牽引式滑坡整治淺析

牽引式滑坡整治淺析

1牽引式滑坡抗滑加固技術滑動滑動滑動滑動滑動滑動滑動滑動傾斜的風險通常是，由于侵蝕或人工傾斜的斜坡，斜坡的表面會變陡，導致不穩(wěn)定，后面會出現(xiàn)裂縫。隨著變形的發(fā)展，后板后的變形也會發(fā)生變化，導致滑斜體向后發(fā)展，最終形成較大且相對穩(wěn)定的區(qū)域。牽引式滑坡的滑體主要是松散層、軟弱夾層或古滑坡體、蠕變體,在山區(qū)進行的高速公路切方邊坡中,會遇到大量的牽引式滑坡。由于牽引式滑坡有逐級向上發(fā)展的特性,當滑坡發(fā)生并向上發(fā)展后,顯示出的滑動范圍、滑體量增大,在進行加固處理時,需使邊坡達到1.25以上的安全系數(shù),增加了加固工程量。若在工程切方前對潛在失穩(wěn)的坡體進行工程地質調查,當邊坡體上部有向上大面積發(fā)展的趨勢,或滑坡發(fā)展將造成大方量的滑體或者邊坡上部有重要的建筑物如居民點、高壓電塔基礎、通信塔等情況時,可以在切方前對自然坡體進行抗滑加固,保持原坡上地面形態(tài),使?jié)撛诨瑤Э够瑓?shù)保持原有性質,這樣能充分利用原有坡體的固有抗滑強度,減少加固工程量,即使有的牽引式滑坡向上有一定程度的發(fā)展,由于長期自然坡體是穩(wěn)定的,在處理時也只需考慮切坡后最初產(chǎn)生的滑體,在對其進行有效加固后,后部斜坡體將不會因前部失穩(wěn)而向后產(chǎn)生連鎖反應。然而現(xiàn)實工程處理時,往往將多期的牽引滑動視作一個整體滑動,加固處理時采取非常強的加固措施,這可能造成工程的極大浪費,因此對牽引式滑坡特征進行分析,并對潛在滑體進行主動和被動加固的比較分析,對邊坡設計、監(jiān)理、施工等有很強的工程參考指導意義。2土體的斜坡帶牽引式滑坡一般發(fā)生在斷裂帶、堆積層、風化帶及巖土體的軟弱夾層所組成的斜坡地帶,自下而上發(fā)展,規(guī)模不斷擴大。影響牽引式滑坡的主要因素有地層巖性、微地貌特征、氣象與水文條件以及人類工程活動等。2.1斜截面為硬地層的斜坡開挖路塹的坡腳是牽引式滑坡的主要誘發(fā)因素。在自然條件下,斷裂帶、堆積層、風化帶及巖土體的軟弱夾層所組成的斜坡處在穩(wěn)定或略高于極限平衡狀態(tài),坡腳是重要的阻滑段,切坡腳后,斜坡臨空高度增加,抗滑力減小,導致切坡后的斜坡產(chǎn)生變形,坡面出現(xiàn)裂縫。2.2滑動面為復合面地下水對人工切坡主要有4個方面的作用:第一,地下水浸潤線下降或變陡。切坡改變了原有的微地貌,路塹切坡使原地下水平緩浸潤線阻斷,出水口下移,浸潤線變陡。同時切坡后產(chǎn)生的牽引變形裂縫為地下水下滲提供了通道,在有相對隔水層的地段,裂縫可能會穿透隔水層,使地表水通過裂縫下滲到邊坡的更深部,完全改變自然地貌條件下的地下水滲透路徑。第二,軟化潛在滑動面。滑動面不論是單一軟弱夾層還是復雜的軟巖或土體介質,都有遇水軟化的特性,滑動面滑動時,有部分軟化和整體軟化的區(qū)別,如文獻所述。部分軟化已導致邊坡部分變形、房屋開裂;整體軟化后,強度迅速下降,導致滑體的快速變形,并使嵌入路基下方與滑面呈大角度斜交的抗滑巖體產(chǎn)生潰屈隆起破壞。此外,軟化還有短期與長期之分。短期軟化時就可使處在極限平衡狀態(tài)或略高于平衡狀態(tài)的坡體產(chǎn)生變形,按此條件整治的邊坡若不采取封堵、排水等措施,整治后仍可變形失穩(wěn),因為坡體產(chǎn)生變形后反分析計算所得的滑坡體抗剪強度只是當前的殘余強度;而長期進一步軟化后的長期強度仍可下降,如文獻中所述,產(chǎn)生變形失穩(wěn)的滑動面抗剪強度在長期軟化條件下,若滑動面摩擦角?值不變,黏聚力c值進一步軟化后下降為原計算值的42%,若c值不變,tan?值下降為原計算值的85%。第三,增大滑體重度。在持續(xù)強降雨條件下,滑體趨于飽和,使滑體重度增加,下滑力也隨之增加。第四,靜、動水壓力的影響。持續(xù)降水條件下,在有一定深度的節(jié)理和拉裂面內地表水沿節(jié)理面或破裂面下滲,導致滑坡體產(chǎn)生一定的靜水壓力,同時浸潤線變陡將使得坡體內的動水壓力變大。2.3風化泥灰?guī)r滑坡裂縫的形態(tài)隨著裂縫的擴展、地表雨水的下滲、滑動面抗剪強度的進一步下降以及臨空面處位移的擴大,滑移體背后的土體將產(chǎn)生新的臨空,從而會出現(xiàn)新的滑動。如圖1,滑體上部為低液限黏土,中間為高液限黏土,下部為全強風化泥灰?guī)r,滑床為弱風化泥灰?guī)r,滑出口處為全強風化泥灰?guī)r與弱風化泥灰?guī)r的界面,2000年11月已出現(xiàn)滑坡裂縫,最遠處距坡腳33m,隨著滑坡的發(fā)展,裂縫向后繼續(xù)發(fā)展,2001年2月,最遠處的裂縫距坡腳51m,再繼續(xù)發(fā)展,最后到2001年5月時,最遠裂縫已距離坡腳達82m。在如此平緩的地段,滑體厚度僅約8m的滑體內,隨著滑坡的發(fā)展和滑動面強度的逐步下降,最后竟演變成面積較大的中型滑坡體。3加固前邊坡潛在滑動面被動加固是指切坡時,改變了原斜坡地表形態(tài),斜坡由穩(wěn)定狀態(tài)過渡到極限平衡狀態(tài),坡體發(fā)生變形,地表水通過變形裂縫下滲到潛在滑動帶,使滑帶抗剪強度進一步下降,斜坡抗滑力減小,滑動范圍擴大,此時對邊坡的加固稱為被動加固。主動加固是指切坡前,根據(jù)初步計算分析或工程類比,確定坡體有潛在滑動趨勢,為保持切坡坡體地面形態(tài),使?jié)撛诨瑤Э够瑓?shù)保持原有性質,防止?jié)撛诨瑤Э够瑓?shù)下降造成工程損失,在切坡前或未產(chǎn)生變形前的切坡過程中對邊坡的加固稱為主動加固。對路塹邊坡的加固,一般是要求主動加固防護,對于軟巖及構成潛在牽引式滑坡的松散軟弱層,更要求開挖一級加固防護一級,但是由于邊坡工程地質條件的復雜性,對潛在滑體滑動面判斷不準,或對潛在滑動面抗滑能力認識不足(即過高地估計了滑動面的抗滑指標),從而導致開挖邊坡失穩(wěn)。此外還有些邊坡沒有來得及加固防護就已經(jīng)出現(xiàn)變形、裂縫,最后導致滑坡。雖然對邊坡的穩(wěn)定性加固防護是采用主動方式,但對出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)的滑坡往往是被動的,即在滑坡發(fā)生以后才采用加固處理措施,沒有在邊坡開挖前對潛在滑坡進行主動加固處理。3.1破碎帶、堆積層、風化帶由于牽引式滑坡滑動面的組成物質主要是斷裂破碎帶、堆積層、風化帶及巖土體的軟弱夾層,它有遇水軟化的特性,還有逐級向上發(fā)展的特性,被動加固主要存在以下4個方面的問題。(1)滑動面為硬脆材料潛在滑動面的物質組成復雜,抗剪強度隨雨水軟化而下降,c值下降極為明顯,最大可達80%,而tan?值一般下降5%~20%。潛在滑動面c,?值下降并不代表整個滑動面都是統(tǒng)一下降,實際邊坡中有的部位(如集水地帶或節(jié)理裂隙發(fā)育帶)在雨水的作用下抗滑指標明顯下降,可能已達到軟化長期強度,而其它部位下降的幅度則較小,且還有進一步下降潛勢,即軟化下降在整個滑動面上是不均勻的。局部部位抗滑強度下降明顯時,在邊坡上就可產(chǎn)生變形裂縫,當變形繼續(xù)發(fā)展并受到持續(xù)降雨影響時,雨水向已經(jīng)移動變形的滑動面滲透,滑動面局部的軟化下降就演化為整體軟化下降,抗滑力隨之迅速下降,下滑力很快超過抗滑力,從而導致滑坡的快速移動變形。還有相當多的潛在滑動面軟化是隨雨水、地下水的下滲和坡體變形而逐漸發(fā)展,滑動面的抗滑強度指標從當前狀態(tài)的強度轉化為長期強度,抗滑指標呈現(xiàn)顯著下降。例如在某公路k56+300的泥質灰?guī)r中,夾有12cm的泥巖夾層,正常狀態(tài)下為一完整的巖石,而充分軟化后則變成松軟的泥土,該泥巖正常室內試驗結果為?=22~26°,c=30~50kPa,而充分軟化后的室內試驗結果為?=6°左右,c=6~12kPa。我國部分水利工程現(xiàn)場大剪切試驗成果顯示:夾層軟化后,tan?下降5%~30%(大部分在5%~20%),c值下降30%~80%。湖南潭邵高速公路k90+940處的軟弱夾層滑坡,滑坡面積約6000m2,開始出現(xiàn)滑動時,滑動面抗滑指標已有所下降,但沒有達到它的長期強度值,此時的抗滑指標計算反分析結果為?=11.5°,c=8.2kPa,由于對滑坡裂縫沒有采取封堵,裂縫外也沒有截排水措施,使得山外的雨水直接流向滑體,雨水通過裂隙、空隙滲透流向滑動面,使滑面變成過水通道,削坡減載已穩(wěn)定的邊坡在半年后又出現(xiàn)失穩(wěn),根據(jù)反分析計算結果,此時滑動面強度指標為?=10.5°,c=5.76kPa,這是整個約6000m2滑動面綜合進一步軟化到長期強度的結果。由以上結果可以看出,隨著滑動面的軟化,抗剪強度指標呈顯著下降。(2)自然坡腳穩(wěn)定性隨著工程切坡的進行,邊坡的臨空高度將增加,坡率將變陡,切除了自然坡腳的抗滑段,邊坡會出現(xiàn)失穩(wěn)滑動。隨著地表雨水、地下水的滲透,抗滑強度的進一步下降,裂縫后的坡體將會出現(xiàn)新的失穩(wěn)破壞,圖1為典型的牽引式漸進破壞,若斜坡更陡,滑坡范圍還將擴大到更遠。(3)邊坡失穩(wěn)造成的工程損失由于對松散體認識不足,切坡時雖然穩(wěn)定并有一定的加固措施,但是隨著坡體進一步滲水軟化,潛在滑動面強度進一步下降,造成已完工的邊坡出現(xiàn)失穩(wěn),這在山區(qū)松軟層地帶屢見不鮮,導致了大量的工程損失,首先是將已完成的加固防護工程摧毀,其次是滑動范圍的擴大也增大了以后邊坡加固和防護的范圍,再則是破壞了原地表的建筑物,如房屋、高壓電塔和通信塔基以及其它建筑物等,最后是由于潛在滑動面抗滑指標下降,所需的抗滑力也隨之增大,導致加固費用增加,同時也延長了工期,導致了工程的間接損失。(4)工工過程中造成環(huán)境破壞山區(qū)的斜坡地帶,普遍有較好的森林植被和耕地,切方施工過程中,滑坡不斷向上發(fā)展,多次征地,使得大片已生長30年以上的松林被毀,或者將非常有限的山區(qū)耕地破壞,使山體一側變成裸露的巖土,造成環(huán)境資源的破壞。3.2滑動面參數(shù)分析對于已出現(xiàn)牽引式滑坡的邊坡一般是采用削坡減載和加固處理,或者將兩者結合起來。加固處理的方式主要以抗滑樁、錨桿(索)框架梁加固為主,對于較低的路塹失穩(wěn)邊坡,可以采用擋墻加固,每延米被動加固力主要與潛在滑動面位置的確定、滑動面強度和滑動范圍等因素有關?；瑒用婵辜魪姸戎饕罁?jù)工程經(jīng)驗類比及反分析計算確定。在水利水電工程中對軟弱夾層、松軟結構層進行了大量現(xiàn)場試驗,并取得了相應的抗滑強度參數(shù),了解這些參數(shù)的工程地質背景和試驗條件,再結合失穩(wěn)邊坡的工程地質條件,可以大致確定滑動面的抗剪強度參數(shù);工程中有廣泛的類似失穩(wěn)邊坡調查分析,收集整理這些邊坡反分析計算得到強度參數(shù),對失穩(wěn)邊坡滑動面強度參數(shù)的確定有極大幫助;再有就是依據(jù)現(xiàn)場已失穩(wěn)邊坡進行的反分析計算工作確定滑動面參數(shù)。主要通過這3種方式的綜合分析,能較為準確地確定滑動面抗剪強度參數(shù)。由于滑動面抗剪強度參數(shù)受地下水、風化等因素的影響顯著,對已失穩(wěn)的邊坡進行抗滑參數(shù)的計算分析時還要確定當前滑體所處的狀態(tài),加固處理后是否還會進一步軟化。若依據(jù)當前抗滑強度進行的加固處理在工程進行中以及以后會進一步軟化,則滑體抗滑力會進一步下降,加固處理的安全系數(shù)也隨之降低;反之,如果處理后抗滑力再不可能降低,甚至通過加固處理如深層排水措施,使得較深層的地下水迅速排出,則可能提高依據(jù)當前失穩(wěn)邊坡狀態(tài)進行加固處理的安全系數(shù)。牽引式滑坡有逐級向上發(fā)展的特性,如果失穩(wěn)邊坡處理不及時,失穩(wěn)邊坡有一個充分的向下變形,而失穩(wěn)體后面的斜坡在充分變形后形成的新臨空體也會產(chǎn)生失穩(wěn),這樣逐級向上發(fā)展,可使滑坡體擴大到很大的范圍,如圖1所示的滑坡體。這些后期向上發(fā)展的失穩(wěn)斜坡在自然斜坡中本是相對穩(wěn)定的,只是由于初期的切坡臨空引起坡體失穩(wěn),臨空后產(chǎn)生裂縫并遇水軟化的變形發(fā)展結果。若最初的臨空失穩(wěn)邊坡能迅速加固處理,則不會導致以后的牽引式連鎖斜坡失穩(wěn),而且加固處理失穩(wěn)范圍較小,所需的加固力也較小。當已引起牽引式滑坡的連鎖反應時,由于后部失穩(wěn)邊坡產(chǎn)生了變形裂縫,滑動面抗剪強度已經(jīng)有所下降,對此也要提供相應的抗滑力和加固力,但是是否需要提供1.25以上的安全系數(shù)值得探討。在最初的切方臨空失穩(wěn)并迅速處理時,工程加固處理只需考慮此時失穩(wěn)邊坡加固到安全系數(shù)1.25以上,失穩(wěn)后面的斜坡體是不需考慮額外的加固力的?，F(xiàn)在失穩(wěn)后面的斜坡體已產(chǎn)生變形裂縫,若能采取措施保證不繼續(xù)軟化,則對已經(jīng)產(chǎn)生裂縫并有所軟化的部分坡體提供相應的抗滑力補償就能保證斜坡的長期穩(wěn)定。圖1中(2),(3)滑體是(1)失穩(wěn)后的牽引連鎖反應,對(2),(3)部分采取抗滑力補償,即將(2),(3)部分由加固前小于或等于1.0的安全系數(shù)加固到1.05~1.15,而對于最初的失穩(wěn)體(1)的安全系數(shù)加固到1.25以上,以保證(1)不會失穩(wěn)變形,并對后面的滑體有一定的阻滑作用。實際工程處理時,在(1)滑體前緣坡頂處設置的一排φ150cm、間距5m的抗滑樁即是按此思路設計的結果,若按最大滑體加固到k=1.25以上,則需兩排抗滑樁,按牽引滑動補償加固的一排抗滑樁經(jīng)過5年時間檢驗,證明已達到長期穩(wěn)定。3.3路塹邊坡變形和強度下降的情況下,邊坡出現(xiàn)小的滑坡自然斜坡在長期地質作用下,潛在滑動面抗剪強度已相對穩(wěn)定。切坡后,由于抗滑力下降,斜坡從穩(wěn)定狀態(tài)過渡到極限平衡狀態(tài),產(chǎn)生新的變形,潛在滑動面也隨著斜坡變形、雨水入滲使其抗剪強度下降。主動加固就是預先補充由于切坡而產(chǎn)生的斜坡抗滑力減小,阻止斜坡變形,并防止?jié)撛诨瑒用婵辜魪姸冗M一步下降的一種預先加固措施,相對被動加固,能達到事半功倍的效果。主動加固是在對邊坡工程地質條件和各項影響因素發(fā)展有充分認識的基礎上采取的預先加固。許多邊坡發(fā)展成滑坡可經(jīng)過3個階段:第一階段時若不及時進行主動加固防護,隨著變形和坡體強度的下降,將出現(xiàn)小的滑坡現(xiàn)象;隨著變形和強度下降的發(fā)展、滑坡范圍擴大,危害和損失也將發(fā)展,此為第二階段;第三階段是邊坡出現(xiàn)整體性的滑動破壞,坡體強度顯著下降,地表附著設施損毀甚至造成人員生命財產(chǎn)損失。主動加固則是在第一階段進行,部分不得已在第二階段及時進行,避免發(fā)展到第三階段。擬切方的路塹邊坡如果有下列情況之一時應在切方施工時對斜坡進行預先加固:1)斜坡上有重要建筑物,如高壓線塔、通信塔、鐵路公路或居民民房;2)斜坡延伸較遠,一旦切方易導致牽引滑坡向上發(fā)展,產(chǎn)生較大規(guī)模破壞,滑坡量較大;3)斜坡上有大片林地或較好的耕地,切方易導致牽引滑坡,造成大片林地或耕地損毀。對潛在牽引性滑坡,依據(jù)滑體巖土的性質、地形地貌等因素采取抗滑樁預先主動加固為主的措施,能有效避免切方造成的大范圍牽引滑動。主動加固有以下優(yōu)點:1)充分利用斜坡巖土體固有的抗滑強度,切方前對斜坡進行主動加固,避免切方造成的坡體變形裂縫,阻止雨水、地下水下滲對潛在滑動面的軟化;2)利用原有抗滑力,減少加固力,降低工程造價。由于主動加固沒有造成坡體變形失穩(wěn)以及牽引后面的斜坡變形,能保持坡體潛在滑動面長期形成的固有抗滑參數(shù),所需主動加固力只是切坡臨空造成的抗滑力損失以及大于1.25的安全系數(shù)儲備,這比被動加固力要小得多;3)其它原因,如避免重復征地,減少對環(huán)境資源的破壞等。主動加固力主要依據(jù)勘察資料和有經(jīng)驗的工程地質人員,根據(jù)邊坡專家對重要地段進行的現(xiàn)場調查,綜合分析后確定潛在滑動面的位置,并依據(jù)工程類比和反分析計算資料確定潛在滑動范圍和滑動面參數(shù),必要時補充勘探資料,準確確定滑動面的關鍵參數(shù),然后進行計算分析,確定主動加固范圍和加固力。4抗滑樁變形引起邊坡滑動圖2、圖3是某高速公路的實例。圖2代表的坡面為低凹山坡,左側山坡向外還延伸150多m,與圖2一致的斜坡還要向上延伸約70m,高程為250m,地下水主要為地表雨水下滲,斜坡上部主要為塊石土,厚度10~18m,下部為硅化灰?guī)r夾頁巖,潛在滑動面為巖土接觸帶,如果完全依靠削坡減載來達到邊坡穩(wěn)定,則削坡的工程量大,征地量也大,將毀壞大片生長超過25年的松樹林帶,且削坡造成自然斜坡臨空,也可能產(chǎn)生新的失穩(wěn),故建議采用抗滑樁對斜坡進行開挖前的主動加固。在未開挖此段之前,已有邊坡出現(xiàn)滑動(見圖3),依據(jù)工程經(jīng)驗類比分析和圖3的反分析計算,確定圖2的潛在滑動帶的抗滑參數(shù)為?=21°,c=14.8kPa,據(jù)此建議在設計的第二級臺階內側設置φ=150cm間距5m的抗滑樁Ⅰ,再結合削坡減載可以使邊坡穩(wěn)定。實際施工中,由于種種原因沒有進行抗滑樁主動預先加固,在進行施工開挖切至巖土界面(即潛在滑動面位置)以下不久,斜坡上部出現(xiàn)變形裂縫,初始的最遠裂縫距路基軸線86m,后來向斜坡上發(fā)展到122m,最后發(fā)展到圖2所示的A點,距路基軸線179m,此時由于裂縫已產(chǎn)生,滑動面抗剪強度已下降,根據(jù)反分析計算,此時滑動面的?=18°,c=8.8kPa,一排抗滑樁所提供的抗滑力已不能有效地阻擋滑動,根據(jù)計算分析,建議在距路基軸線80m處另設置一排間距5m,φ=150cm的抗滑樁Ⅱ,最后僅落實了上排抗滑樁Ⅱ。結果在路基工程完工,高速公路通車前出現(xiàn)抗滑樁Ⅱ以下的邊坡滑動,即產(chǎn)生第二次滑動面,塊石土在抗滑樁Ⅱ前下錯了約3m,滑出口高程167m,為巖