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我省公路滑坡整治工程中水的作用及防治對策

   2006-02-07 網(wǎng)友推薦 未知 6510
【提要】:

滑坡的產(chǎn)生與發(fā)展與邊坡水文地質(zhì)條件關(guān)系密切,本文結(jié)合我省大量滑坡整治工程實例對滑坡水所起的作用作了深入闡述,并對滑坡水的防治措施進行了分析總結(jié)。

【關(guān)鍵詞】:水滑坡防治



1 前言

隨著改革開放和國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展,高等級公路的修建在我國方興未艾,由于高等級公路結(jié)線形標準要求高,對沿線的地形地貌產(chǎn)生破壞是不可避免的,尤其在一些不良地質(zhì)地段,由于對坡體穩(wěn)定認識不足,大量開挖和填筑土石方以及施工方法等原因,破壞了坡體的穩(wěn)定,促使了滑坡的產(chǎn)生和發(fā)展。而滑坡的產(chǎn)生與水極為密切,民間有“十滑九水”的說法,可見水對滑坡的影響之大。在滑坡整治過程中,采用何種方案排泄地表水、疏導地下水,改變滑坡體的物理力學性質(zhì),從而減少下滑力,達到經(jīng)濟合理的目的已成為當前公路建設(shè)中的重要課題。



2 滑坡水文地質(zhì)條件分析

滑坡是斜坡土石體在重力作用下失去其原有的穩(wěn)定狀態(tài),沿著斜坡向下作長期而緩慢的整體移動。按其物質(zhì)組成可分為覆蓋層滑坡和基巖滑坡。

2.1覆蓋層滑坡

我省常見的該類滑坡有粘性滑坡和碎石土滑坡,黃土滑坡和風化殼滑坡則較為少見,限于編幅,本文僅對前二種進行研究分析。

2.1.1粘性土滑坡

由于粘性土在干燥時堅硬開裂,遇水后膨脹崩解,呈軟塑或流塑狀態(tài),因而常沿土中的裂隙面和基巖面產(chǎn)生塑流性滑坡。這類滑坡與降雨量的關(guān)系十分密切,具有“大雨大滑,小雨小滑”的特點。如湘耒高速公路K76+000~K77+620路塹滑坡、107國道衡山縣段K122+780~+850路堤滑坡、婁湘二級公路K34+840~K34+880路塹滑坡。

2.1.2 碎石土滑坡

由于碎石土中土和石塊混雜,結(jié)構(gòu)松散,粘結(jié)力小,透水性強,和下伏基巖的弱透水性有顯著差異,所以沿基巖面形成地下水富集帶,因而碎石土層多沿基巖頂面滑動。碎石土滑坡與地下水的活動有密切關(guān)系,地下水經(jīng)常呈雞窩狀或透鏡體狀出現(xiàn)。如湘耒高速公路K79+200~+350炮石嶺滑坡。

2.2基巖滑坡

產(chǎn)生在第四系以前不同時代巖層中的滑坡。以各種產(chǎn)生于軟弱巖層中的滑坡為多,堅硬巖石中的滑坡多沿各種軟弱構(gòu)造面滑動。該類滑坡在我省分布最廣,最為多見。

在堅硬巖石中,巖塊的抗剪強度與軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪強度差值很大,因此軟弱結(jié)構(gòu)面結(jié)對斜坡的穩(wěn)定就有決定性的影響,大量實例證明,在堅硬巖質(zhì)邊坡中滑動面的位置與軟弱結(jié)構(gòu)面的位置是相吻合的。

在組成斜坡的土石體中,滲透性能差異較大的接觸面上,易產(chǎn)生滑動,而且同一斜坡上差異面愈多,滑動面也往往愈多。

2.2.1均質(zhì)滑坡

在泥巖、頁巖、泥灰?guī)r等各種軟弱巖層中,巖性大體均一,軟弱面的強度與巖層強度基本相同,當斜坡上的剪切力大于巖石的抗剪強度時,斜坡產(chǎn)生均衡破壞,滑坡變形顯著,滑體上出現(xiàn)各種性質(zhì)的裂縫。這種類型滑坡的滑動面的位置可能部分與巖層中軟弱結(jié)構(gòu)面吻合。如長潭高速公路K26+640~K27+020銼刀嶺滑坡、107國道衡山城郊K122+560~+650、K124+265~+350、K125+100~+190。

2.2.2切層滑坡

滑動面與巖層面相切,具有水平結(jié)構(gòu)和內(nèi)傾結(jié)構(gòu)的斜坡,巖層的傾向?qū)ι狡碌姆€(wěn)定是有利的,若其中發(fā)育有和山坡傾向一致的節(jié)理面、斷層面和大型裂隙時,就構(gòu)成了對山坡穩(wěn)定的不利因素,斜坡下部被侵蝕或開挖之后,軟弱結(jié)構(gòu)面出露,當軟弱結(jié)構(gòu)面的傾角小于斜坡的傾角時,巖體就可能沿軟弱結(jié)構(gòu)面與層間相切而產(chǎn)生滑動。如婁湘二級公路K31+200~K31+300金家沖滑坡。

2.2.3 順層滑坡

是沿著由于某些作用早先形成的面,例如沿兩個層面的交界面、沿裂隙面、沿坡積物與基巖的交界面以及沿堅硬巖層之間的不整合面所發(fā)生的滑坡。當巖層的傾向和山坡的傾向一致時,由于河流的侵蝕或人工切坡使巖層下部失去支撐,巖層僅以層間磨擦力保持其穩(wěn)定性,當磨擦力進一步變小后,斜坡就會順層面滑動。如婁湘二級公路K35+855滑坡。



3 水在滑坡產(chǎn)生和發(fā)育中的作用

唯物辯證主義認為外因是變化的條件,內(nèi)因是變化的根據(jù),外因通過內(nèi)因而起作用。滑坡產(chǎn)生的根本原因取決于組成斜坡的土石體性質(zhì)和結(jié)構(gòu),但外界條件因素如水的作用、地震、人為因素等的作用不能忽視,它們是滑坡產(chǎn)生的誘發(fā)因素,它們的作用可改變斜坡土石體的性質(zhì)、強度、結(jié)構(gòu)和狀態(tài),有時還可改變斜面坡的外形,其結(jié)果是引起斜坡的變形和破壞。

3.1滑坡的產(chǎn)生和發(fā)育過程

滑坡的產(chǎn)生和發(fā)育形成過程通常分為三個階段:蠕動變形階段、滑動破壞階段和漸趨穩(wěn)定階段。

3.1.1蠕動變形階段

斜坡在發(fā)生滑動之前通常是穩(wěn)定的,在水的作用下,可以使斜坡土石體強度逐漸降低,滑坡出口附近滲水混濁,水在此過程中起到了催化劑的作用。

3.1.2 滑動破壞階段

滑坡在整體往下滑動的時候,滑坡滑動過程中滑動面附近濕度增大,加之重復剪切,土石體結(jié)構(gòu)進一步降低,促使滑坡加速滑動,水在此過程中起了潤滑劑的作用。

3.1.3 漸趨穩(wěn)定階段

滑坡停止后,形成特殊的滑坡地形,在巖性、構(gòu)造和水文地質(zhì)條件等方面都相繼發(fā)生了變化,地層的整體性已被破壞,巖石變得松散破碎,透水性增強,含水量增高。滑坡前緣無水滲出或流出清晰的泉水時,表明滑坡已基本趨于穩(wěn)定。

3.2 水的作用

從地層巖性分析,碎石類土不易產(chǎn)生滑坡,粘性土在受水作用后易產(chǎn)生滑坡,基巖中頁巖、泥巖、千枚巖、泥灰?guī)r、云母片巖易風化及遇水軟化,易產(chǎn)生滑坡。不同性質(zhì)的土石體對水的作用的反應也是不一樣的,如巖漿巖、沉積巖中的礫巖和砂巖,以及變質(zhì)巖中花崗片麻巖、石英巖等,幾乎與水不起作用,是抗水的物質(zhì),它們在水的作用下抗剪強度不發(fā)生很大的變化,因而由這些巖石組成的斜坡穩(wěn)定性與水的關(guān)系并不密切。而各種頁巖、泥巖和地表覆蓋層都是親水的,由親水性物質(zhì)組成的斜坡在雨季或侵水后塑性增大,抗剪強度顯著降低,極易產(chǎn)生滑坡。各種松散無聯(lián)結(jié)的砂性土層容易被潛蝕,在地下動水壓力的作用下,結(jié)構(gòu)和強度不斷變化,斜坡的穩(wěn)定性逐漸降低。滑坡的產(chǎn)生與水的作用有密切關(guān)系,水的作用包括降雨、地表水和地下水等三個方面的作用。

3.2.1 降雨的影響

實踐證明,滑坡多集中在降雨量多的年份發(fā)生,而且很多滑坡是在雨季發(fā)生的,不少滑坡具有“大雨大滑,小雨小滑,無雨不滑”的特點,因為降雨尤其是長期的綿綿細雨使斜坡土石逐漸飽和,甚至在隔水層上形成暫時的含水層,這樣一方面增大了斜坡土石體的容重和降低了土石體的內(nèi)聚力,另一方面還產(chǎn)生了動水壓力和靜水壓力,使斜坡的穩(wěn)定性急劇降低而產(chǎn)生滑坡。

3.2.2 地表水的影響

地表水下滲增加了斜坡土體的含水量,使土達到塑性狀態(tài),降低了土體的穩(wěn)定性。當水滲入隔水層時使層面間摩擦力和內(nèi)聚力降低,造成斜面坡失穩(wěn)而下滑。

地表水系中水流不斷沖刷和切割岸坡,使岸坡增高變陡,有時水流的沖蝕淘空岸坡的完整巖層,暴露出斜坡內(nèi)部的軟弱面,河水水位的上升下降引起與地下水補給關(guān)系的變化,在斜坡內(nèi)形成很大的動水壓力,所有這些作用都造成斜坡穩(wěn)定性降低,有利于滑坡的產(chǎn)生。

3.2.3 地下水的影響

地下水浸濕斜坡,使土石體的容重增加,浸濕范圍加大,浸濕程度加劇,就顯著地降低了土石體的抗剪強度,地下水位的升降,還會產(chǎn)生很大的動水壓力與靜水壓力,地下水還能溶解土石體中易溶物質(zhì),使組成斜坡的土石體成份和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,導致滑坡的產(chǎn)生。



4 滑坡水的防治對策

通過以上分析,可見滑坡的產(chǎn)生與水的關(guān)系密切,設(shè)置排水系統(tǒng),消除水的危害,是整治滑坡的可靠措施。整治設(shè)計中,應明確以治水為本,支擋為輔,從“水“字上下功夫,采用疏、截、排等綜合措施以引開地表水,降低地下水,提高土體強度。排水措施分為地表排水與地下排水兩大類。

4.1 地表排水

地表排水的目的是攔截滑坡地段以外的地表水,不使水流入滑坡區(qū)內(nèi),并盡快排除滑坡范圍內(nèi)的雨水,引導地表水在滑坡體外的穩(wěn)定山坡處排走。

滑體以外的地表水,以攔截和旁引為原則;滑體以內(nèi)的地表水以防滲,盡快匯集和引出為原則。因此:

滑體外,設(shè)置一條或多條環(huán)形截水溝,攔截旁引地表逕流,不使流入滑坡范圍之內(nèi)。

滑體內(nèi),充分利用自然溝谷,布置成樹枝狀排水系統(tǒng);滑體內(nèi)的濕地用泉水出露之處,修建滲溝及明溝等引水工程,以減少對滑坡的供水。

4.1.1環(huán)形截水溝

一般應按山坡匯水面積、降雨量(尤其是暴雨量)進行設(shè)計,經(jīng)常采用20~25年最大的流量作為設(shè)計的依據(jù)。截水溝應設(shè)置在滑坡體可能發(fā)展的邊界以外不小于5m處,當山坡坡面較大,地表逕流流速相應較大,應設(shè)計數(shù)條截水溝,間距以50~60m為宜,每條截水溝的斷面根據(jù)溝間匯水面積設(shè)計。

4.1.2 滑體內(nèi)樹枝狀排水系統(tǒng)

首先應充分利用滑坡范圍內(nèi)的自然溝谷作為排除地表水的渠道,為此要對自然溝谷進行必要的整修、加固及鋪砌工作,達到不溢流、不滲漏的目的,一般修成復式斷面,溝底溝坡的鋪砌厚度為20~30cm的漿砌片石。

排水溝的布置每隔20~30m一條,應盡量避免橫砌滑坡體,主溝應該與滑坡移動方向大體一致,支溝與滑坡移動方向應斜交30~40度。

當自然溝谷的溝床較深,滑體中的部分地下水被切割而流出,應因勢利導,盡快泄出地下水排出滑體外。在自然溝谷兩側(cè)附近地段有地下水露頭,并且溝谷兩側(cè)邊坡受雨水沖刷容易坍塌,應應該在溝谷兩側(cè)地下水露頭處設(shè)置滲水溝(又稱小盲溝),以防止溝谷兩側(cè)的坍塌并及時疏干壤中水。

4.1.3 滑體內(nèi)的泉水露頭、濕地處需設(shè)置滲水溝與明溝相配合的引水工程

其目的是排除滑體內(nèi)的上層潛水和疏干邊坡,這類引水工程包括集水和排水兩部分,埋入地下水為集水部分,常采用滲水溝(又稱集水盲溝)形式,露出地面部分是排水明溝。集水部分要設(shè)計濾層,排水部分是不透水的漿砌明溝。

此外,滑坡周圍的自然邊坡坡面應整平夯實,減少坑洼及裂縫,防止積水下滲。認真做好坡面綠化工作(鋪草皮、植樹)減少地表雨水下滲,防止坡面沖刷及淤塞排水溝。

地表排水往往綜合運用截水溝、溝谷內(nèi)排水系統(tǒng)、引水明溝等各種方法,如在湘耒高速公路炮石嶺滑坡排水設(shè)計中就綜合運用了上述方法。

4.2 地下排水

地下水是斜坡不穩(wěn)定的主要原因之一,由于斜坡土層(巖體)中埋藏有地下水,流入邊坡變形區(qū),產(chǎn)生了動水壓力和靜水壓力,為減弱這種壓力的作用,確保邊坡穩(wěn)定,可采用地下排水的方法,由于滑體內(nèi)地下含水帶厚薄、分布、補給條件和當?shù)氐牡刭|(zhì)條件的差異,故有截、排、疏和降低地下水位等辦法。一般在獲得較準確而足夠的地質(zhì)和水文地質(zhì)資料之后。并做了詳盡分析,才能提出切合實際的設(shè)計和施工,這樣才能達到計劃目的。

當查明補給滑動體的地下水確是以滑坡的上方或一側(cè)補給為主時,才修建截斷地下水的工程,它要求垂直地下水流向布置,隨地下水的含水層數(shù)、埋藏深度和土質(zhì)密實程度的不同,而采用不同的構(gòu)筑物,如盲溝、盲洞等。

4.2.1盲溝

盲溝按其作用的不同可分為支撐盲溝、截水盲溝及邊坡滲溝。

4.2.1.1 支撐盲溝

一般深度為2米至十幾米,以支撐山體滑動為其主要作用,并疏干滑坡體,效果較好,一般順滑坡移動方向修筑,布置在地下水露頭處和由于地下水作用形成坍塌之處。為了更好地匯集和排泄地下水,首先應查明地下水流向及分布,以確定盲溝的位置。支撐盲溝的平面布置形式有Y形、YYY形和III形,盲溝的間距根據(jù)土質(zhì)情況而定,一般采用6~15m。支撐盲溝的上部分岔開成支溝,支溝方向與滑坡移動方向成30~45度的交角為宜,同時支溝的部分可伸展到滑坡范圍以外,以達到攔截地下水的作用。如在婁湘二級公路K34+840~+880段滑坡整治就單獨采用了該方法,經(jīng)歷了二個雨季,效果良好。

4.2.1.2 截水盲溝

當滑坡外界有比較豐富的地下水補給時,常采用截水盲溝,以便將地下水尚未流入滑體之前就攔截引走。一般布置在滑坡可能發(fā)展的范圍以外約5m的穩(wěn)定地段,要求與地下水流向垂直。該方法在我省滑坡整治排水中應用最廣,為一種較為有效的地下排水措施

4.2.1.3 邊坡滲溝

滲溝的作用是排除滑坡前緣的邊坡壤中水,疏干邊坡,同時對邊坡的局部地段有支撐作用。其形狀從平面來分有垂直的、分支的、拱形等幾種。如在津市金魚嶺、皇姑山邊坡整治中就成功地應用邊坡滲溝排除坡面水,經(jīng)過2個雨季的考驗,效果良好。

除以上方法外,還有盲洞(泄水隧洞)、鉆孔排水、砂井-平孔排水等方法,因諸多原因在我省應用較少,還有待研究,積累經(jīng)驗。

5 結(jié)語

對于滑坡尤其是大型滑坡,試圖通過樁、錨索、支擋結(jié)構(gòu)等純力學的方法去阻止其變形、運動和破壞往往是困難的,甚至是不可能的,通過對水等的防治措施,改變滑坡內(nèi)在的物理力學性質(zhì),順其自然,以柔克剛,實踐證明,常常能收到事半功倍的效果。



參考文獻:

1.工程地質(zhì)手冊第三版.北京.中國建筑工業(yè)出版社.1992

2.林宗元主編.巖土工程勘察設(shè)計手冊.沈陽.遼寧科學技術(shù)出版社.1996



 
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