牛营滑坡形成机理及整治

摘要:本文通过具体工程实例分析了滑坡的成因机理,介绍了治水、减重及抗滑桩等综合治理手段,并对深挖方路段的施工方法做了有益的探讨。

关键词:滑坡;工程地质条件;水文地质条件;抗滑桩

中图分类号:U455.49文献标识码:B文章编号:1009-8631(2009)12-0065-02

一、工程概况

牛营滑坡位于宁夏泾源县牛营村北侧、即固原—沿川子高速公路第A13合同段、路线桩号K174+775-K175+240,路线由北向南布设。

该段施工前为土山,为深挖方路段,最大挖深约24m,施工过程中,大规模的开挖形成高大临空面,由于未及时支护加上雨水的影响,岩土体失去稳定的支撑而变形,K174+970-K175+100段左侧岩土体由东向西滑塌,属于工程滑坡。

二、工程地质条件

2.1地形地貌

本段处于六盘山山脉东麓,为低山区,地形复杂,梁峁起伏沟壑纵横,工程难度较大。滑坡区为黄土低山,山势为中间低、东西两侧渐高,原始地面自然坡度约10-15°,路线从中部垭口通过,海拔高度1990-2050m。所处梁峁坡地,一般为阶梯状旱地,土地贫瘠,种植小麦、燕麦、胡麻、苜蓿等,产量低。

2.2地层岩性

工程区地形起伏大,表层为黄土状土覆盖,基岩出露较少。总体上基岩向西缓倾,倾角5°左右。

①黄土(或黄土状土):Q4al 沿线分布较广,主要分布于梁岗顶部,厚度3.0-4.0m,灰黄色为主,结构松散,稍湿-潮湿。

②低液限粉土:Q4al工程区内窝状分布,厚度2.0-3.5m,最厚可达10m,暗灰色,松散-稍密状态,潮湿-饱和。该层富含有机质,从已开挖的断面可见树枝、树根、叶片,最大直径15-20cm;并见有螺壳,开挖时散发出“沼气”,具有静水环境中沉积的特征。

③全风化泥岩:E2S褐红色,原岩结构完全破坏,岩芯破碎,大多呈土状。厚度4.0-14.0m。具有弱膨胀性。

④全风化砂岩:E2S 褐红色,原岩结构完全破坏,岩芯破碎成散状,饱和,密实。厚度约2.2m。

⑤强风化泥岩:E2S 褐红色,原岩结构部分破坏,有完整岩芯,部分破碎,潮湿,硬塑-半坚硬。厚度约7.0-8.0m。

⑥强风化砂岩:E2S 灰白色,岩芯短柱状,扰动后易碎不易散,潮湿,密实。

⑦强风化泥质砂岩:E2S 褐黄色、原岩结构部分破坏,扰动后易碎易散,潮湿-饱和,密实。

⑧弱风化泥岩:E2S 褐红色,原岩结构较完整,岩芯长柱状,部分破碎,潮湿,半坚硬。单轴抗压强度1.26MPa,极软岩 。

⑨弱风化砂质泥岩:E2S 褐红色,原岩结构较完整,岩芯短—长柱状,潮湿,半坚硬。

2.3地质构造与地震

中生代时期,形成了走廊内陆盆地,沉积了巨厚的河湖相碎屑岩地层。燕山运动,走廊内陆盆地整体抬升,形成了六盘山等褶皱带,山间小盆地陆续接受第三纪河湖相沉积。

本路段位于六盘山东麓断裂带的东侧,根据《中国地震动峰值加速度区划图》(GB18306-2001)划分,地震动峰值加速度为0.20g,对应地震烈度为Ⅷ度。

2.4水文地质条件

滑坡体位于黄土低山,路线从垭口经过,垭口东西两侧渐高。北部的大红沟、南部的牛营河,其河床均低于滑坡区基底30-50m。因此,地下水来源主要为大气降水渗入补给,赋存于土层的孔隙中。受地貌因素控制,富积地下水会沿基岩面渗透排泄。据勘探期间观测,地下水位为5.5-16m。

根据勘探结果,表层黄土状土孔隙发育,自然降水后很快下渗;灰色粉土中含有朽木、螺壳、有机物,微具嗅味,具有在静水环境中缓慢沉积的特征,推测该滑坡处曾经是一个湖沼。

农田浇灌方式依靠自然降水,属于靠天吃饭。每年的6—9月为雨季,降水量占全年的60%以上。

泥岩为相对隔水层,在路基左侧边坡开挖出露的泥岩面上,可看到几处渗水。按照地下水的赋存条件,主要属于第四纪松散层孔隙水。

根据水质分析结果,其PH值为7.81,SO42-含量为158.97mg/l,Cl-含量为1.65mg/l。按照《公路工程地质勘察规范》(JTJ064-98)附录D:《环境介质对混凝土腐蚀的评价标准》,水质对混凝土无腐蚀性。

三、滑坡分析

3.1滑坡规模、特征

工程区在滑坡发生之前已经机械开挖至设计标高,分4级平台,开挖最深处约24m,2、3级坡面已砌护坡面墙。6月份,下了几场大雨,引发了滑坡产生。为了避免发生更大的滑动,在专家的指导下,用土方回填压实至1级平台,形成反压护道,经观测,已趋于极限稳定。

该滑坡体呈马蹄形,前缘宽约200m,后缘宽约100m,长约130 m。主要分布于K174+950-175+120段,其中K175+000-K175+090段已滑塌,中间点K175+050前后两侧边坡外鼓开裂,二级平台以上土体倾塌,窗孔式片石护面墙被破坏。

在滑坡体中部、后缘地表发现张拉裂缝8条,呈圆弧状分布,缝长30-60m不等,最长逾百米;裂缝宽度3-20cm不等。在前缘发现放射状裂缝十多条。

根据现场勘察,认为该滑坡属于工程施工引起的牵引式滑坡,规模为中等。主轴角度约265-270°。滑面处在第三系风化岩层中。

3.2滑坡形成机理

滑坡区为黄土低山,山势为中间低、东西两侧呈阶梯状渐高,地面自然坡度约10-15°,路线从中部垭口通过。滑坡发生的主要原因有以下几种。

(1)地质环境

从地质构造分析,该地区岩层西倾,倾角约5°。

通过勘探资料、调查已挖开的坡面土质、坍塌物特征,判断出该地段曾经发育有湖沼、具备静水环境中缓慢沉积的条件。观察到原湖沼底面随泥岩面起伏,土体中见有螺壳、腐朽树木,颜色灰黑,工人反映开挖时闻见腥臭味(沼气)。

(2)工程活动

该段为深路堑形式,最大挖深约24m,每6m设置平台,最大开口宽度约为100m,坡率1:1,工程量巨大。开挖方式为机械连续开挖,全部开挖成型后进行上部平台、上部坡面的砌护(浆砌毛石),从上至下逐级进行。

大开挖后,产生高陡边坡,形成人工临空面,土体失去原有的支挡,原有的自然平衡被打破;上部不断增加的浆砌石块重量,加剧平衡的破坏。

(3)水的渗入

表部黄土、粉土土性疏松孔隙发育,透水性强,强降水后,土体中含水量增大,使土达到塑性状态,降低了土体的抗剪强度;水继续下渗,使风化泥岩面浸泡软化,减少了摩擦力,抗滑能力减弱。

(4)岩土性质

经勘探调查试验发现,上部灰黑色粉土含螺壳、腐朽树木,有静水环境沉积的特征,土性较软弱,天然孔隙比可达0.92-1.2。

下部全风化泥岩,岩芯破碎,具有膨胀性,自由膨胀率40-50%;抗扰性差,水稳性差,当水分增加时,抗剪强度下降明显。

四、整治措施

经过多种方案比较,最后确定采取以抗滑桩为主的综合整治方案。

(1)治水

大气降水入渗是造成滑坡产生的重要因素,在滑坡体外围设置环型截水沟、在滑坡体内地表设置数条树枝状截水沟,将水快速排出滑坡体外,截水沟应进行衬砌,防止水分下渗。在滑坡体坡面内一定深度,设置排导管,将滑坡体内的地下水引出。用粘土填塞夯实滑坡体上的裂缝,阻止地表水渗入滑坡体内。

(2)减重

对抗滑桩后部的土体适当减重,降低滑坡推力,有利于稳定。

(3)抗滑桩工程

在第二级边坡平台上设置锚索抗滑桩,分为Z1、Z2、Z3、Z4四种桩型,共41根。Z1型桩,截面尺寸1.8m×2.6m,桩长22m;Z2型桩,截面尺寸2.0m×3.0m,桩长24m;Z3型桩,截面尺寸2.0m×3.0m,桩长22m;Z4型桩,截面尺寸1.8m×2.6m,桩长20m;每根桩顶设置2孔预应力锚索。

(4)施工方式

该地段开挖长度大、深度深、开口宽,挖开的地段,应及时支护,不宜长期搁置,避免受降水或其它因素影响使坡体失稳。

五、结束语

该滑坡经过整治后,已安全运行三年多,通过几年来的监测情况分析,坡体处于稳定状态,说明采取的措施是有效的。

参考文献:

[1]吴万平等《公路路基设计规范》 人民交通出版社2005年.

[2]俞文学等《公路工程地质勘察规范》 人民交通出版社1999.

[3]张有良 《工程地质手册》 中国知识出版社2006年.

作者简介:陈伟刚,男,现就职于宁夏公路勘察设计院有限责任公司。