具有多层滑面的工程滑坡处治

文摘   教育   2024-10-28 20:58   北京  

坡体工程是一个复杂的体系工程,除贯彻“治早治小”和坡先治水”的设计理念外,还应加强工程施工质量的控制。否则一个环节的失误就可能造成坡体加固防护工程的失败,甚至是屡败屡战而病害范围不断扩大。

对于顺层高边坡演变而来的滑坡工程问题,工程方案确定时应同时照顾到顺层+高边坡+滑坡的叠加体系病害治理,即应贯彻“固脚强腰、分层治理,兼顾整体与局部,控制与预防相结合的理念,从而在确保有效实现坡体病害治理的基础上,实现对潜在病害的预防和工程的经济性指标。

案例

一、基本情况

自然山坡坡率较缓,坡度约在15~25°左右,地表植被发育,区内年降雨量2000mm以上,但坡面无明显冲沟发育。工程边坡部位坡体主要由全~强风化粉砂岩(D3m)构成,岩芯呈土状~碎块状。其下为中~微风化灰岩(D3t),与粉砂岩呈整合接触,地层产状286°∠20°,坡向295°。坡体地下水位线距坡面约12m左右。

原设计边坡最大坡高32m,一级坡坡率1:1.0,二、三级坡坡率1:1.25,各级平台宽2m。由于建设期暴雨导致边坡多次出现变形,故边坡防护工程由全坡面的绿化防护,经多次变更后调整一级边坡设置框架锚杆+十字梁锚索加固,二级边坡采用框架锚索加固,三级边坡采用绿防护

图1 通车前的工程全景图
线路通车后一年,区内再降暴雨,造成坡口线外约95m的部位出现圈椅状贯通性拉张裂缝,坡口线外约20m处建设期间的拉张老裂缝再次张开,一、二级平台出现下挫,一级坡面外鼓、框架开裂,路基边沟被推到,外侧应急车道部位出现鼓胀。坡脚及坡面上出现多个渗水点,在宽约330m的线路范围内形成了体积约40万方的工程滑坡。

图2 坡脚鼓胀及边沟挤压状态

图3 一级边坡框架断裂、坡面渗水

图4 坡体后部约95m处下错

病害发生后,相关单位紧急在一级边坡高约10m的范围内对坡体进行了反压,根据监测反映反压后坡体变形趋于收敛。

图5坡脚应急反压工程
二、病害原因分析
1、高边坡所在的地层呈顺层外倾,顺层坡体结构成为潜在易滑地层,且存在依附于层面与粉砂岩和灰岩接触面形成的多层滑面可能。这在坡体监测中也得到了验证,坡体依附于粉砂岩层面在不同深度上出现了两层滑面,且粉砂岩与下伏的灰岩接触面间的一个深孔监测点也出现了微小的变形,即该接触面存在形成潜在滑面的可能。
2、工程建设期间边坡多次变形,造成构成坡体的岩土体强度从原状峰值强度下降较多,导致坡体的自身稳定性出现了较大幅度的下降。
3、高边坡后部自然坡面汇水面积大,区内降雨量丰沛而地表径流不发育,使地表水多渗入地下形成丰富的地下水。尤其是边坡开挖后使临空面成为优势的地下水排泄面,而与之相匹配的地表截排水工程和地下水疏排工程欠缺,从而极易造成暴雨时坡体在水作用下导致稳定性出现跳跃性下降。
4、建设期间坡体变形虽设置了锚索与锚杆的加固防护工程,但由于施工质量欠佳,导致加固防护工程的效果不能达到坡体的永久稳定性需求。

图6 原锚索工程未设置锚具

图7 垫板破损而导致锚索内缩

三、处治方案的确定
1、该坡体病害是典型的高边坡逐渐演变为滑坡的案例,因此,坡体的病害处治应同时兼顾高边坡与滑坡两方面。
2、根据监测目前控制坡体变形的是发育于粉砂岩层理面的浅、深两层滑面,工程处治应分别对依附于各自滑面的坡体下滑力进行计算。且考虑到粉砂岩与灰岩接触面存在微动而形成滑面的可能,故上部的坡体病害处治时应对该潜在滑面予以照顾,防止其在后期逐渐演变为滑面。
3、依据高边坡“固脚”和“大工程尽量向下设置”的原则,结合滑坡特征,在一级平台部位设置锚索抗滑桩确保坡体的整体稳定性。且抗滑桩应穿过下部粉砂岩与灰岩的潜在滑面5m,从而有效预防其演变为滑面的可能。
4、依据高边坡的“强腰”原则,结合顺层坡存在多层不利结构面的特征,在二级边坡设置锚索对高边坡进行加固,并兼顾到滑坡深层滑面与下部的锚索桩共同确保坡体的整体稳定性。
5、在第三级边坡设置锚索框架,且三级边坡距离深层滑面较远,故该部位的锚索仅对依附于浅层滑面的第三级边坡进行加固,而不参与坡体的整体加固。
6、在坡脚设置长度较大的仰斜排水孔,对深层地下水进行疏排,有效降低坡体地下水位。
在此处治原则的基础上,经计算分析后,在一级平台部位设置规格为2.2×3.4×25m@5m的锚索抗滑桩,其中锚索长为40m。在二级边坡既有锚索框架内设置锚索长28m的十字梁工程,在三级边坡设置锚索长20m的框架工程,在坡脚设置长30m的仰斜排水孔,对高边坡+滑坡进行有效处治。

图8 最终采用的工程地质断面图

该处治经实施后坡体病害处治取得了成功,经10年来坡体一直保持稳定,且经历了多次台风暴雨的洗礼,显示工程治理是成功的。


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悠游2019
博士,教高,注册岩土工程师,中国岩石力学与工程学会地基与工程结构分会副理事长和滑坡与工程边坡分会理事,深部国重实验室顾问委员,世界交通灾害防治与应急委员会委员,中国土木工程学会非饱和土与特殊土常务委员和交通岩土工程委员,国际工程地质协会会员
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