1 引言
滑坡災害常給國民經濟建設和人民生命財產帶來的巨大的損失,而云南地區邊滑坡與其他地區相比具有數量多、規模大、類型復雜的特點,在對其滑坡進行治理時更應慎重。本文以某機場邊滑坡為例,分析了滑坡的形成原因,并對滑邊坡體進行了詳細的分析,提出了此滑坡的治理措施與施工建議,希望通過此例能為類似的滑邊坡治理設計提供清晰的治理思路。
2 滑坡現狀
經查閱相關資料表明,1994年該地段產生滑坡,影響范圍長約400m,寬約100m,影響范圍內出現了開裂、塌滑、塌陷、及滑坡前緣隆起等現象。2009年4月23日,為滿足機場改擴建建設需要,需在原滑坡地段修建巡場道路。于是對原地段進行填方加寬工作。6月發現坡體向后部(現有跑道方向)滑動,且有繼續發展的趨勢。勘察表明,該滑坡影響地段與1994年原滑坡地段基本一致,滑坡體長約300m,寬約110~120m,滑坡影響范圍內出現了開裂、塌滑及滑坡前緣隆起等現象。
滑坡主要發育于跑道南端人工填方邊坡內,目前仍處于蠕動變形階段,滑坡體主滑方向近東西向,滑坡體前緣及后緣共發育6條裂縫,編號L1~L6。其中:L1、L2總體呈南北向發育,為滑坡后緣裂縫,L3呈圓弧形發育, L4、L5、L6沿水溝發育,為滑坡前緣裂縫。
邊坡主要位于西邊坡填方區除滑坡區域以外其他填方地段,主要為人工填方邊坡,目前邊坡區未發現有裂縫及其它變形跡象,處于穩定狀態。
3 滑坡分析
3.1滑坡形成原因的分析
地形條件:該處原始地貌為一斜坡地帶,斜坡坡度0°~5°,坡度較緩,但在1993~1994年機場建設過程中,該處進行了較厚的大面積填方,填方工作完成后,該地段形成由東向西傾斜的填方邊坡,填方邊坡坡比為1:5。在機場改擴建工作時,仍須在該處進行填方,填方邊坡坡比為1:2~1:3.5,需在原填方邊坡上繼續填土。因此,該地段存在邊坡失穩的地形因素。
地層結構:滑坡地層主要為人工填筑土、粘土、含有機質粘土、泥炭質土,其下為粉質粘土及卵石。粘土層為該區“硬殼層”,但該層較薄,局部地段缺失;含有機質粘土為該區軟弱層,該層也隨地形由東向西緩傾,傾角0.6°~1.0°,且該層具有孔隙比大、強度低、透水性差、具高靈敏度及高壓縮性,在該層上部進行較大厚度的大面積填方,易使該層產生大面積的塑性變形,甚至剪切破壞。這是邊坡產生變形以至形成滑坡的內在因素。
地表水、地下水條件:由于勘察區內上部為較厚的大面積填土,其荷載超過了下臥軟弱層含有機質粘土的強度,加之軟土層中水不易排出,形成一定的孔隙水壓力,使軟土層的強度下降,導致下臥軟弱層發生大面積的塑性變形,甚至剪切破壞形成滑坡。滑坡后緣已將填土發生剪切破壞,填土中表現有南北向的拉張裂縫平行發育。地表水(主要為大氣降水)沿裂縫入滲,降低了土體強度,因人工填筑土①層、粘土②層、含有機質粘土③層滲透性能差,滲水在裂縫內富集,地下水長期滲(逕)流也導致滑動帶的形成并加速了滑動帶的貫通。這是引起邊坡變形,最終形成滑坡的主要外部因素。
3.2滑(邊)坡的反演分析與穩定性驗算
通過對勘察報告的土層物理力學參數進行反演分析,可驗證參數是否與實際情況相符,確定設計需采用的土層物理力學參數。而通過穩定性驗算來確定滑坡體所處的狀態及是否需要采取措施。因此,滑(邊)坡的反演分析與穩定性驗算對滑(邊)坡的治理是非常重要的。
3.2.1 滑坡反演分析與穩定性驗算
根據以上分析,針對滑坡布置的斷面,勘察揭露滑坡周界較清晰,滑動面(帶)主要位于含有機質粘土③層內,據此進行滑坡的穩定性分析與驗算。
依據取樣進行的浸水快剪試驗結果與95年勘察報告提供的滑坡驗算指標,依據調查及查閱相關資料恢復原滑坡地形及原貌,通過對12--12′斷面進行滑坡反算,得出斷面12---12′卸載前穩定系數為0.93,卸載后穩定系數為0.98,與實際情況相吻合,從而根據土實驗分析指標及地區經驗,確定本次滑坡穩定性驗算指標,參見表一:
結合滑坡現狀條件下的變形破壞情況,在不考慮地下水、地震、加載等因素的影響條件下,滑坡穩定性計算結果表明滑體處于極限平衡狀態,若在雨季暴雨、地震等因素的影響下,滑體的穩定性會大幅降低,將有向后緣、深部發展的可能,因此對滑坡地段必須采取相應的治理措施。
3.2.2 邊坡反演分析與穩定性驗算
根據以上分析,針對邊坡布置的斷面,破壞模式為沿第四系地層內部弱面滑移,據此進行邊坡的穩定性驗算。依據取樣進行的浸水快剪試驗結果,采用工程類比法及反分析法,根據地區經驗,確定各潛在滑移面的驗算強度指標,參見表一:
經過驗算,結合邊坡現狀條件下的變形破壞情況,在不考慮地下水、地震、加載等因素的影響條件下,現狀邊坡穩定系數為1.18~1.25,這表明邊坡處于穩定狀態,但安全儲備不足。考慮8°地震狀態下,邊坡穩定系數為0.80~0.82,表明邊坡處于失穩狀態,且目前填方工作尚未全部結束,在以后填方荷載及工程狀態下,為確保邊坡的穩定,建議對邊坡地段采取相應的防治措施。按相關規范、規程,邊坡的穩定安全系數建議按1.25考慮。
表 一 |
巖土名稱
及代號 |
天然重度γ(kN/m3) |
邊坡驗算指標 |
滑坡驗算指標 |
粘聚力c |
內摩擦角φ |
粘聚力c |
內摩擦角φ |
人工填筑土① |
20.5 |
12.0 |
5.5
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10 |
5 |
粘土② |
19.5 |
13.0 |
5.0 |
12 |
4 |
含有機質粘土③ |
18.5 |
9.0 |
3.0 |
8.5 |
2.2 |
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4 滑(邊)坡治理方案與施工注意事項
4.1滑(邊)坡治理方案
根據穩定分析計算結果、現場踏勘的實際情況及方案評審,同時考慮經濟合理、安全可靠、便于施工等各方面的因素,經多方案技術經濟綜合比較,最終確定采用CFG樁+系統排水的治理方案。
通過對滑(邊)坡中上部土體進行長螺旋CFG樁處理,對土體進行改良,提高土體的C、Φ值。當置換率m=6.4%時,取用CFG樁的C=400kPa,φ=35°,滑坡處理范圍滑帶土有機質粘土(3)層的抗剪強度指標可以提高到C=33.6kPa,φ=4.57°。邊坡處理范圍有機質粘土(3)層的抗剪強度指標可以提高到C=34kPa,φ=5.36°。通過上述加固處理,在8度抗震設防的情況下,滑、邊坡的穩定系數k≥1.05,可滿足規范要求。可保證該位置機場改擴建工作的順利進行。
具體處理措施:
滑坡部分:采用長螺旋CFG樁對滑坡中上部約60.0m寬度范圍進行處理,樁徑400mm,正方形布置,間距1.4X1.4m,樁身須穿過③層有機質粘土、③1層泥炭質土,且進入其下的好土層不小于1.0m,平均有效樁長約17.0m。
邊坡部分:采用長螺旋CFG樁對邊坡中上部約30.0m寬度范圍進行處理,樁徑400mm,正方形布置,間距1.4X1.4m,樁身須穿過③層有機質粘土、③1層泥炭質土,且進入其下的好土層不小于1.0m,平均有效樁長約17.5m。
4.2施工注意事項
1、滑坡治理施工期間,應對滑坡體進行變形監測,及時預測滑坡活動的情況,以指導施工并保持滑體穩定,變形監測宜延續到施工結束一定時間,延續時間的長短應根據變形監測結果確定。
2、對治理后的坡面及坡體上做好植被護坡,以美化環境。
3、施工過程中,處理深度宜揭至承壓含水層卵石④層頂板上一定深度。
4、旋噴樁施工過程中,應做好泥漿處理,及時將泥漿運出或在現場短期堆放后作土方運出。
5 小結
一旦發生滑邊坡失穩,便可能會造成巨大的經濟損失,甚至人員的傷亡。因此在進行滑邊坡治理設計時,要秉持嚴肅嚴格態度,對滑邊坡治理設計的每一個環節進行嚴格的把關,方案盡量做到安全、經濟、合理。
參考文獻(References):
【1】機場跑道南端邊滑坡勘察報告書與設計說明,2009.
【2】張玉芳等.邊坡病害及治理工程效果評價北京:科學出版社,2009
【3】滑坡的分析與防治.鐵道部科學研究院西北研究所,譯.北京:中國鐵道出版社,1987