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公路滑坡整治工程中水的作用及防治对策

2006/08/30 | 作者:roadman | 浏览量:2311 | 评论:0
 
黄向京 (湖南省交通规划勘察设计院 长沙市 410011) 【提要】:     滑坡的产生与发展与边坡水文地质条件关系密切,本文结合我省大量滑坡整治工程实例对滑坡水所起的作用作了深入阐述,并对滑坡水的防治措施进行了分析总结。 【关键词】: 水 滑坡 防治 1 前言     随着改革开放和国民经济的迅速发展,高等级公路的修建在我国方兴未艾,由于高等级公路结线形标准要求高,对沿线的地形地貌产生破坏是不可避免的,尤其在一些不良地质地段,由于对坡体稳定认识不足,大量开挖和填筑土石方以及施工方法等原因,破坏了坡体的稳定,促使了滑坡的产生和发展。而滑坡的产生与水极为密切,民间有“十滑九水”的说法,可见水对滑坡的影响之大。在滑坡整治过程中,采用何种方案排泄地表水、疏导地下水,改变滑坡体的物理力学性质,从而减少下滑力,达到经济合理的目的已成为当前公路建设中的重要课题。 2 滑坡水文地质条件分析   滑坡是斜坡土石体在重力作用下失去其原有的稳定状态,沿着斜坡向下作长期而缓慢的整体移动。按其物质组成可分为覆盖层滑坡和基岩滑坡。 2.1覆盖层滑坡   我省常见的该类滑坡有粘性滑坡和碎石土滑坡,黄土滑坡和风化壳滑坡则较为少见,限于编幅,本文仅对前二种进行研究分析。 2.1.1粘性土滑坡   由于粘性土在干燥时坚硬开裂,遇水后膨胀崩解,呈软塑或流塑状态,因而常沿土中的裂隙面和基岩面产生塑流性滑坡。这类滑坡与降雨量的关系十分密切,具有“大雨大滑,小雨小滑”的特点。如湘耒高速公路K76+000~K77+620路堑滑坡、107国道衡山县段K122+780~+850路堤滑坡、娄湘二级公路K34+840~K34+880路堑滑坡。 2.1.2 碎石土滑坡   由于碎石土中土和石块混杂,结构松散,粘结力小,透水性强,和下伏基岩的弱透水性有显著差异,所以沿基岩面形成地下水富集带,因而碎石土层多沿基岩顶面滑动。碎石土滑坡与地下水的活动有密切关系,地下水经常呈鸡窝状或透镜体状出现。如湘耒高速公路K79+200~+350炮石岭滑坡。 2.2基岩滑坡 产生在第四系以前不同时代岩层中的滑坡。以各种产生于软弱岩层中的滑坡为多,坚硬岩石中的滑坡多沿各种软弱构造面滑动。该类滑坡在我省分布最广,最为多见。   在坚硬岩石中,岩块的抗剪强度与软弱结构面的抗剪强度差值很大,因此软弱结构面结对斜坡的稳定就有决定性的影响,大量实例证明,在坚硬岩质边坡中滑动面的位置与软弱结构面的位置是相吻合的。 在组成斜坡的土石体中,渗透性能差异较大的接触面上,易产生滑动,而且同一斜坡上差异面愈多,滑动面也往往愈多。 2.2.1均质滑坡 在泥岩、页岩、泥灰岩等各种软弱岩层中,岩性大体均一,软弱面的强度与岩层强度基本相同,当斜坡上的剪切力大于岩石的抗剪强度时,斜坡产生均衡破坏,滑坡变形显著,滑体上出现各种性质的裂缝。这种类型滑坡的滑动面的位置可能部分与岩层中软弱结构面吻合。如长潭高速公路K26+640~K27+020锉刀岭滑坡、107国道衡山城郊K122+560~+650、K124+265~+350、K125+100~+190。 2.2.2切层滑坡 滑动面与岩层面相切,具有水平结构和内倾结构的斜坡,岩层的倾向对山坡的稳定是有利的,若其中发育有和山坡倾向一致的节理面、断层面和大型裂隙时,就构成了对山坡稳定的不利因素,斜坡下部被侵蚀或开挖之后,软弱结构面出露,当软弱结构面的倾角小于斜坡的倾角时,岩体就可能沿软弱结构面与层间相切而产生滑动。如娄湘二级公路K31+200~K31+300金家冲滑坡。 2.2.3 顺层滑坡   是沿着由于某些作用早先形成的面,例如沿两个层面的交界面、沿裂隙面、沿坡积物与基岩的交界面以及沿坚硬岩层之间的不整合面所发生的滑坡。当岩层的倾向和山坡的倾向一致时,由于河流的侵蚀或人工切坡使岩层下部失去支撑,岩层仅以层间磨擦力保持其稳定性,当磨擦力进一步变小后,斜坡就会顺层面滑动。如娄湘二级公路K35+855滑坡。 3 水在滑坡产生和发育中的作用 唯物辩证主义认为外因是变化的条件,内因是变化的根据,外因通过内因而起作用。滑坡产生的根本原因取决于组成斜坡的土石体性质和结构,但外界条件因素如水的作用、地震、人为因素等的作用不能忽视,它们是滑坡产生的诱发因素,它们的作用可改变斜坡土石体的性质、强度、结构和状态,有时还可改变斜面坡的外形,其结果是引起斜坡的变形和破坏。 3.1滑坡的产生和发育过程   滑坡的产生和发育形成过程通常分为三个阶段:蠕动变形阶段、滑动破坏阶段和渐趋稳定阶段。 3.1.1蠕动变形阶段 斜坡在发生滑动之前通常是稳定的,在水的作用下,可以使斜坡土石体强度逐渐降低,滑坡出口附近渗水混浊,水在此过程中起到了催化剂的作用。 3.1.2 滑动破坏阶段 滑坡在整体往下滑动的时候,滑坡滑动过程中滑动面附近湿度增大,加之重复剪切,土石体结构进一步降低,促使滑坡加速滑动,水在此过程中起了润滑剂的作用。 3.1.3 渐趋稳定阶段 滑坡停止后,形成特殊的滑坡地形,在岩性、构造和水文地质条件等方面都相继发生了变化,地层的整体性已被破坏,岩石变得松散破碎,透水性增强,含水量增高。滑坡前缘无水渗出或流出清晰的泉水时,表明滑坡已基本趋于稳定。 3.2 水的作用 从地层岩性分析,碎石类土不易产生滑坡,粘性土在受水作用后易产生滑坡,基岩中页岩、泥岩、千枚岩、泥灰岩、云母片岩易风化及遇水软化,易产生滑坡。不同性质的土石体对水的作用的反应也是不一样的,如岩浆岩、沉积岩中的砾岩和砂岩,以及变质岩中花岗片麻岩、石英岩等,几乎与水不起作用,是抗水的物质,它们在水的作用下抗剪强度不发生很大的变化,因而由这些岩石组成的斜坡稳定性与水的关系并不密切。而各种页岩、泥岩和地表覆盖层都是亲水的,由亲水性物质组成的斜坡在雨季或侵水后塑性增大,抗剪强度显著降低,极易产生滑坡。各种松散无联结的砂性土层容易被潜蚀,在地下动水压力的作用下,结构和强度不断变化,斜坡的稳定性逐渐降低。滑坡的产生与水的作用有密切关系,水的作用包括降雨、地表水和地下水等三个方面的作用。 3.2.1 降雨的影响 实践证明,滑坡多集中在降雨量多的年份发生,而且很多滑坡是在雨季发生的,不少滑坡具有“大雨大滑,小雨小滑,无雨不滑”的特点,因为降雨尤其是长期的绵绵细雨使斜坡土石逐渐饱和,甚至在隔水层上形成暂时的含水层,这样一方面增大了斜坡土石体的容重和降低了土石体的内聚力,另一方面还产生了动水压力和静水压力,使斜坡的稳定性急剧降低而产生滑坡。 3.2.2 地表水的影响 地表水下渗增加了斜坡土体的含水量,使土达到塑性状态,降低了土体的稳定性。当水渗入隔水层时使层面间摩擦力和内聚力降低,造成斜面坡失稳而下滑。 地表水系中水流不断冲刷和切割岸坡,使岸坡增高变陡,有时水流的冲蚀淘空岸坡的完整岩层,暴露出斜坡内部的软弱面,河水水位的上升下降引起与地下水补给关系的变化,在斜坡内形成很大的动水压力,所有这些作用都造成斜坡稳定性降低,有利于滑坡的产生。 3.2.3 地下水的影响 地下水浸湿斜坡,使土石体的容重增加,浸湿范围加大,浸湿程度加剧,就显著地降低了土石体的抗剪强度,地下水位的升降,还会产生很大的动水压力与静水压力,地下水还能溶解土石体中易溶物质,使组成斜坡的土石体成份和结构发生变化,导致滑坡的产生。 4 滑坡水的防治对策 通过以上分析,可见滑坡的产生与水的关系密切,设置排水系统,消除水的危害,是整治滑坡的可靠措施。整治设计中,应明确以治水为本,支挡为辅,从“水“字上下功夫,采用疏、截、排等综合措施以引开地表水,降低地下水,提高土体强度。排水措施分为地表排水与地下排水两大类。 4.1 地表排水   地表排水的目的是拦截滑坡地段以外的地表水,不使水流入滑坡区内,并尽快排除滑坡范围内的雨水,引导地表水在滑坡体外的稳定山坡处排走。 滑体以外的地表水,以拦截和旁引为原则;滑体以内的地表水以防渗,尽快汇集和引出为原则。因此: 滑体外,设置一条或多条环形截水沟,拦截旁引地表迳流,不使流入滑坡范围之内。 滑体内,充分利用自然沟谷,布置成树枝状排水系统;滑体内的湿地用泉水出露之处,修建渗沟及明沟等引水工程,以减少对滑坡的供水。 4.1.1环形截水沟   一般应按山坡汇水面积、降雨量(尤其是暴雨量)进行设计,经常采用20~25年最大的流量作为设计的依据。截水沟应设置在滑坡体可能发展的边界以外不小于5m处,当山坡坡面较大,地表迳流流速相应较大,应设计数条截水沟,间距以50~60m为宜,每条截水沟的断面根据沟间汇水面积设计。 4.1.2 滑体内树枝状排水系统 首先应充分利用滑坡范围内的自然沟谷作为排除地表水的渠道,为此要对自然沟谷进行必要的整修、加固及铺砌工作,达到不溢流、不渗漏的目的,一般修成复式断面,沟底沟坡的铺砌厚度为20~30cm的浆砌片石。 排水沟的布置每隔20~30m一条,应尽量避免横砌滑坡体,主沟应该与滑坡移动方向大体一致,支沟与滑坡移动方向应斜交30~40度。 当自然沟谷的沟床较深,滑体中的部分地下水被切割而流出,应因势利导,尽快泄出地下水排出滑体外。在自然沟谷两侧附近地段有地下水露头,并且沟谷两侧边坡受雨水冲刷容易坍塌,应应该在沟谷两侧地下水露头处设置渗水沟(又称小盲沟),以防止沟谷两侧的坍塌并及时疏干壤中水。 4.1.3 滑体内的泉水露头、湿地处需设置渗水沟与明沟相配合的引水工程   其目的是排除滑体内的上层潜水和疏干边坡,这类引水工程包括集水和排水两部分,埋入地下水为集水部分,常采用渗水沟(又称集水盲沟)形式,露出地面部分是排水明沟。集水部分要设计滤层,排水部分是不透水的浆砌明沟。 此外,滑坡周围的自然边坡坡面应整平夯实,减少坑洼及裂缝,防止积水下渗。认真做好坡面绿化工作(铺草皮、植树)减少地表雨水下渗,防止坡面冲刷及淤塞排水沟。 地表排水往往综合运用截水沟、沟谷内排水系统、引水明沟等各种方法,如在湘耒高速公路炮石岭滑坡排水设计中就综合运用了上述方法。 4.2 地下排水 地下水是斜坡不稳定的主要原因之一,由于斜坡土层(岩体)中埋藏有地下水,流入边坡变形区,产生了动水压力和静水压力,为减弱这种压力的作用,确保边坡稳定,可采用地下排水的方法,由于滑体内地下含水带厚薄、分布、补给条件和当地的地质条件的差异,故有截、排、疏和降低地下水位等办法。一般在获得较准确而足够的地质和水文地质资料之后。并做了详尽分析,才能提出切合实际的设计和施工,这样才能达到计划目的。 当查明补给滑动体的地下水确是以滑坡的上方或一侧补给为主时,才修建截断地下水的工程,它要求垂直地下水流向布置,随地下水的含水层数、埋藏深度和土质密实程度的不同,而采用不同的构筑物,如盲沟、盲洞等。 4.2.1盲沟   盲沟按其作用的不同可分为支撑盲沟、截水盲沟及边坡渗沟。 4.2.1.1 支撑盲沟 一般深度为2米至十几米,以支撑山体滑动为其主要作用,并疏干滑坡体,效果较好,一般顺滑坡移动方向修筑,布置在地下水露头处和由于地下水作用形成坍塌之处。为了更好地汇集和排泄地下水,首先应查明地下水流向及分布,以确定盲沟的位置。支撑盲沟的平面布置形式有Y形、YYY形和III形,盲沟的间距根据土质情况而定,一般采用6~15m。支撑盲沟的上部分岔开成支沟,支沟方向与滑坡移动方向成30~45度的交角为宜,同时支沟的部分可伸展到滑坡范围以外,以达到拦截地下水的作用。如在娄湘二级公路K34+840~+880段滑坡整治就单独采用了该方法,经历了二个雨季,效果良好。 4.2.1.2 截水盲沟   当滑坡外界有比较丰富的地下水补给时,常采用截水盲沟,以便将地下水尚未流入滑体之前就拦截引走。一般布置在滑坡可能发展的范围以外约5m的稳定地段,要求与地下水流向垂直。该方法在我省滑坡整治排水中应用最广,为一种较为有效的地下排水措施 4.2.1.3 边坡渗沟 渗沟的作用是排除滑坡前缘的边坡壤中水,疏干边坡,同时对边坡的局部地段有支撑作用。其形状从平面来分有垂直的、分支的、拱形等几种。如在津市金鱼岭、皇姑山边坡整治中就成功地应用边坡渗沟排除坡面水,经过2个雨季的考验,效果良好。   除以上方法外,还有盲洞(泄水隧洞)、钻孔排水、砂井-平孔排水等方法,因诸多原因在我省应用较少,还有待研究,积累经验。 5 结语 对于滑坡尤其是大型滑坡,试图通过桩、锚索、支挡结构等纯力学的方法去阻止其变形、运动和破坏往往是困难的,甚至是不可能的,通过对水等的防治措施,改变滑坡内在的物理力学性质,顺其自然,以柔克刚,实践证明,常常能收到事半功倍的效果。
 

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