不稳定岩质滑坡治理方案及监测系统设计的研究_关祥.pdf

2020年第10期西部探矿工程 * 收稿日期 2019-12-04修回日期 2019-12-26 第一作者简介 关祥 （1986-） ， 男 （汉族） ， 山西侯马人， 工程师， 现从事水工环地质工作。 不稳定岩质滑坡治理方案及监测系统设计的研究 关祥*， 王蓓蓓 （山西省第二地质工程勘察院， 山西 侯马 043000） 摘要 当滑坡处于不稳定变形阶段， 其受到降雨和人类工程活动等因素的影响时可能会再次失稳 从而发生破坏， 给当地人民带来巨大威胁， 因此滑坡治理设计和监测是滑坡研究中的重要一环。以 晋城下芹村岩质滑坡为例， 在调查分析滑坡形成机制和变形特性的基础上， 结合工程具体要求确定 滑坡治理方案。此外， 在抗滑桩工程的基础上进行监测系统设计， 对滑坡的变形进行监测， 从而为滑 坡变形及进一步研究提供和依据。 关键词 岩质滑坡； 治理方案； 监测系统； 抗滑桩 中图分类号 P642 文献标识码 A 文章编号 1004-5716202010-0020-04 1概述 滑坡作为我国最常见的地质灾害之一， 以其巨大 破坏性、 突发性和分布广泛性给当地人民的生命安全 和财产安全带来巨大威胁， 因此滑坡灾害治理设计是 滑坡研究中的重要环节。此外， 不稳定滑坡在自然因 素和人为因素的影响下稳定性降低， 仍有再次发生滑 动的可能。 目前， 关于滑坡灾害防治及减灾方面， 主要有限制开 发、 工程治理、 物理措施和监测系统应用等四种手段[1]， 而 最常用的是工程治理和监测系统两种方法， 而抗滑桩 和挡土墙则是最常见的滑坡工程治理方法[2-4]， 其安全 性、 可靠性和性价比较高， 但是它们都属于被动防护方 法， 而随着施工技术的发展， 主动防护技术、 如预应力 锚杆、 预应力锚索[5-6]等在滑坡治理中的应用也越来越 广泛。实际上， 滑坡的治理方案设计需要结合滑坡实 际情况并结合 “安全经济” 的原则综合确定。 滑坡监测系统可以直接观测滑坡变形， 可以为预 测滑坡预测预报提供依据。目前的监测系统主要包括 传统监测系统[7-8]、“3S” 技术监测系统[9-10]和卫星监测系 统。实际上， 多种监测技术的结合可以使得变形监测 更为准确有效， 可以为滑坡是否发生提供依据。因此， 本文以下芹村滑坡为研究对象， 在提出治理方案的基 础上， 设计滑坡监测系统， 从而为进一步研究滑坡变形 和发生提供依据。 2下芹村滑坡概况 2.1下芹村滑坡 下芹村滑坡发生于2017年7月， 根据野外实地调 查和钻孔分析， 该滑坡滑面位于泥岩层中， 形成的主要 原因是坡体内泥岩在雨水长期浸泡下软化， 使得该滑 坡在其自重及外力作用下发生了滑动。 滑坡南北长约140m， 东西宽约300m， 平面面积约 4.2104m2， 平均厚度25m， 滑体体积105.0104m3， 属于 大型滑坡。东西向延伸， 走向近南北， 主滑动方向为 10。滑坡后缘以公安局训练场近东西向的拉张裂缝为 界， 高程约661.5m， 前缘位于坡脚下芹村住宅小区南 部， 高程约616.2m， 滑坡总体高差约45.3m； 滑坡左侧 以大理石厂场地内裂缝为界， 右侧延伸至住宅小区东 侧。此外， 滑坡后缘和坡面出现很多拉张裂缝， 可能会 发生进一步变形 （见图1） 。 2.2下芹村滑坡变形破坏趋势 由于该滑坡目前处于蠕滑变形阶段， 且泥岩层间 软弱结构面有贯通的趋势， 在滑坡后缘岩体自重作用 下极有可能发生变形破坏。 当泥岩层间软弱夹层受地下水浸润影响进一步连 续贯通时， 其力学性质不断降低， 从而导致斜坡体不断 发生层间错动和滑移。在长期风化和外部卸荷作用 下， 后缘拉张裂缝加宽加深， 当后缘拉张裂缝与泥岩层 间软弱面贯通时， 原有斜坡便形成孤立的分割块体即 潜在滑动块体， 它极有可能以中后部拉裂缝为后缘拉 裂面、 泥岩层中经受强烈蠕变的软弱面为潜在滑面发 20 2020年第10期西部探矿工程 生滑动 （见图2） 。 图1滑坡平面图 3滑坡治理方案设计 根据滑坡的稳定程度和危害程度并结合工程实际 情况， 拟采用抗滑桩截排水裂缝处理局部削坡的 治理方案， 本文主要介绍前三种治理方法 （见图3） 。 抗滑桩分类及编号 Ⅰ型桩 Ⅱ型桩 Ⅲ型桩 Ⅳ型桩 Ⅴ型桩 桩间距 （m） 5.0 5.0 5.0 5.0 5.0 桩数量 （个） 4 8 20 9 9 抗滑桩规格 （mmm） 1.6215 1.6220 22.615 22.618 1.82.420 表1抗滑桩主要参数表 图2滑坡变形破坏示意图 图3滑坡治理剖面图 3.1抗滑桩工程 在滑坡体前缘约1/3处， 从滑坡底部设一排抗滑 桩， 主要用于阻挡该处以上的剩余下滑力。桩身采用 C30混凝土浇筑， 桩嵌固段为较坚硬的砂岩夹软弱的 泥岩， 保证嵌固段不小于桩长的1/3， 具体参数见表1。 同时， 在桩顶增设1.0m的冠梁。 3.2截排水工程 截排水工程由横向截排水沟和纵向排水沟组成。 分为 A型截水沟、 B型截水沟、 C型排水沟三种类型。 A型截排水沟布置在抗滑桩南侧及滑坡体中部， 总长455m， 采用600mm500mm矩形截面， 采用M10 浆砌片石砌筑， 截排水沟表面采用M10防水水泥砂浆 抹面， 厚度30mm。 B 型截排水沟布置在滑坡体顶部及滑坡后缘位 置， 总长678m。采用400mm400mm矩形截面， 采用 M10浆砌片石砌筑， 截排水沟表面采用M10防水水泥 21 2020年第10期西部探矿工程 砂浆抹面， 厚度30mm。 C型排水沟布置在滑坡体两侧位置， 总长421m， 截 面 尺 寸 采 用 梯 形 ， 顶 宽 800mm， 底 宽 500mm， 深 500mm， 采用M10浆砌片石砌筑， 截排水沟表面采用 M10防水水泥砂浆抹面， 厚度30mm。 3.3裂缝回填 根据本滑坡裂缝宽度、 深度等具体情况， 采用开挖 回填法、 碾压夯实法两种方法对裂缝进行处理。 （1） 开挖回填法适用于不太深的表层裂缝、 滑坡边 界防渗部位的裂缝。其处理工序包括裂缝开挖和回填 土料。 裂缝开挖 开挖长度应超过裂缝两端1m， 开挖深 度应超过裂缝深度 0.3～0.5m， 开挖槽底部宽度至少 0.5m开挖前缝内灌入白灰水。 回填土料 在裂缝底部铺一层土工膜， 然后用3 ∶ 7灰 土夯填300mm厚， 压实系数不小于0.93。然后再用素 土进行分层夯填， 回填土料应控制含水量等于或低于最 优含水量的1～2， 对于小裂缝可用原渠道土料回填。 （2） 碾压夯实法适用于处理在滑坡体前缘的水平 滑距长、 垂直落距大、 滑坡陡坎多、 拉张裂缝密集、 滑体 解体严重的土体。其处理工序包括坡面平整和土料夯 实碾压。 坡面平整 在对原有树木尽量保护利用的基础上 对场地平整， 坡度与现有坡面坡度保持一致。 土料夯实碾压 一般要求夯实厚度为松散土体厚 度的2/3， 土体的有效处理厚度不小于50cm， 要特别注 意将边角部位夯实。 4监测系统设计 4.1监测方案依据及内容 阳城县下芹村滑坡目前处于不稳定状态， 在强降雨 或暴雨等不利因素下极有可能再次发生破坏。监测的 目的是为了保证施工期间的工程安全和检验施工后防 治的效果以及观测滑坡变形， 为滑坡预测预报提供依 据， 因此建立一套能控制全局的监测网是很有必要的。 监测具体内容包括监测施工过程中及施工后的地 表形变、 抗滑桩变形和应力变化。同时收集阳城县气象 资料， 掌握降雨量的变化情况， 将现场监测数据和降雨 量进行相关分析， 以便掌握二者对滑坡稳定性的影响。 此外， 通过地面调查监测施工过程中滑坡体上的建 筑、 地面和边坡的变形、 开裂和崩塌的情况， 可以及时采 取有效措施改进施工工艺和优化设计以及灾害预防。 4.2监测方案具体施工设计 4.2.1地表位移监测 沿勘探线方向布设4条剖面， 并将监测墩直接埋入 滑坡体土层中， 基础埋入地面以下不小于1m。第一排 布在抗滑桩处， 布置于Ⅰ-1号桩、 Ⅲ-1号桩、 Ⅳ-12号 桩、 Ⅳ-23号桩、 Ⅴ-5号桩桩顶， 监测墩直接设在相应 位置的桩顶， 将其配筋与桩体的钢筋焊接在一起； 后三 排布设在滑坡坡面上， 基础埋入地面以下不小于1m； 控制点则布设在滑坡前后缘基岩上， 基础埋入强风化 底面以下0.5m。 第一排在抗滑桩施工工程结束后， 与后三排观测 点一起每月观测一次， 做长期观测。后三排监测点和 基准点在施工前即埋设号观测墩， 在施工开始之前至 少要监测一次作为基数对比， 在施工期间每7日观测一 次； 在施工结束后每月观测一次， 监测期限最少为一个 水文年以上， 直至稳定。遇暴雨后加密观测。 地表位移监测采用平面精度指标为 （5mm 1ppm） 的GPS接收机实施监测， 水平和位移监测精度 要求达到 （5～10） mm。 此外， 根据滑坡的地貌形态、 地质条件及观测条 件， 布设了三个基准点， 分别布设在滑坡体前缘基岩上 和滑坡后缘训练场附近基岩上。因此， 滑坡体坡面上 共布设3排共12个变形监测点的监测网， 用于施工期 监测和施工后效果监测； 抗滑桩桩顶共设5个变形监测 点， 主要用于效果监测与工程验收。 4.2.2地面宏观形变监测 在施工过程中每天对周围斜坡、 建筑和地面进行 观察， 以便及时反馈信息， 并采取必要的措施； 施工结 束后， 在进行地表位移监测和桩体应变监测的同时， 同 时进行地面宏观形变调查， 特别是要注意观察库水位 升降是否引起建筑物和地面的沉降、 开裂等。 地面宏观形变监测可以通过地表巡视观察来完 成， 也可借助直尺等简单测量工具进行测量。观察范 围包括滑坡体范围的所有建筑物、 地面、 陡坎、 滑坡后 缘裂隙等。 5结论 本文以下芹村滑坡为研究对象， 在调查滑坡形成 机制和变形特征的基础上， 提出滑坡治理方案并建立 监测系统设计， 得到的主要结论如下 （1） 诱发下芹村岩质滑坡的直接因素为降雨， 降雨 软化泥岩层并使得其抗剪强度降低， 滑坡发生。但是 目前该滑坡仍处于不稳定状态， 在暴雨等作用下可能 会再次发生滑动。（下转第25页） 22 2020年第10期西部探矿工程 方案合理可行。 5振动速度测试 为了检验新爆破方案的实际效果， 在爆破期间， 对商 场、 工业厂房、 钦州湾大道进行实地检查， 均没有损伤出 现。在最危险区域即最南面1排东面3个桩井爆破时， 在 关键点1、 2、 3处进行了振动速度测试， 测试结果见图5。 图5测试结果与数值模拟值 从图5可以看出， 测试结果均小于数值模拟结果， 明显小于安全允许值， 且测试结果与模拟结果比较接 近， 说明数值模拟方法具有一定的可靠度。采用数值 模拟方法进行峰值震速预测是行之有效的， 可为爆破 方案制定提供理论依据。 6结论 （1） 运用数值模拟方法预测了广西钦州阳光丽景地 基爆破开挖工程原爆破方案关键点处的峰值震速， 预测 结果表明峰值震速超过安全允许值， 原爆破方案不可行。 （2） 对原爆破方案进行调整， 重新进行数值模拟预 测， 预测结果表明新爆破方案关键点处的峰值震速明 显小于安全允许值， 新爆破方案合理可行。 （3） 振动速度测试结果显示， 测试值明显小于安全 允许值， 测试值与模拟值比较接近， 说明数值模拟方法 具有一定的可靠度， 运用数值模拟方法预测爆破振动 峰值速度是行之有效的。 参考文献 [1]赵可.复杂场地爆破振动对邻近构筑物动力响应及安全影 响分析[J].公路，20181141-46. [2]赵华兵，龙源，宋克健，等.爆破振动速度预测方法及其影响因 素[J].工程爆破，2012，18124-27. [3]杨佑发，崔波.爆破振动速度峰值的预测[J].振动与冲击， 2009，2810195-198. [4]赵华兵 ，龙源，刘好全 ，等.城市隧道爆破振动速度峰值预测 神经网络法应用[J].工程爆破，2014，20523-27. [5]赵新涛.爆破振动机理及爆破振动效应控制的研究[D].广西 大学，2006. [6]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB6722-2014 爆破安全规程[S].北京中国标准出版社，2015. 表2关键点峰值震速预测结果 关键点 1 2 3 预测值 （cm/s） 3.06 3.12 0.76 规范允许值 （cm/s） 4.5～5.0 4.5～5.0 4.5～5.0 （上接第22页） （2） 结合滑坡实际情况以及 “安全经济” 的治理原 则， 提出抗滑桩截排水裂缝处理局部削坡的滑坡 治理方案。 （3） 在抗滑桩工程和滑坡实际滑动的基础上， 为了 直接观测滑坡进一步变形情况， 建立了一套完整的监 测网， 用于滑坡内部位移监测和宏观变形监测。 参考文献 [1]张倬元.滑坡防治工程的现状与发展展望[J].地质灾害与环 境保护，2000，11289-97. [2]v刘焕存，孙凤玲，魏海涛，等.增北路顺层岩质滑坡治理工程设 计与实践[J].岩石力学与工程学报，2013，32102122-2127. [3]沈佳轶.抗滑桩在岩质滑坡治理中的分析研究[D].重庆大学， 2009. [4]彭政奎.抗滑桩在岩质滑坡治理中的分析研究[J].工程技术 文摘版，20162453-53. [5]王刚.预应力锚索桩在某岩质滑坡治理中的应用[J].山西科 技，2015281-83. [6]杨宗儒，李旭平，林云沛.格构预应力锚杆在山区公路边坡滑 坡治理中的应用[J].丽水学院学报，2013，35537-41. [7]温铭生，王连俊，李铁锋，等.基于实时监测的河口糖厂滑坡监 测系统研究[J].工程地质学报，2011，19176-82. [8]熊晋.基于地表倾斜变形的滑坡灾害监测预警技术的应用 研究[D].中国铁道科学研究院，2013. [9]欧阳祖熙，张宗润，丁凯，等.基于3S技术和地面变形观测的 三峡库区典型地段滑坡监测系统[J].岩石力学与工程学报， 2005， 24183203-3210. [10]曾金华.基于3S技术的滑坡时间预报系统研究[D].长安大 学，2004. 25