,在经过削方减载、埋设抗滑桩以及地表截、排水的工程措施后,与前期应急抢险阶段相比,位移量仍有下降的趋势,坡体内部最大的位移量主要集中在坡体中部以及后缘,位移量数值在毫米级甚至更小,如图10所示。因此,可判定滑坡体在经过综合治理工程后,已经处于一个弹性的状态,稳定性较高。
图9 应急抢险后坡体位移云图(剖面2)Fig.9 Slope disp lacement after the emergency rescue(Section 2)
图10 应急抢险后坡体最大位移分布云图(剖面2)Fig.10 Maximal slope disp lacement after the emergency rescue(Section 2)
5 结论
对于同类的推移式滑坡,一旦滑坡加速变形,出现临滑前兆,准备采取应急抢险工程措施时,应考虑采取以下工程措施:
(1)后缘减载。滑坡推力主要来自后缘,后缘减载能改变坡体结构,迅速降低下滑力。
(2)前缘堆载。推移式滑坡前缘为阻滑段,前缘堆载能改变受力条件,提高抗滑力。
(3)钢管桩临时支护。在滑坡变形剧烈的中前部或需要保护的重要设施前后,通过实施钢管桩,形成群锚效应,增加抗滑力,对滑坡起到临时支护作用。
(4)临时疏排水和裂缝覆盖、封填。采取坡体临时疏排水和裂缝覆盖、封填措施能阻止地表水对坡体的侵害,减少动水压力与静水压力,降低滑坡下滑力。
以上措施中,后缘减载施工场地要求简单,适宜多台机械联合作业,应急抢险效率高。前缘堆载场地要求也简单,只要找准剪出口位置,可以发扬人多力量大的优势,发动人力搬运沙袋或条石进行堆载,效果又快又好。钢管桩的施工可以多台钻机同时施工,场地要求简单,成孔快,浇注量小,抢险效果好。临时疏排水和裂缝覆盖、封填措施实施起来简单易行,能有效抵御外来荷载的侵害。
[1] 张倬元,王士天,王兰生,等.工程地质分析原理[M].北京:地质出版社,2008:271-332.
[2] 王恭先,徐峻龄,刘光代,等.滑坡学与滑坡防治技术[M].北京:中国铁道出版社,2004:355-375.
[3] 黄润秋,赵松江,宋肖冰,等.四川省宣汉县天台乡滑坡形成过程和机理分析[J].水文地质工程地质,2005,32(1):13-15.
[4] 许强,黄润秋.地质灾害的非线性数据处理与建模技术[J].山地学报,2000,18(增刊):123-127.
ENGINEERING PRACTICE IN THE EM ERGENCY TREATM ENT OF YANGL IUYA LANDSL IDE
Xiao Jin
(Sichuan College Of A rchitectural Technology,Deyang,Sichuan 618000,China)
The emergency treatment is discussed to illustrate the app roach to control the devastation of pushing slopes.It is analyzed in term s of defo rmation features,engineering geology,engineering measures and disposal p rocess.Field measuring,monito ring and numerical simulation were used to test the effects of the various engineering p rojects,and the results showed that pushing slopes can be disposed of through back-load reducing,front heap loading,anti-slide piling,surface-water blocking and draining.
Yangliuya;pushing slopes;emergency treatment;numerical simulation
P642.22
A
1006-4362(2011)02-0065-06
2010-10-26 改回日期: 2011-01-10
肖进(1969- ),男,汉族,四川达县人,博士,高级工程师,主要从事地质工程方面的工作。