福建典型地质条件下某滑坡形成原因及其治理

2018-07-09陈宇

福建建筑 2018年6期

陈宇

(翰林(福建)勘察设计有限公司福建福州 350000)

0 引言

福建省地处我国东南沿海，地形以低山、丘陵为主，山地、丘陵面积占全省土地面积90%以上，山地坡度普遍较大，残坡积土发育完全、厚度大，与此同时，福建地区属于亚热带季风气候，降雨量大，台风暴雨多。特殊的地质环境和气候条件决定了福建地区的地质灾害具有“点多、面广、规模小、危害大”的特点[1-4]，各类地质灾害(如滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等)常年均有发生，且以滑坡、崩塌为主，其中地质灾害多发生在山地丘陵的残坡积层中，对强降水(台风、暴雨等)非常敏感。因此，相较于我国其它地区，福建地区的地质灾害在生成条件和影响因素极具典型且又十分特殊。

近年来，为了满足福建省经济发展和基础设施建设的需要，山区的开山造地、削坡建房、矿山开采等人类工程活动日益活跃，高陡边坡诱发的滑坡地质灾害也愈加频繁，给人民群众的生命财产安全带来了极大的危害。为了更有效地应对滑坡地质灾害，诸多学者[5-8]针对滑坡的防治与治理进行了较为深入的研究。

本文在对福建典型地质条件下某山体滑坡成因深入分析的基础上，有针对性地提出滑坡的治理方案及措施，希冀能对同类地质条件下的地质灾害防治工作具有较好的指导和借鉴意义。

1 工程概况

1.1 边坡设计概况

某学校位于县郊附近，属剥蚀丘陵地貌，原场地为田地、菜地及农村宅地，项目用地红线北侧80m为一丘陵山包，自然坡度约25°～30°。因交通道路建设需要，在丘陵山包上人工开挖形成长度约100m、高度约15m两阶边坡，其中第一阶坡率为1∶1.0，第二阶坡率为1∶1.25，并在第一阶上部设5m宽平台，以满足乡村道路通行要求。两阶坡面均采用拱形骨架植草防护。该边坡于2013年6月施工完成。

1.2 工程地质条件

根据坡体开挖情况和钻孔揭示，该边坡上覆坡积土厚度较大，约5m～8m，坡面孤石发育；其下为约10m厚的残积土和砂土状强风化凝灰熔岩；下部为碎块状～中风化凝灰熔岩。

1.3 水文地质条件

场区地处丘陵山地，场区地表水系不发育。在坡体北侧山坳中见水流，流速约1～2m/s，流量较小，流量主要受降雨影响。

场区内发育地下水为基岩风化带中的孔隙裂隙水，主要赋存于全风化～中风化层中，透水性较差，富水程度亦相对较差，主要接受大气降水补给，水量受降雨影响大，山坡、山脚及盆地内为迳流区，多沿断裂带及深切沟谷排泄，一般为无压潜水，局部见微承压。在降雨后，地下水的垂直径流速度较大，对边坡稳定性影响大。

2 滑坡演化过程

2015年3月期间，受春季连续降雨的影响，坡面浅层发生局部变形、溜坍。经现场踏勘后，采用浆砌片石对溜坍部位进行防护，施工完成后的情况如图1所示。

图1 溜坍坡面浆砌片石防护

2015年6月～7月，在连续强降雨的影响下，该边坡变形逐渐发展，并在第二阶坡顶出现圈椅状张拉裂缝和错台，如图2所示。裂缝宽度2cm～10cm，错台高度5cm～10cm。第二阶坡面局部有挤压痕迹，第一阶边坡坡脚鼓胀，坡面拱形骨架局部破坏如图3～图5所示。同时，经现场测绘，滑塌区内现3个渗水点，如图6所示。位于第一阶及第二阶之间，降雨后涌水量为0.6L/min，没降雨时其涌水量约0.4L/min。

图2 坡顶裂缝

图3 浆砌片石护面墙挤压破损

图4 第一阶拱形骨架破损

图5 第一阶边坡坡脚挤压变形

鉴于上述边坡变形情况，现场采取了坡脚反压的应急措施，同时对一阶挡墙、二阶锚索框架增设平孔排水等综合处治措施。但由于反压措施不到位，且施工进度缓慢，加固措施未能得到有效实施。2016年7月在连续降雨的作用下，坡体变形加剧，裂缝逐步向后山牵引，前缘坡面受挤压大面积坍滑成散体状。该二阶边坡逐步演化为主轴长度约150m，横向宽度约100m，平均滑体深度约20m的中型牵引式滑坡，滑坡平面图如图6所示。

图6 滑坡平面图

3 滑坡成因分析

为了分析滑坡的成因，本文将从地形、地质结构、气候条件及工程等4方面因素进行分析。

3.1 地形因素

该工程地处一山坳中下部，所在山体较庞大，后山汇水面积较大，且山坳处地形相对较为平缓，即呈现上陡下缓的山坳地貌，由陡变缓的地形易导致地表水的下渗，也更易汇集地表水和地下水，对于坡体的稳定极为不利。

3.2 地质结构因素

坡体的风化层厚度大，坡积层及呈散体状的全、强风化层较厚，松散的地层结构是山体变形及滑坡的地质基础。其中，坡积土遇水极易软化，饱水后极松软，呈软塑～可塑状，在降雨后坡积土入渗性好，接受地表水补给能力大，持水能力强，故降雨后该层土能为其下全风化～强风化层提供源源不断的渗入补给，并在土岩交界处形成一定厚度的富水层，含水量的提高导致土岩结合面土体的物理力学指标降低，形成相对软弱层，极易诱发坡体滑动。

3.3 气候条件因素

通过对气候资料的查阅可知，2015年6月至9月期间以及2016年3月以来均发生持续性降雨，大量雨水入渗坡体，且无法及时排出，使上覆松散坡积土迅速饱水软化，土体自重增加，坡体下滑力大大提高，同时含水量增加导致土体抗剪强度降低，抗滑能力减弱，最后导致坡体变形失稳，坡体后部受到牵引出现多道裂缝。因此，持续性的强降雨是引发坡体位移的最直接的外部诱因。

3.4 工程因素

首先，工程切坡为滑坡创造了条件，边坡坡脚的开挖改变了坡体的初始边界条件，打破了其原有的平衡状态，使得滑坡的出现成为了可能。

其次，在第一次发生较为显著的变形后，边坡顶部即出现张拉裂缝，张拉裂缝的存在为地表水的入渗提供了快速的通道，加速了地表水的入渗，为潜在滑带的形成进一步创造了条件。

此外，在坡体滑动逐步加剧期间，受多种因素的干扰，未能及时完成加固措施，且受道路通行压力及土石方调配等因素干扰，第一阶的反压体宽度、高度均不足，导致坡脚反压力度不足，未能有效地遏制滑坡的进一步发展，使得坡体在诸多不利因素的作用下，变形逐步加剧，浅层滑动逐步向深层滑动发展，同时随着深层滑体的发展，并向深部及后部牵引延伸，最终形成了多层、多级滑动。

4 滑坡计算分析

4.1 滑动面判定

为了正确地判定滑坡体的范围，并为后续滑坡治理提供有效的地质条件参数，在滑坡防治工程实施前，该工程根据规范要求[9]，先进行了专门的工程地质勘察。勘察采用主-辅剖面法进行，沿滑坡主滑方向布置了5条主剖面，其中2-2′剖面、4-4′剖面及5-5′剖面贯穿主滑体，1-1′剖面和3-3′剖面布置于开挖坡口线范围内，如图1所示。同时，结合地面裂缝测绘和钻探等方法，进一步查明滑坡体、滑带和滑床的结构特征。

基于滑坡地质勘察成果，结合地表裂缝、坡脚变形以及深层水平位移的监测情况，该工程判定该滑坡存在3层主要滑动面，即浅层滑动面、深层滑动面1和深层滑动面2，如图7所示。

4.2 滑带土抗剪强度指标反算

滑带土抗剪强度参数(含粘聚力c和内摩擦角φ)是滑坡稳定性计算和推力计算的重要参数，尤其是内摩擦角φ的大小对于滑坡体的稳定性至关重要，有时内摩擦角φ值相差1°，滑坡推力则差距显著，甚至直接影响后续加固方案。由于滑带土的成因、成分、含水状态、受力状态及破坏程度的复杂性和多样性，使得参数的变化幅度非常大，同一滑带上、中、下不同段落受力和破坏机制不同，加之物质成分和含水状态的不同，滑带土的抗剪强度参数也不同。因此，为了确保后续加固措施的合理性和准确性，需先进行滑带土抗剪强度指标反算。

图7 主滑面示意图

抗剪强度参数反算法的基本原理是视滑坡将要滑动而尚未滑动的瞬间为极限平衡状态，即稳定安全系数等于0.95～1.0，并利用极限平衡方程求解滑带土的粘聚力c和内摩擦角φ。该工程采用边坡稳定性计算软件Geoslope对上述3个主滑面进行计算，根据浅层滑面和深层滑面所处的状态，分别进行3个主滑面滑带土抗剪强度指标的反算，反算得到滑带土抗剪强度指标如表1所示。

表1 滑带土抗剪强度指标反算结果

通过假设主滑面的稳定安全系数约等于1.0，并结合工程经验，求得浅层滑动面、深层滑动面1和深层滑动面2滑带土粘聚力c分别为12.0kPa、12.0kPa和10.0kPa，内摩擦角φ分别为18.0°、18.0°和16.0°。

4.3 抗滑力计算

在反算求得滑带土的抗剪强度指标后，即可根据规范要求[10-12]计算上述3个滑动面的抗滑力。该工程取滑动面稳定安全系数为1.25进行计算，求得3个滑动面所需抗滑力，如表2所示。

表2 抗滑力计算结果

在求得滑动面抗滑力后，结合现场实际情况，该工程采用h型双排抗滑桩进行滑坡加固。h型双排抗滑桩作为超静定结构和空间组合结构，在结构性能及工作形式明显优于普通抗滑桩，可充分发挥抗滑结构的自身抗侧刚度和稳定性。然而，h型双排抗滑桩属于横向受力结构，在水平荷载作用下，应根据工程地质条件和滑动体的状态，对前、后排桩的荷载分布规律进行科学合理分配，不仅要确保整个滑坡体具有足够的稳定性，还要确保抗滑桩桩身的强度和刚度，满足结构承载力和变形控制要求。

5 滑坡治理措施

根据滑坡性质、变形特征和发展趋势，该工程采取了“前缘坡脚反压+平台布置刚架抗滑桩+坡体设仰斜平孔及支撑渗沟”的综合治理措施。

5.1 应急抢险工程

为防止滑坡事故的进一步恶化，在事故发生后，立即对前缘坡脚采用土袋进行反压，反压高度8m，宽度6m，以抑制坡体变形发展。

同时，在坡体上缘完善截水沟和排水沟，形成树枝状的排水系统，尽可能将后山地表水汇水通过排水系统排至坡外，减少地表水的下渗。

5.2 支挡工程

由于该场区内坡积、残积土厚度较大，且地下水极为丰富，在前期锚索成孔试验过程中发生多次塌孔现象，为避免因成孔质量因素而影响锚索施工质量，滑坡治理方案排除了抗滑桩+锚索的加固方案，而优先选用双排抗滑桩方案。该方案具有工艺成熟，施工速度快，工期短等优点，可对滑坡起到有效的治理效果。

根据上述计算分析可知，抗滑桩需提供1500kN抗滑力方可满足滑坡稳定要求。结合边坡实际情况，抗滑桩结合一阶、二阶平台进行布置，采用h型的双排桩布置形式，桩径2000mm，桩间距为5m～6m，前、后排桩的排距为6m，如图8～图9所示，大于2.5倍桩径，满足工程实践中的合理排距要求，桩长以进入碎块状强风化凝灰熔岩不小于6m控制，抗滑桩、顶梁配筋采用杆系有限元模型计算，如图10所示，具体配筋结果如图11所示。结合现场实际情况，抗滑桩采用机械成孔。