牛營滑坡形成機理及整治

摘要:本文通過具體工程實例分析了滑坡的成因機理,介紹了治水、減重及抗滑樁等綜合治理手段,并對深挖方路段的施工方法做了有益的探討。

關鍵詞:滑坡;工程地質條件;水文地質條件;抗滑樁

中圖分類號:U455.49文獻標識碼:B文章編號:1009-8631(2009)12-0065-02

一、工程概況

牛營滑坡位于寧夏涇源縣牛營村北側、即固原—沿川子高速公路第A13合同段、路線樁號K174+775-K175+240,路線由北向南布設。

該段施工前為土山,為深挖方路段,最大挖深約24m,施工過程中,大規模的開挖形成高大臨空面,由于未及時支護加上雨水的影響,巖土體失去穩定的支撐而變形,K174+970-K175+100段左側巖土體由東向西滑塌,屬于工程滑坡。

二、工程地質條件

2.1地形地貌

本段處于六盤山山脈東麓,為低山區,地形復雜,梁峁起伏溝壑縱橫,工程難度較大?；聟^為黃土低山,山勢為中間低、東西兩側漸高,原始地面自然坡度約10-15°,路線從中部埡口通過,海拔高度1990-2050m。所處梁峁坡地,一般為階梯狀旱地,土地貧瘠,種植小麥、燕麥、胡麻、苜蓿等,產量低。

2.2地層巖性

工程區地形起伏大,表層為黃土狀土覆蓋,基巖出露較少?？傮w上基巖向西緩傾,傾角5°左右。

①黃土(或黃土狀土):Q4al 沿線分布較廣,主要分布于梁崗頂部,厚度3.0-4.0m,灰黃色為主,結構松散,稍濕-潮濕。

②低液限粉土:Q4al工程區內窩狀分布,厚度2.0-3.5m,最厚可達10m,暗灰色,松散-稍密狀態,潮濕-飽和。該層富含有機質,從已開挖的斷面可見樹枝、樹根、葉片,最大直徑15-20cm;并見有螺殼,開挖時散發出“沼氣”,具有靜水環境中沉積的特征。

③全風化泥巖:E2S褐紅色,原巖結構完全破壞,巖芯破碎,大多呈土狀。厚度4.0-14.0m。具有弱膨脹性。

④全風化砂巖:E2S 褐紅色,原巖結構完全破壞,巖芯破碎成散狀,飽和,密實。厚度約2.2m。

⑤強風化泥巖:E2S 褐紅色,原巖結構部分破壞,有完整巖芯,部分破碎,潮濕,硬塑-半堅硬。厚度約7.0-8.0m。

⑥強風化砂巖:E2S 灰白色,巖芯短柱狀,擾動后易碎不易散,潮濕,密實。

⑦強風化泥質砂巖:E2S 褐黃色、原巖結構部分破壞,擾動后易碎易散,潮濕-飽和,密實。

⑧弱風化泥巖:E2S 褐紅色,原巖結構較完整,巖芯長柱狀,部分破碎,潮濕,半堅硬。單軸抗壓強度1.26MPa,極軟巖 。

⑨弱風化砂質泥巖:E2S 褐紅色,原巖結構較完整,巖芯短—長柱狀,潮濕,半堅硬。

2.3地質構造與地震

中生代時期,形成了走廊內陸盆地,沉積了巨厚的河湖相碎屑巖地層。燕山運動,走廊內陸盆地整體抬升,形成了六盤山等褶皺帶,山間小盆地陸續接受第三紀河湖相沉積。

本路段位于六盤山東麓斷裂帶的東側,根據《中國地震動峰值加速度區劃圖》(GB18306-2001)劃分,地震動峰值加速度為0.20g,對應地震烈度為Ⅷ度。

2.4水文地質條件

滑坡體位于黃土低山,路線從埡口經過,埡口東西兩側漸高。北部的大紅溝、南部的牛營河,其河床均低于滑坡區基底30-50m。因此,地下水來源主要為大氣降水滲入補給,賦存于土層的孔隙中。受地貌因素控制,富積地下水會沿基巖面滲透排泄。據勘探期間觀測,地下水位為5.5-16m。

根據勘探結果,表層黃土狀土孔隙發育,自然降水后很快下滲;灰色粉土中含有朽木、螺殼、有機物,微具嗅味,具有在靜水環境中緩慢沉積的特征,推測該滑坡處曾經是一個湖沼。

農田澆灌方式依靠自然降水,屬于靠天吃飯。每年的6—9月為雨季,降水量占全年的60%以上。

泥巖為相對隔水層,在路基左側邊坡開挖出露的泥巖面上,可看到幾處滲水。按照地下水的賦存條件,主要屬于第四紀松散層孔隙水。

根據水質分析結果,其PH值為7.81,SO42-含量為158.97mg/l,Cl-含量為1.65mg/l。按照《公路工程地質勘察規范》(JTJ064-98)附錄D:《環境介質對混凝土腐蝕的評價標準》,水質對混凝土無腐蝕性。

三、滑坡分析

3.1滑坡規模、特征

工程區在滑坡發生之前已經機械開挖至設計標高,分4級平臺,開挖最深處約24m,2、3級坡面已砌護坡面墻。6月份,下了幾場大雨,引發了滑坡產生。為了避免發生更大的滑動,在專家的指導下,用土方回填壓實至1級平臺,形成反壓護道,經觀測,已趨于極限穩定。

該滑坡體呈馬蹄形,前緣寬約200m,后緣寬約100m,長約130 m。主要分布于K174+950-175+120段,其中K175+000-K175+090段已滑塌,中間點K175+050前后兩側邊坡外鼓開裂,二級平臺以上土體傾塌,窗孔式片石護面墻被破壞。

在滑坡體中部、后緣地表發現張拉裂縫8條,呈圓弧狀分布,縫長30-60m不等,最長逾百米;裂縫寬度3-20cm不等。在前緣發現放射狀裂縫十多條。

根據現場勘察,認為該滑坡屬于工程施工引起的牽引式滑坡,規模為中等。主軸角度約265-270°?；嫣幵诘谌碉L化巖層中。

3.2滑坡形成機理

滑坡區為黃土低山,山勢為中間低、東西兩側呈階梯狀漸高,地面自然坡度約10-15°,路線從中部埡口通過?；掳l生的主要原因有以下幾種。

(1)地質環境

從地質構造分析,該地區巖層西傾,傾角約5°。

通過勘探資料、調查已挖開的坡面土質、坍塌物特征,判斷出該地段曾經發育有湖沼、具備靜水環境中緩慢沉積的條件。觀察到原湖沼底面隨泥巖面起伏,土體中見有螺殼、腐朽樹木,顏色灰黑,工人反映開挖時聞見腥臭味(沼氣)。

(2)工程活動

該段為深路塹形式,最大挖深約24m,每6m設置平臺,最大開口寬度約為100m,坡率1:1,工程量巨大。開挖方式為機械連續開挖,全部開挖成型后進行上部平臺、上部坡面的砌護(漿砌毛石),從上至下逐級進行。

大開挖后,產生高陡邊坡,形成人工臨空面,土體失去原有的支擋,原有的自然平衡被打破;上部不斷增加的漿砌石塊重量,加劇平衡的破壞。

(3)水的滲入

表部黃土、粉土土性疏松孔隙發育,透水性強,強降水后,土體中含水量增大,使土達到塑性狀態,降低了土體的抗剪強度;水繼續下滲,使風化泥巖面浸泡軟化,減少了摩擦力,抗滑能力減弱。

(4)巖土性質

經勘探調查試驗發現,上部灰黑色粉土含螺殼、腐朽樹木,有靜水環境沉積的特征,土性較軟弱,天然孔隙比可達0.92-1.2。

下部全風化泥巖,巖芯破碎,具有膨脹性,自由膨脹率40-50%;抗擾性差,水穩性差,當水分增加時,抗剪強度下降明顯。

四、整治措施

經過多種方案比較,最后確定采取以抗滑樁為主的綜合整治方案。

(1)治水

大氣降水入滲是造成滑坡產生的重要因素,在滑坡體外圍設置環型截水溝、在滑坡體內地表設置數條樹枝狀截水溝,將水快速排出滑坡體外,截水溝應進行襯砌,防止水分下滲。在滑坡體坡面內一定深度,設置排導管,將滑坡體內的地下水引出。用粘土填塞夯實滑坡體上的裂縫,阻止地表水滲入滑坡體內。

(2)減重

對抗滑樁后部的土體適當減重,降低滑坡推力,有利于穩定。

(3)抗滑樁工程

在第二級邊坡平臺上設置錨索抗滑樁,分為Z1、Z2、Z3、Z4四種樁型,共41根。Z1型樁,截面尺寸1.8m×2.6m,樁長22m;Z2型樁,截面尺寸2.0m×3.0m,樁長24m;Z3型樁,截面尺寸2.0m×3.0m,樁長22m;Z4型樁,截面尺寸1.8m×2.6m,樁長20m;每根樁頂設置2孔預應力錨索。

(4)施工方式

該地段開挖長度大、深度深、開口寬,挖開的地段,應及時支護,不宜長期擱置,避免受降水或其它因素影響使坡體失穩。

五、結束語

該滑坡經過整治后,已安全運行三年多,通過幾年來的監測情況分析,坡體處于穩定狀態,說明采取的措施是有效的。

參考文獻:

[1]吳萬平等《公路路基設計規范》 人民交通出版社2005年.

[2]俞文學等《公路工程地質勘察規范》 人民交通出版社1999.

[3]張有良 《工程地質手冊》 中國知識出版社2006年.

作者簡介:陳偉剛,男,現就職于寧夏公路勘察設計院有限責任公司。