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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 網友推薦 未知 7240
【提要】:

滑坡的產生與發展與邊坡水文地質條件關系密切,本文結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。

【關鍵詞】:水滑坡防治



1 前言

隨著改革開放和國民經濟的迅速發展,高等級公路的修建在我國方興未艾,由于高等級公路結線形標準要求高,對沿線的地形地貌產生破壞是不可避免的,尤其在一些不良地質地段,由于對坡體穩定認識不足,大量開挖和填筑土石方以及施工方法等原因,破壞了坡體的穩定,促使了滑坡的產生和發展。而滑坡的產生與水極為密切,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,從而減少下滑力,達到經濟合理的目的已成為當前公路建設中的重要課題。



2 滑坡水文地質條件分析

滑坡是斜坡土石體在重力作用下失去其原有的穩定狀態,沿著斜坡向下作長期而緩慢的整體移動。按其物質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,因而常沿土中的裂隙面和基巖面產生塑流性滑坡。這類滑坡與降雨量的關系十分密切,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,結構松散,粘結力小,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系,地下水經常呈雞窩狀或透鏡體狀出現。如湘耒高速公路K79+200~+350炮石嶺滑坡。

2.2基巖滑坡

產生在第四系以前不同時代巖層中的滑坡。以各種產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構面的抗剪強度差值很大,因此軟弱結構面結對斜坡的穩定就有決定性的影響,大量實例證明,在堅硬巖質邊坡中滑動面的位置與軟弱結構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均質滑坡

在泥巖、頁巖、泥灰巖等各種軟弱巖層中,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,斜坡產生均衡破壞,滑坡變形顯著,滑體上出現各種性質的裂縫。這種類型滑坡的滑動面的位置可能部分與巖層中軟弱結構面吻合。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,具有水平結構和內傾結構的斜坡,巖層的傾向對山坡的穩定是有利的,若其中發育有和山坡傾向一致的節理面、斷層面和大型裂隙時,就構成了對山坡穩定的不利因素,斜坡下部被侵蝕或開挖之后,軟弱結構面出露,當軟弱結構面的傾角小于斜坡的傾角時,巖體就可能沿軟弱結構面與層間相切而產生滑動。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 水在滑坡產生和發育中的作用

唯物辯證主義認為外因是變化的條件,內因是變化的根據,外因通過內因而起作用。滑坡產生的根本原因取決于組成斜坡的土石體性質和結構,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,它們是滑坡產生的誘發因素,它們的作用可改變斜坡土石體的性質、強度、結構和狀態,有時還可改變斜面坡的外形,其結果是引起斜坡的變形和破壞。

3.1滑坡的產生和發育過程

滑坡的產生和發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定階段。

3.1.1蠕動變形階段

斜坡在發生滑動之前通常是穩定的,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,土石體結構進一步降低,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 漸趨穩定階段

滑坡停止后,形成特殊的滑坡地形,在巖性、構造和水文地質條件等方面都相繼發生了變化,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定。

3.2 水的作用

從地層巖性分析,碎石類土不易產生滑坡,粘性土在受水作用后易產生滑坡,基巖中頁巖、泥巖、千枚巖、泥灰巖、云母片巖易風化及遇水軟化,易產生滑坡。不同性質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,它們在水的作用下抗剪強度不發生很大的變化,因而由這些巖石組成的斜坡穩定性與水的關系并不密切。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,極易產生滑坡。各種松散無聯結的砂性土層容易被潛蝕,在地下動水壓力的作用下,結構和強度不斷變化,斜坡的穩定性逐漸降低。滑坡的產生與水的作用有密切關系,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生,而且很多滑坡是在雨季發生的,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聚力,另一方面還產生了動水壓力和靜水壓力,使斜坡的穩定性急劇降低而產生滑坡。

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,降低了土體的穩定性。當水滲入隔水層時使層面間摩擦力和內聚力降低,造成斜面坡失穩而下滑。

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,暴露出斜坡內部的軟弱面,河水水位的上升下降引起與地下水補給關系的變化,在斜坡內形成很大的動水壓力,所有這些作用都造成斜坡穩定性降低,有利于滑坡的產生。

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,使組成斜坡的土石體成份和結構發生變化,導致滑坡的產生。



4 滑坡水的防治對策

通過以上分析,可見滑坡的產生與水的關系密切,設置排水系統,消除水的危害,是整治滑坡的可靠措施。整治設計中,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,不使水流入滑坡區內,并盡快排除滑坡范圍內的雨水,引導地表水在滑坡體外的穩定山坡處排走。

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

滑體外,設置一條或多條環形截水溝,攔截旁引地表逕流,不使流入滑坡范圍之內。

滑體內,充分利用自然溝谷,布置成樹枝狀排水系統;滑體內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)進行設計,經常采用20~25年最大的流量作為設計的依據。截水溝應設置在滑坡體可能發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,應設計數條截水溝,間距以50~60m為宜,每條截水溝的斷面根據溝間匯水面積設計。

4.1.2 滑體內樹枝狀排水系統

首先應充分利用滑坡范圍內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。在自然溝谷兩側附近地段有地下水露頭,并且溝谷兩側邊坡受雨水沖刷容易坍塌,應應該在溝谷兩側地下水露頭處設置滲水溝(又稱小盲溝),以防止溝谷兩側的坍塌并及時疏干壤中水。

4.1.3 滑體內的泉水露頭、濕地處需設置滲水溝與明溝相配合的引水工程

其目的是排除滑體內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、溝谷內排水系統、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,產生了動水壓力和靜水壓力,為減弱這種壓力的作用,確保邊坡穩定,可采用地下排水的方法,由于滑體內地下含水帶厚薄、分布、補給條件和當地的地質條件的差異,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和水文地質資料之后。并做了詳盡分析,才能提出切合實際的設計和施工,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、埋藏深度和土質密實程度的不同,而采用不同的構筑物,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,盲溝的間距根據土質情況而定,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展的范圍以外約5m的穩定地段,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,積累經驗。

5 結語

對于滑坡尤其是大型滑坡,試圖通過樁、錨索、支擋結構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,改變滑坡內在的物理力學性質,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.工程地質手冊第三版.北京.中國建筑工業出版社.1992

2.林宗元主編.巖土工程勘察設計手冊.沈陽.遼寧科學技術出版社.1996



 
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