舞钢市小石门滑坡地质灾害治理措施分析

2015-01-02王道山韩文辉姜辉莉邢燕秋

中国科技信息 2015年1期

王道山韩文辉姜辉莉邢燕秋

1.河南省有色金属地质矿产局第二地质大队；2.河南省有色金属地质矿产局第四地质大队

舞钢市小石门滑坡治理项目是河南省平顶山市财政2010年地质环境项目，地质灾害类型为土质滑坡，规模为小型，危害程度较大，采取削方减载、抗滑桩及桩间连接梁、截排水、坡面绿化等措施综合治理后，消除灾害隐患，确保当地居民安居乐业。

项目背景

该滑坡位于河南省舞钢市寺坡办事处寺坡村小石门自然村西北侧山坡，该滑坡体在2008年和2010年雨季发生了滑动，其中2008年的滑坡堆积物掩埋房屋高度达6～7m，2009年村民在滑坡中部大量取用黏土，形成陡立边坡；2010年5月强降雨诱发了中部滑坡体的失稳，滑动部分宽43m，长58m，厚度5～10m，体积约1.9×104m3，形成高2m 左右的滑坡后壁陡坎，滑动距离5m 左右，由于正前方居民房屋距滑坡15～20m，故未造成人员伤亡和房屋损害。该滑坡目前整体暂时处于稳定状态，在持续暴雨条件下，滑坡体将可能发生失稳下滑，威胁小石门自然村组13 户36 人的生命财产安全。因此，尽快开展舞钢市小石门滑坡地质灾害治理工程是非常必要的。

自然地理及地质环境条件

自然地理

地形地貌

舞钢市位于河南省中部，为平顶山市所辖县级市，本项目区位于舞钢市寺坡办事处寺坡村小石门自然村西北侧山坡，地貌类型为丘陵地貌，海拔标高125～166m，总体地势为北西高、东南低，原始山坡坡度一般10～15°，滑坡体上坡度较大，为35°左右。

气象水文

舞钢市地处暧温带向北亚热带过渡区，属大陆性季风气候，四季分明。年平均气温14.9℃，年降水量为1000mm 左右，7、8月份降水量最多，12月份最少。暴雨的特点是强度大，降雨历程短，雨量集中，一般每次暴雨均不超过24h，从雨量级别看首推1975年8月暴雨，其次1982年1984年的雨量，均出现日雨量超过200mm 的大暴雨。

舞钢市河流属于淮河流域，洪汝河水系和沙颖河水系，属于洪汝河水系的有滚河、淃河、韦河等，属于沙颖河水系的有甘江河，均发源于南部和中西部地区，呈平行状分布，除甘江河西流经方城县、叶县至舞阳县境内注入澧河外，其余诸水均向东北出境注入洪河。滑坡治理区域内水系不发育，仅南部有季节性山间小河沟存在，旱季无水。周围无地表水系存在，仅在滑坡体东部100m 处有一自然冲沟，用于排泄大气降水及小石门自然村所产生的废水。

地质环境条件

地层

滑坡体区域内出露的地层有主要为第四系中更新统，滑坡外缘有上元古界地层零星出露。据钻孔资料，勘探深度内自上而下可划分为4 层。

第①层粉质黏土（Qp2pl）

黄褐色，稍湿，可塑—硬塑，切面光滑，韧性中等-高；含较多铁锰质斑，局部灰绿色页岩风化残积碎屑成份，场地内分布普遍，层顶埋深0～6.0m，层厚0.40～15.01m，场地内分布较普遍。

第②层含黏性土碎石（Qp2pl）

密实，分选性差，细小和粗大颗粒夹在一起，骨架颗粒含量50%～55%，直径一般20～100mm，局部含块石，块石粒径最大400mm，棱角状—次棱角状，碎石主要成份为紫红色石英砂岩，充填物为黄褐色、硬塑的黏性土，局部夹硬塑的粉质黏土透镜体。本层土中充填的黏性土与上部①层粉质黏土性质一致。场地内分布普遍。层顶埋深0.50～4.10m，层厚1.80～9.00m。

第③层页岩（Pt3c）

颜色呈杂色（浅灰、深灰色，灰绿色，棕红色、灰黑色等），岩石风化程度属全风化～强风化，岩石坚硬程度属软岩～极软岩，局部原岩结构基本消失，风化成黏性土状；岩心个别呈5～7cm 柱状，岩体完整程度定性分类属较破碎～极破碎，岩体按结构类型划分属碎块状～散体状结构，岩层走向北东75°，倾向165°，倾角28°。该层未全部揭穿，场地内分布普遍。

第④层石英砂岩（Pt3c）

一般呈灰黄色，灰白色、暗紫红色，岩石风化程度属全风化～中风化，岩石坚硬程度属较硬岩，岩体完整程度定性分类属较破碎，岩体按结构类型划分属碎块状结构，岩层走向北东75°，倾向28～38°。层顶埋深12.00～22.00m，揭露厚度1.40～7.20m 场地内在东部钻探揭露。

地质构造与区域地壳稳定性

大地构造位置是华南板块与华北板块接壤部位的北缘，区域构造位于鲁山背孜-舞阳背斜南翼，基底岩石为中上元古界、寒武系组成，为向南倾斜的单斜构造，区内褶皱不发育，以断裂构造为主，且以南北向（张扭平移）、北西向（压扭）断裂规模最大，延伸最大，次为近东西向（压扭断层）规模较小。

滑坡防治区域面积较小，内无断层分布

据历史地震记载，舞钢市历史上未发生过破坏性地震，小地震也较少发生，地震活动具有强度弱、频度低的特点。据GB18306～2001《中国地震动参数区划图》，舞钢市地震动峰值加速度为＜0.05g，地震基本烈度＜Ⅵ度。参照原地质矿产部ZBD14002-89《工程地质调查规范》（1：10 万～1：20 万）第8.5.2 条规定，滑坡治理区区域地壳稳定性属于稳定区。

水文地质条件

区内地下水类型主要为松散岩类孔隙水，第四系中更新统粉质黏土、含黏性土碎石含水微弱，富水性差。主要接受大气降水，在滑坡体前缘浅井处地下水位埋深1.90m。项目区地下水排泄方式主要为蒸发和沿基岩面排泄，径流方向与滑坡体主滑方向基本一致。

滑坡特征

滑坡形态结构特征

滑坡形态特征

该滑坡体平面上形态呈似圈椅状，地形上北西高东南低，坡向126°，坡度24～35°。近南东-北西向展布，宽92m，纵长80 m，主滑方向126°，滑坡体平均厚度5～10 m，面积约6720m2，体积约4×104m3，属小型土层滑坡。

该滑坡体北侧、西侧以及后缘附近有滑动形成的拉张裂缝，该裂缝走向近南北向，倾向东南。该裂缝宽30cm，深度30cm，当地村民已经进行填实处理。根据调查走访，该滑坡体在2008年和2010年雨季发生了滑动，其中2008年的滑坡堆积物掩埋房屋高度达6～7m，至今仍能见到当时滑坡堆积清理后的痕迹；2010年5月强降雨诱发了中部滑坡体的失稳，形成高2m 左右的滑坡后壁陡坎。滑坡前缘为当地政府应急修建的挡土墙，挡土墙一定程度上起到了支挡作用。

滑坡结构特征

（1）滑坡体物质组成：主要为粉质黏土及含黏性土碎石，在滑坡区域内其厚度变化较大，在滑坡体前缘北东侧陡坎处，覆盖层厚度约10m；在滑坡西南部，厚度多小于2m，滑坡前缘局部基岩出露。杂色页岩呈全风化状态，组织结构己完全破坏，呈松散状。

（2）滑带位于含黏性土碎石与风化页岩接触带，滑动带前缘出露于村民房屋后和已建挡墙后，后缘出露于已建挡墙北西92m 处，出露面较粗糙，可见滑动形成的拉张裂缝；滑动面主要产生于含黏性土碎石和全风化页岩接触带内，呈折线型。

（3）滑床为下伏全～强风化页岩，全～强风化页岩颜色呈杂色（浅灰、深灰色，灰绿色，棕红色、灰黑色等），岩石坚硬程度属软岩～极软岩，局部原岩结构已基本消失，风化成黏性土状；岩心个别呈5～7cm 柱状，岩体完整程度定性分类属较破碎～极破碎，岩体按结构类型划分属碎块状～散体状结构，岩层走向北东75°，倾向165°，倾角28°，场地内分布普遍。

滑坡成因机制分析

（1）在滑坡区域内，先后进行了多次建房切坡、开挖取土等工程活动，改变了坡体的自然形态，在前缘形成高陡边坡，这种坡度远大于坡体岩土体本身强度所能保持的坡度，破坏了坡体的自然平衡条件。坡体开挖后，使坡体应力在坡脚相对集中，同时坡体的卸荷使岩土体内软弱结构面体系产生应力松弛，改变了地下水的渗流条件，加速了风化速度，为滑坡的形成创造了有利条件，是滑坡形成的主要诱发因素。

（2）滑坡区域自然坡度较缓，有利于降雨的入渗，加大了坡体的重量，同时，降雨在岩、土分界以及卸荷影响区域底部这些相对隔水位置聚集，使这里的物质软化、泥化，强度降低，形成滑带，降雨是形成滑坡的重要诱发因素。

滑坡岩土体物理力学参数

根据勘查成果，考虑暴雨情况下地表水渗透地下，因受浸润、软化作用，滑坡体重度取饱和状态下粉质黏土γ=20kN/m3含黏性土碎石γ=30.1kN/m3；滑带取饱和状态下c=25kPa φ=9.7o。

滑坡的稳定性分析及推力计算

计算剖面及工况确定

图1 2～2＇剖面滑动面示意图

计算模型主要根据工程地质剖面钻孔的地层分布，结合地质环境条件和滑坡特征确定滑面。在滑坡体上选取2～2’剖面（图1）为典型剖面进行稳定性计算和推力计算。确定该滑坡稳定性分析计算的工况为两种，即工况一：自重；工况二：自重+暴雨。

稳定性分析

根据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》（DZ/T 0219-2006），主剖面在不同工况组合下稳定系数计算结果如表1 和表2。

通过稳定性计算，该滑坡2～2’剖面在工况一下稳定性系数为Fs=1.41，稳定；工况二条件下稳定性系数为Fs=0.90，不稳定。

表1 滑坡体稳定性计算成果汇总表

表2 滑坡体下滑推力计算成果汇总表

根据场地工程地质条件和稳定性影响因素分析，结合剖面稳定性计算结果可知：基本工况条件下，稳定状态为稳定；暴雨或淫雨工况条件下，稳定状态为不稳定。如遭受人类工程活动等外在因素影响，滑坡稳定性将会更差，必须采取有效的工程措施控制滑坡的发展。

滑坡防治工程

设计标准

根据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》（DZ/T 0219-2006），确定舞钢市小石门滑坡防治工程设计等级为Ⅲ级。

防治工程措施

对滑坡采用削方减载、抗滑桩及桩间梁、地表截排水的工程措施加以综合治理。

抗滑桩及桩间连接梁

（1）考虑到滑坡体前缘有民房，搬迁难度大，滑坡前缘地方政府已修简易挡墙，因此本次设计抗滑桩布设于滑坡体前缘稍靠上部位，平面形状呈弧形布置，抗滑桩采用圆形抗滑桩，桩截面直径133mmm，设计抗滑桩为双排桩，两排桩中心线间距300mm，同一排桩中心间距500mm，相邻桩呈等腰三角形布置。设计桩长为6.01～18.52m，共设计钢管桩数量242 根，总长3586.38m；具体桩长以施工时钻机成孔时现场控制的实际深度（入较完整基岩3m）为准。在结构分析和内力分析及计算的基础上，根据桩体不同深度内力大小，按圆形截面受弯构件进行构造设计，抗滑桩采用现浇水泥钢管桩，钢管连接时采用满焊或者丝扣连接，钢管为国标无缝钢管，直径127mm，壁厚4.5mm，1：0.5 水泥浆浇筑，桩顶部与地面齐平。

（2）桩间连接梁

为增加抗滑桩的整体性和抗滑能力，以及预防滑体土从桩间挤出，将抗滑桩上部设计连接梁，梁高1.0m，宽0.72m，桩全部成桩后，将桩上部开挖，开挖深度为0.8m，开挖宽度以梁中心线为中线两边各0.36m，底部浇筑10cm 厚的C25 混凝土垫层，上部采用钢筋焊接连接钢管桩，混凝土浇筑连接梁，混凝土强度等级为C25，桩连接梁保护层厚度两侧为147mm，上部保护层厚度200mm；桩连接梁纵筋采用国标螺纹钢直径为25mm，横向箍筋采用国标圆钢直径为10mm，箍筋尺寸为477mm×600mm，箍筋间距250mm。

削方减载

根据现场实际情况，将2010年发生滑动的滑坡体中下部和东北部坡度较陡部分进行削方减载，削方减载区域面积3348m2，以现有挡土墙内侧至抗滑桩设计位置（马道）为第一边坡，设计边坡坡度按1：1.25～1：1.5，抗滑桩部位设计2.5m 宽马道，以马道至勘查钻孔ZK6位置为第二级边坡，设计边坡坡度按1：1.25～1：1.5。现有挡土墙的东北侧陡坎削方设计坡度为1：1.25～1：1.5。

截（排）水工程设计

稳定性计算分析表明，降雨对滑坡的稳定性起很重要的诱发作用，因此为防止大气降雨汇入滑坡体，需在滑坡体周边和马道上设计截（排）水沟。

根据滑坡防治工程标准级别，设计暴雨重现期取50年一遇。依据防治工程现场实际地形，排水系统共设置两道截（排）水沟，截（排）水沟全部采用浆砌石结构，M10 砂浆抹面，厚度20m。

周边排水沟为浆砌块石修筑，断面形式为梯形，截面净尺寸为0.4m×0.5m×0.6m，厚为0.2m，砂浆标号为M10，为防止不均匀沉降，排水沟每间隔20m 设置沉降缝，纵坡变化较大、岩土体变化较大的地段缝距适当减小，分缝形式采用平头对接缝，缝宽3cm，缝中设沥青木板止水，迎水面沥青填缝。

马道排水沟截面为矩形，净尺寸为0.3m×0.3m，厚度0.2m，砂浆标号为M10。

绿化工程

为美化环境，在削坡减载完成后，将两级坡面进行植树绿化，绿化树种选用侧柏，胸径2～5cm，树高1～1.5m，植树间距为3×3m。