昌吉市庙尔乡泉州学校滑坡灾害发育特征及治理工程措施研究

2017-06-19王晓贵

地下水 2017年3期

关键词：粉土抗滑桩滑坡

王晓贵

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆乌鲁木齐 830091)

昌吉市庙尔乡泉州学校滑坡灾害发育特征及治理工程措施研究

王晓贵

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆乌鲁木齐 830091)

在对庙尔沟乡泉州学校两处潜在滑坡地质灾害详细调查的基础上，对两处潜在滑坡的发育特征、稳定性及治理工程措施进行了分析和研究。研究结果表明：H5和H6滑体均由坡积角砾、砾砂、含砾粉土等组成，均为小型潜在滑坡隐患体；H5滑坡在天然自重工况下基本稳定，自重+暴雨工况下基本稳定-欠稳定，自重+地震工况则为欠稳定-不稳定；H6滑坡在天然自重工况下为稳定-基本稳定，自重+暴雨工况下为基本稳定，自重+地震工况则为欠稳定-不稳定；最后，提出了抗滑桩设计、重力式挡土墙、及排水沟设计等工程防治方案。

庙尔沟乡；滑坡；发育特征；稳定性；治理措施

研究区位于昌吉市庙尔沟乡政府西侧约500 m，距昌吉市87 km，距乌鲁木齐市82 km，行政区划隶属昌吉市庙尔沟乡管辖。庙尔沟乡至八钢、昌吉市、乌鲁木齐市有柏油公路相通，交通条件十分便利。本次研究区位于新疆昌吉市庙尔沟乡泉州学校南侧斜坡上，东起H6滑坡发育边界外扩20 m，西至H5滑坡发育边界外扩20 m，北部边界至泉州学校门口道路，南至H5滑坡后部20 m，划定防治工程区面积0.06 km2。因此，本文在野外调查和室内资料整理分析的基础上，参考相关研究成果[1-5]，对研究区内地质条件、发育特征、稳定性以及治理工程措施等内容进行分析和评价，进而为后续当地政府对滑坡地质灾害点的防治工程设计提供理论基础。

1 研究区地质条件分析

1.1 自然地理概况

研究区具典型的中温带大陆性干旱气候特征，降水稀少，蒸发强烈，冬季寒冷漫长，夏季较热、干燥，温差变幅大，冬季常有寒流入侵。多年平均气温2.1℃，多年平均降水量为386.2 mm，主要集中在5-8月，其中近二十年来最大降水量为54.4 mm，多年平均蒸发量为1 482.2 mm，相对湿度40%～80%左右。

在研究区北侧发育有一近东西向冲沟，冲沟宽约10～15 m，深约6～9 m，地表水径流量约0.15～2.8 L/s，向东汇入头屯河。头屯河纵贯昌吉全境，多年平均径流量为2.403亿 m3，最大径流量3.146亿 m3，最小径流量1.63亿 m3，其流域汇水面积1 562 km2。

1.2 地形地貌

研究区处于天山北麓的中低山区，总体地势南高北低，西高东低，最高处海拔1 755.4 m，最低处海拔1 494.1 m，相对高差261.3 m。山体坡度30°～48°，为一向北倾斜的单一斜坡，坡面呈波状起伏，坡面发育南北向小型沟谷，沟谷呈“U”字型，纵坡18°～30°，长度一般90～150 m不等，沟底宽度10～15 m。防治区区内植被发育。在北部公路边有一近东西向的冲沟，沟宽10～15 m，深6～9 m，边坡呈陡坎状。研究区滑坡全貌如图1所示。

图1 研究区滑坡全貌

1.3 地层岩性

研究区及附近出露地层主要为侏罗系及第四系，现分述如下：

1.3.1 侏罗系

主要出露于防治区东部山坡部位，学校南侧冲沟内亦有露头，为一套山麓相、冲洪积相、河流相、湖泊相沉积，岩性由灰绿色、紫红色砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩组成，统称为“杂色岩系”，地层总厚485 m，岩层产状168°～245°∠50°～68°。

1.3.2 第四系

(1)上更新统风积层

主要分布在勘查区南部及山顶平台上，厚度5～11.5 m，其厚度变化受地形影响，岩性为浅黄色，灰黄色的粉土，结构疏松，垂直节理较发育，表层植被茂盛。

(2)更新统残坡积层

分布在斜坡坡面及坡脚，其厚度受地形影响变化较大，为0.3～8 m。地表为腐殖土，植被茂盛，厚度0.2～0.5 m；中上部为含砾粉土，厚度0.5～2.0 m，含砾量小于5%，砾径5～20 mm；下部为浅灰色的角砾，松散，一般粒径0.5～5 cm，最大粒径10 cm，砾石含量50%～60%，砂含量30%～40%，颗粒成份多为凝灰质砂岩，与下伏基岩呈不整合接触。

(3)全新统冲洪积层

分布在防治区北部冲沟及冲沟两侧，岩性为土黄色粉土、灰色砂砾石，粒径2～20 mm不等，个别可达100 mm。

1.4 地质构造及新构造运动

研究区处于乌鲁木齐中生代山前坳陷之中偏西部齐古褶皱带的东庙尔沟向斜北翼。东庙尔沟向斜东起煤窑沟，西至石灰沟，西部与阿什里山间坳陷相连，轴向110°～290°，核部由西山窑组组成，两翼为头屯河组、三工河组，产状较陡，多在60°～80°之间，均向南倾，成为一倒转的屉状向斜，两翼被断层平行于轴向切割而与石炭系相接，向斜宽仅1.7 km。此外，根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2001)中的《地震动峰值加速度区划图》，防治区地震动峰值加速度为0.20 g，地震基本烈度为Ⅷ度，地壳稳定性属次不稳定区。

1.5 水文地质条件

研究区地下水类型为碎屑岩孔隙裂隙水，含水岩性主要为砂岩，孔隙较发育，裂隙在钙质胶结的岩层中发育，一般涌水量不大；据西侧的宝安煤矿资料，矿井涌水量25～75 m3/d，水交替滞缓，由于渗滤作用较强烈，水质较差，地下水水化学类型为SO4·HCO3-Na型水或SO4-Na型水，矿化度3～10 g/L。

地下水主要接受大气降水入渗和片状洪流入渗补给。地下水总体从南向北运移，以侧向径流排出和泉的形式排泄。

1.6 工程地质条件

研究区工程地质岩土体包括岩组和土体两大类。岩组为互层状坚硬-较坚硬碎屑岩组；土体包括粉土、碎石土多层土体。

1.6.1 互层状坚硬-较坚硬碎屑岩组

岩性为砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩，颜色为灰白色、灰绿色、紫红色，含少量结晶物，中密，块状，具水平层理，内聚力为40 kPa，内摩擦角为26°，浸水后的抗拉强度为52 kPa，软化系数0.15。表层风化强烈，地基承载力特征值为440 kPa。

1.6.2 粉土、碎石土多层土体

粉土主要分布在山坡上部、山顶平台及沟谷表面，厚度5～11.5 m，浅黄色，中密，粘聚力为15～38 kPa，内摩擦角为18°～27.5°，地基承载力特征值为376 kpa，其含盐量0.5%～0.95%，为硫酸盐渍土及亚硫酸盐渍土，对混凝土及混凝土中的钢筋具腐蚀性。

碎石土厚度0.5～21 m，灰白色、灰黑色，松散，中密，砾石含量从上至下20%～80%不等，一般砾径20～50 mm，最大砾径300 mm，充填物为砂土，夹少量透镜体，成分为石英，磨圆度差，分选性差，地基承载力特征值为420 kPa。

2 滑坡灾害发育特征及稳定性分析

2.1 滑坡灾害发育特征

研究区域共分布2个潜在滑坡，编号为H5、H6。现分述如下：

2.1.1 H5滑坡基本特征

H5潜在滑坡体位于庙尔沟乡泉州学校锅炉房的南侧斜坡上，斜坡坡度上陡下缓，坡度34°～38°，植被生长茂盛。潜在滑坡后缘位于坡体裂缝发育处，标高1 624 m，主要有两条裂缝，上部裂缝长15 m，下部裂缝长25 m，两条裂缝间距2.8～4.2 m，走向80°～83°，呈台阶状，台阶高0.3～0.5 m不等；据专项勘查报告，潜在滑坡前缘位于学校运动场至学生宿舍和锅炉房的陡坎处，标高1 530 m，该陡坎为修建学校平整场地时，对坡脚进行开挖而形成，高1.5～3.5 m；前缘后缘高差94 m。H5潜在滑坡体在平面上呈簸箕状，上小下大，宽约20～84 m，长约140 m，滑坡面积约9 200 m2。

根据专项勘查报告，滑体由坡积角砾、砾砂、含砾粉土等组成，滑体厚度平均为3.55 m，体积约32 660 m3，为小型潜在滑坡隐患体。

推测滑面位于第四系松散土体与侏罗系基岩接触位置，滑面倾角与斜坡坡度一致，滑床由侏罗系的砂岩、细砂岩、泥岩互层组成，岩层产状232°∠50°，与坡向相反。预测滑动方向与山坡坡向基本一致，为357°方向。

2.1.2 H6滑坡基本特征

H6潜在滑坡体位于H5潜在滑坡东侧，斜坡坡度上陡下缓，坡度33°～37°，植被生长茂盛。斜坡发育阶梯状裂缝，裂缝呈圈椅形，长5～15 m，台阶高0.3～0.5 m，裂缝处为潜在滑坡后缘，标高1 598 m；修建学校平整场地时，对坡脚进行开挖，在学校学生宿舍和教学楼一带形成1.5～5 m的陡坎，陡坎处为滑坡前缘，标高1 527 m；前缘后缘高差71 m。H6潜在滑坡体宽约8～65 m，长约93 m，滑坡面积约3 680 m2。

根据专项勘查报告，滑体由坡积角砾、砾砂、含砾粉土等组成，滑体厚度平均为5.95 m，体积约21 900 m3，为小型潜在滑坡隐患体。

推测滑面位于第四系松散土体与侏罗系基岩接触位置，滑面倾角与斜坡坡度一致，滑床由侏罗系基岩组成。预测滑动方向与山坡坡向基本一致，为21°方向。

2.2 稳定性计算结果

本文对研究区滑坡进行了定性及定量评价。

滑坡稳定性定性评价采用国土资源部《县(市)地质灾害调查与区划基本要求实施细则》(修订稿)中滑坡稳定性野外判别表进行，定性评价结果为H5、H6潜在滑坡稳定性较差。

滑坡稳定性定量评价选用摩根斯顿-普赖斯法进行计算，用詹布法校核。计算剖面采用Ⅰ-Ⅰ＇、Ⅱ-Ⅱ＇地质剖面，按折线型滑面计算。计算结果见表1。

表1 潜在滑坡稳定性计算及评价结果汇总表

从表1可知，H5滑坡在天然自重工况下基本稳定，自重+暴雨工况下基本稳定-欠稳定，自重+地震工况则为欠稳定-不稳定；H6滑坡在天然自重工况下为稳定-基本稳定，自重+暴雨工况下为基本稳定，自重+地震工况则为欠稳定-不稳定。

3 滑坡灾害治理工程措施分析

在对研究区孕灾环境条件分析的基础上，并结合研究区滑坡的发育特征、威胁对象、危害程度及稳定性评价结果，提出截排水工程、抗滑桩板墙、重力式挡土墙及警示牌等工程防治方案。

3.1 抗滑桩设计

由于暴雨工况和地震工况下滑坡下滑推力较大，设置两排抗滑桩，前后排抗滑桩成“品”字形布设，有利于共同形成土拱效应，可以更好的发挥抗滑桩的抗滑效果。抗滑桩中心距6 m，排距6 m。本次防治H5滑坡抗滑桩布设轴线长度90 m，共布设抗滑桩29根，H6滑坡抗滑桩布设轴线长60 m，共布设抗滑桩22根。

抗滑桩嵌固端深度至少为桩长的1/2，且进入稳定基岩不少于3 m，根据专项勘查报告，抗滑桩部位滑体厚度约4 m，设计平均桩长8 m，嵌固端埋深4 m。桩类型均为2×3 m的矩形桩。为把抗滑桩连系在一起形成一个整体，在抗滑桩之间设置冠梁(连系梁)，冠梁截面尺寸为1×0.5 m，如图2所示。

图2 抗滑桩及冠梁连接图

3.2 重力式挡土墙

挡土墙设计采用重力式浆砌卵石挡土墙，梯形断面，使用M10砂浆MU30卵石砌筑，背墙采用直墙，胸墙采用斜墙，坡度1:0.5。基底设计为水平形式。挡土墙地面以上设置第一排排水管，横向每隔3 m设置1个排水管，纵向设置3排，排间距0.8 m，排水管呈“品”字形分布，倾角为5°，采用ф0.10 m的PVC管，墙后填充0.4 m、高1.45～2 m的反滤层。砌筑时长度方向每10 m设置一道伸缩缝，缝宽2 cm，内嵌2 cm厚苯，外抹2 cm厚的M10砂浆。

3.3 排水沟设计

排水沟基槽开挖采用人工开挖，整平夯实后，在基槽底部人工铺设10 cm的天然砂砾石垫层，均匀摊平并夯实。排水沟采用C20混凝土预制板砌筑，预制混凝土板采用C20混凝土，底板尺寸200×200×60 mm，侧板尺寸600×400×60 mm，沟顶外侧采用预制C20混凝土板压顶，厚30 mm，宽150 mm。

依据相应规范要求，由于排水沟布设位置较陡，因此坡面两条主排水沟每隔20 m设置防滑平台，在砌筑长度方向每隔20 m设置混凝土隔墙，隔墙宽度20 cm。所有排水沟每隔10 m设置伸缩缝，缝宽2 cm，缝内嵌厚2 cm的苯板，缝外抹2 cm厚的M10砂浆。