呂 超,何俊瀾,張 鵬,王盛鑫,黃俊閣
(廣西桂禹工程咨詢有限公司,南寧 530023)
水庫大壩工程施工過程中,高邊坡穩(wěn)定問題時常存在,一旦邊坡失穩(wěn)會給工程建設(shè)造成極大的安全危害,增加大量的投資,拖延工程建設(shè)進度。不規(guī)范的施工操作、連續(xù)的暴雨、不良地質(zhì)條件、機械及放炮震動等多種因素均可引起邊坡失穩(wěn)。
圖1 第一次滑坡后邊坡現(xiàn)狀
2017年2月21日,廣西某水庫大壩開始開挖右岸壩肩,由上往下向第一平臺(高程707.60 m)開挖,4 月7 日開挖至第四平臺(高程675.0 m)。6 月25~30日持續(xù)大雨,6月28日右岸邊坡第一次發(fā)生滑坡(見圖1)。第一次滑坡后,當?shù)卮迕駨娏乙笫┕し交謴?fù)進村道路,8 月20~22 日施工方對滑落在道路上的塌方土進行清理,臨時恢復(fù)進村道路。8 月24 日受臺風(fēng)“天鴿”影響,現(xiàn)場大暴雨,邊坡再次發(fā)生滑坡(見圖2)。9 月10 日特大暴雨,受強降雨影響,右岸壩肩發(fā)生第三次滑坡,且滑坡范圍逐漸擴大,超出原來的滑坡范圍(見圖3)。
圖2 第二次滑坡后邊坡現(xiàn)狀
圖3 第三次滑坡后邊坡現(xiàn)狀
測區(qū)以中低山地貌為主,山頂高程800~1100 m,溝底高程500~750 m。地層主要為二迭系(P)、三迭系(T)、第四迭系(Q)。測區(qū)以東西向構(gòu)造為主,多為短軸背斜,未見區(qū)域性大斷裂通過。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB l8306-2015),本區(qū)地震動峰值加速度為0.05 g,地震基本烈度為Ⅵ度。
滑坡處山脊高程為793 m,溝底高程為663 m,相對高差為130 m,其中人工邊坡高72 m(高程663~735 m),自然邊坡高58 m(高程735~793 m)?;逻吔缜逦?,地貌呈圈椅狀,中下部地形較陡,坡度一般為35°~45°,上部地形相對略緩,坡度為25°~32°。
上覆土層主要有第四系滑坡堆積層(Qdel)、人工堆積層(Qs)、沖積層(Qal)、殘坡積層(Qedl),下伏基巖為三疊系中統(tǒng)百逢組(T2b)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖。強風(fēng)化帶厚度6~30 m,弱風(fēng)化帶厚度7~36 m,下部為微風(fēng)化~新鮮巖體。
工程區(qū)無區(qū)域性斷裂通過,總體上單斜構(gòu)造,巖層產(chǎn)狀N70°~85°E,SE∠50°~60°,巖層走向與主滑向斜交,交角約45°;局部巖層褶曲,揉皺較強烈,但規(guī)模較小,工程區(qū)內(nèi)主要節(jié)理裂隙有3組。
工程區(qū)位于亞熱帶濕潤區(qū),每年4~9 月為雨季,雨水充沛,雨量大。場地地下水分為孔隙水和基巖裂隙水兩類。孔隙水主要賦存于第四系土層孔隙中,主要靠大氣降水補給,向河谷排泄?;鶐r裂隙水賦存于下伏基巖裂隙中,水位埋藏相對較深,水量較小,其補給來源主要為大氣降水。
為了查明邊坡失穩(wěn)的原因,分析導(dǎo)致滑坡發(fā)生的各類因素,根據(jù)本滑坡的實際情況,分別對第一次滑坡和第二、第三次滑坡在不同工況下進行分析。對邊坡采用理正邊坡綜合治理系統(tǒng)PB3 軟件進行建模計算,計算方法為簡化畢肖普法(邊坡規(guī)范與水利規(guī)范一致)。
設(shè)計支護方案中,高程708.0 ~735.0 m 按1∶0.5放坡,高程720.0 m處設(shè)寬2.0 m馬道。邊坡采用錨桿+格構(gòu)支護,2.5 m×2.5 m布置錨桿,每級最上面一道錨桿長度12.0 m,其他錨桿長為9.0 m。錨桿采用直徑25 mm 的HRB400 鋼筋制作,格構(gòu)梁截面300 mm×500 mm,格構(gòu)梁間采用掛網(wǎng)噴砼進行封閉擋土,砼強度C20,厚度100 mm。
邊坡從高程735.0 m 開挖至675.0 m,開挖約60 m高,僅僅在邊坡頂部設(shè)置了簡易的截水溝,但對水溝未進行砌筑、抹面等工作,起不到防滲作用,直至滑坡發(fā)生時,100多天內(nèi),邊坡均未按設(shè)計方案進行支護施工。
根據(jù)滑坡發(fā)生前邊坡的實際情況,采用理正邊坡綜合治理系統(tǒng)對邊坡天然工況與飽和工況分別進行了穩(wěn)定性分析。經(jīng)建模計算發(fā)現(xiàn),削坡后未支護情況下,天然工況下邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.054,飽和工況下邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為0.972;按設(shè)計方案支護情況下,天然工況下邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.198,飽和工況下邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.022。這說明無論天然工況下,還是暴雨工況下,按設(shè)計方案支護,均可以使得邊坡穩(wěn)定性大于1.0,從而保證邊坡穩(wěn)定,因此未按設(shè)計方案支護成為第一次滑坡發(fā)生的決定性因素。
在第二次滑坡發(fā)生前,滑坡體已處于暫時穩(wěn)定的狀態(tài),但出于搶通村民的交通道路的需要,施工方將堆積在道路上的滑坡體進行了清除。
采用理正邊坡綜合治理系統(tǒng)對第二次滑坡清方前后的天然工況與飽和工況分別進行了穩(wěn)定性分析。經(jīng)建模計算發(fā)現(xiàn),道路未清方情況下,天然工況邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.253,飽和工況邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為0.976;道路清方情況下,天然工況邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為1.133,飽和工況邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)為0.945。
計算結(jié)果表明,在未清方條件下,持續(xù)性強降雨導(dǎo)致土體飽和時邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)下降0.277;在對道路滑坡體清方條件下,持續(xù)性強降雨導(dǎo)致土體飽和時邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)下降0.188;說明持續(xù)性降雨是導(dǎo)致第二次和三次滑坡的重要誘因。天然工況條件下,清方后比清方前邊坡穩(wěn)定性系數(shù)降低0.12;飽和工況條件下,清方后比清方前邊坡穩(wěn)定性系數(shù)降低0.031,說明為了搶通道路而進行的滑坡體清方加大了滑坡發(fā)生的概率。
(1)未按設(shè)計方案對邊坡及時支護。自2017年2 月21 日開挖邊坡直至2017 年6 月28 日開挖至675.0 m 高程,歷經(jīng)100 多天的邊坡開挖,形成了60 m 高的裸露人工邊坡,期間未對邊坡采取任何支護措施,即不支護也不封閉,這為滑坡的發(fā)生提供良好的發(fā)育條件。經(jīng)過建模計算分析,如按設(shè)計方案對邊坡及時進行支護,無論天然工況下,還是暴雨工況下,均可以保證邊坡穩(wěn)定。
(2)邊坡施工應(yīng)分級開挖分級支護。邊坡應(yīng)自上而下分級開挖分級支護,支護結(jié)構(gòu)可以及時約束邊坡的位移、變形,盡量保持邊坡原始的應(yīng)力狀態(tài)與抗剪強度。如不及時支護,邊坡位移變形(蠕動變形)會被慢慢累積,形成塑性位移,導(dǎo)致塑性位移區(qū)土體強度大幅降低,使得邊坡穩(wěn)定系數(shù)隨時間推移而降低。因此邊坡工程應(yīng)分級開挖分級支護,在上級邊坡完成支護且達到設(shè)計強度前,不應(yīng)進行下級邊坡的開挖。本工程邊坡一挖到底,開挖約60 m高,100多天里均未進行支護及封閉,為邊坡土體的變形提供了充足的時間與空間,為邊坡發(fā)生滑動提供了有利的時空條件。
(3)施工中臨時截水排水措施不到位。第一次滑坡發(fā)生前,僅在坡頂上方開挖了一條簡易的截水溝,對水溝未進行任何砌筑與抹面工作,這可能導(dǎo)致在持續(xù)性降雨期間,山坡地表水通過截水溝慢慢向坡體內(nèi)滲透,浸潤土體。整個邊坡開挖過程中,均未實施坡面排水及封閉,坡面一直處于裸露狀態(tài),大大增加了降雨期間坡體被地表水滲透、浸潤的程度。導(dǎo)致降雨期間,土體重度增加與抗剪強度降低,從而大大降低邊坡的穩(wěn)定性。
(4)應(yīng)急搶險措施不專業(yè)。第一次滑坡后,滑坡體處于暫時性自穩(wěn)狀態(tài),因滑坡阻路,村民強烈要求恢復(fù)進村道路,施工方對滑落在道路上的土方進行清理,但無后續(xù)應(yīng)急搶險措施跟上。清理滑落在道路上的土方,相當于對上部滑坡體進行挖腳,使得上部滑坡體坡腳出現(xiàn)新的臨空面,違背“上部減載,下部反壓”的原則,再遇暴雨,造成二次滑坡及三次滑坡。施工方應(yīng)在清理道路上的土方前有針對性的安全評估和搶險專項方案,在清理道路上滑落土方時應(yīng)采取跳挖施工、邊挖邊支護的施工方法,并在道路內(nèi)側(cè)增設(shè)護腳樁或擋土墻等臨時支護措施。
經(jīng)建模計算,邊坡開挖后,未支護條件下,持續(xù)性強降雨導(dǎo)致土體飽和使邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)下降0.082;支護條件下,持續(xù)性強降雨導(dǎo)致土體飽和使邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)下降0.176。第一次滑坡后在未清方條件下,持續(xù)性強降雨導(dǎo)致土體飽和使邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)下降0.277;清方條件下,持續(xù)性強降雨導(dǎo)致土體飽和使邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)下降0.188??梢娊涤晔沟酶鞣N工況下邊坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)都下降,三次滑坡均發(fā)生在持續(xù)性強降雨期間,持續(xù)性的強降雨導(dǎo)致邊坡土體重度增加,抗剪強度(粘聚力、內(nèi)摩擦角)降低,當邊坡穩(wěn)定性降低至臨界狀態(tài)以下時就發(fā)生滑坡,因此降雨是邊坡發(fā)生滑坡的重要誘因。
邊坡工程地質(zhì)勘察應(yīng)重視各土層及風(fēng)化巖體的重度、抗剪強度等關(guān)鍵指標。邊坡工程應(yīng)重視勘察精度和勘察深度。
邊坡工程中的支護設(shè)計,尤其是中、高邊坡應(yīng)進行定量分析,按計算結(jié)果進行設(shè)計,以確保設(shè)計的質(zhì)量與安全。邊坡工程設(shè)計中,尤其是復(fù)雜的邊坡工程,建議采用不少于2 種不同的軟件進行定量分析與設(shè)計,不同軟件之間應(yīng)進行計算結(jié)果的相互校核,以確保安全。
(1)邊坡應(yīng)從坡腳到坡頂整體看待,對整體邊坡進行地質(zhì)勘察和安全評價,而不應(yīng)只關(guān)注人工開挖的邊坡部分。
(2)重視工程建設(shè)中的邊坡地質(zhì)問題,按照規(guī)程規(guī)范的要求,做好邊坡工程地質(zhì)勘察工作,特別是上覆各土層和風(fēng)化強烈?guī)r體,提供符合實際情況的地質(zhì)成果。
(3)地質(zhì)參數(shù)建議值不僅要依靠試驗數(shù)據(jù),還應(yīng)通過反算法、工程類比,并結(jié)合當?shù)毓こ探?jīng)驗,綜合分析后提供。
(4)要重視巖土參數(shù)的時空效應(yīng),要注意地表水及地下水對巖土體的不利影響,對邊坡工程安全穩(wěn)定的不良影響。
(5)應(yīng)嚴格按照設(shè)計方案進行分級開挖、分級支護,做好邊坡周邊截水和坡面排水措施。出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)情況后應(yīng)按專業(yè)的應(yīng)急搶險方案進行處置,不可隨意亂挖,以免造成暫時穩(wěn)定的邊坡出現(xiàn)再次失穩(wěn)現(xiàn)象。