对于富水、地形地貌较为平缓的花岗岩类土质自然斜坡,工程开挖时应采取积极的地下水截、疏、排工程设置,在此基础上预先设置必要的支挡防护补偿工程措施,方可进行边坡的开挖。否则,由于坡体岩土体性质软弱、一旦边坡开挖,即使开挖量很小,也会由于应力场与渗流场的平衡破坏而可能导致牵引式工程滑坡的发生。下面以一个案例进行说明。
一、基本情况
某二级公路花岗岩类土质路堑边坡高约3~6m,开挖后发生工程滑坡。滑坡周界明显,呈圈椅状,滑体内拉张裂缝和滑坡后缘破裂缝及两侧剪切张裂缝发育。剪出口大致位于开挖边坡坡脚处,后缘位于路堑外95米左右,后缘破裂缝宽1.2~2.0米,裂缝呈近垂直,裂缝深度1.0~1.5m,后壁高3.0~6.0m。主滑方向47°,沿主滑方向平均长度70m,平均宽度100m,面积7000m2,滑动面埋深5.5m~12.0m,平均厚度7.7m,体积6.3万m3,为中型类土质工程滑坡。
图1 滑坡全貌
图2 坡体地下水渗流
图3 滑坡后缘坎及滑后负地形
滑坡所在自然斜坡坡度10°~20°,为低中山构造剥蚀地貌。从上至下地层依此为:1)滑坡堆积层(Qedl):岩性为黄灰、褐红、褐灰色砂质粉质黏土混混花岗岩碎石、块石。厚度5.5~12.0m。2)残坡积层(Qel+dl):岩性为黄灰、褐红色砂质粉质黏土,局部混花岗岩碎石、块石。厚度约3.0~5.0m。3)三叠纪侵入岩(r51):黑云二长花岗岩,黄灰、麻灰色,全~强风化,岩体上部呈土状,下部多呈砂状,风化强烈,遇水易软化。岩体呈散体结构。滑区气候属亚热带气候,气候炎热、潮湿,年平均降雨量1211.5mm。
滑坡位于斜坡上,南东侧后缘为一“V”字型凹地地貌,内常年有流水,中上部有地下水渗出,地表水较丰富。坡体地下水丰富,地下水位埋深2.20~7.20m之间。勘察场地抗震设防烈度为Ⅷ度,设计基本地震加速度为0.30g。滑坡所处地段的地质结构上部为第四系松散堆积物,下部为全风化黑云二长花岗岩。区内松散堆积物发育,全风化带厚度大。由于松散堆积物及全风化层较厚,受降雨及地下水的影响易发生滑坡。诱发因素主要是人工开挖路基。组成边坡的地层以黏性土、砂土为主,工程地质条件差,加之开挖路堑形成了临空面,原坡体的应力平衡遭破坏,坡脚支撑力减弱;另一方面地下水在径流过程中对其赋存介质产生了水压力,使岩土层内出现软弱带。坡体沿软弱带滑移失稳形成滑坡。该滑坡发生的力学性质为牵引式。
三、设计思路
1、由于人工开挖边坡后没有设置必要的工程补偿措施,造成后部坡体失去支撑、松弛形成滑坡,故治理时需补充必要的支挡加固措施以平衡坡体的下滑力。且滑坡若不及时进行治理,会导致滑坡规模不断牵引发展扩大。2、现坡体变形主要发生在上部第四系松散堆积层,但下部全风化黑云二长花岗岩在地下水的作用下也属易发滑坡岩土。因此,设计时也考虑了此种不利影响,即处治工程应有前瞻性。3、由于地下水及地表水对坡体的稳定性有较大影响,因此,设计强调了截、疏、排地表水和地下水的理念。4、由于无法调整线路标高,且若采取刷方,一则会造成大量的弃方,造成更大的土石方压力;二则刷方后对后部坡体仍要进行加固。因此,设计采取在滑坡前方进行适当临时反压后,在滑坡前缘进行支挡施工,并在永久工程完工后挖除反压土体的设计理念。5、由于路基超挖,因此,设置桩长时扣除了路基面与超挖面之间的桩体锚固长度。计算选取了滑坡主轴断面,采用依据现滑体的变形形态等进行反算滑面参数,并参考勘察所得的指标进行剩余下滑力计算。依据滑坡主轴与副轴的计算得:主轴断面K23+159断面:C=10KPa,φ=9.8°,天然工况下安全系数Fs=1.2时,作用工程部位的滑坡推力E=640KN/m;暴雨工况下安全系数Fs=1.15时,作用工程部位的滑坡推力E=890KN/m;地震工况下安全系数Fs=1.05时,作用工程部位的滑坡推力E=940KN/m。副轴断面,K23+121断面:C=10KPa,φ=9.8°,自然工况下安全系数Fs=1.2时,作用工程部位的滑坡推力E=451KN/m;;暴雨工况下安全系数Fs=1.15时,作用工程部位的滑坡推力E=540KN/m;地震工况下安全系数Fs=1.05时,作用工程部位的滑坡推力E=560KN/m。1、在路基侧沟靠山侧设置普通抗滑桩支挡工程,根据所计算推力的大小分别设置A、B型二种结构,其中桩体长度为16m,桩间距为5m。A型抗滑桩桩截面为2.0×3.0m,B型抗滑桩桩截面为1.8×2.4m。
3、为协调桩与挂板的受力和变形,在抗滑桩及挂板后部高约3m的范围内设置厚为1.0m的级配碎石反滤层疏排地下水,防止桩后积水。
4、在桩顶采用土体反压,反压土体的密实度不得小于0.85。5、为了疏排地下水,在桩后挂板距路基标高1m以上的部位,设置排水斜孔以疏排滑体中的地下水。其部距为5m,钻孔直径为Φ100mm,仰角为6°,排水斜孔长为20m。6、在滑坡后缘及桩顶平台的自然沟设置截流地表水的截排水沟。
图3 滑坡主轴工程地质平面图
该滑坡经治理十多年后,根据后期反馈和调查,坡体稳定性良好,并在工后十年对仰斜排水孔进行了重新洗孔,有效确保了工程排水的有效性。