边坡治理——成功的案例

1．基本情况某泵站位于山坡上，属低山、残丘地貌，地面高程22~60m；设计要新开挖1条长约135m的进水渠，进水渠横切山脊。2000年10月底施工开挖，左边坡因坡面高差较大，在左边坡设4级马道（21.65m、26.6m、36.6m、46.6m），46.6m高程马道以上开挖坡比为1:1.50，46.6m高程以下各马道之间1:1.25，坡面呈标准的扇形面展布；右侧边坡未分级（马道），一次性开挖到渠底，近似呈长条形展布。在开挖过程中，由于种种原因，边坡没有立即采取保护措施，直至开挖到渠底，左侧高边坡整个坡面全部暴露在外，如图1。图1开挖边坡产生裂隙及滑动图2上部为临时锚杆支护，下部碳质泥岩产生局部破坏在进水渠局部段开挖至设计底板高程时，左侧边坡渠底附近的炭质泥岩就出现了部分隆起、滑塌现象（见图2），同时在26.6m马道以上出现裂缝。进水渠左侧高边坡（在26.60m~36.60m马道之间）于2001年春节前后的雨天，出现了第1次的大面积滑塌，虽然后来在左边坡26.60m~36.60m马道之间做了喷砼浆保护与局部喷锚挂网保护等措施，但在后期的两次暴雨天中又分别在26.60m~36.60m马道以及36.60m马道以上出现了大面积坡体滑移、隆起及崩塌，整个坡面到处出现隆起或反坡向的拉开裂缝，几乎到了逢雨必滑的地步，给工程施工与正常运行都带来了极为不利的影响，对工程的安全与稳定带来很大隐患。图3边坡的典型坡面表1土的物理特性类别基本性质颗粒组成(%)含水率%土粒比重天然密度g/cm3饱和度%塑限%液限%塑限指数自由膨胀率%0.25-0.075mm0.075-0.005mm0.005mm0.002mm坡积棕黄色粉质粘土28.12.731.8193.625.538.613.112.06.130.360.342.2灰白色粉砂质泥岩26.22.771.9195.82944.515.59.01.731.556.542.7灰黑色炭质泥岩28.72.791.9297.328.546.718.221.01.826.567.549.1灰褐色含砾砂质泥岩18.32.791.9977.51930.511.518.55.638.726192、边坡滑塌原因分析从整个边坡体的滑塌情况来看，当边坡开挖至渠底时，在边坡暴露、未做任何保护措施之前，边坡仅是在26.6m马道附近与渠底的炭质泥岩发生隆起、滑塌，在左边坡36.6m以上的左侧局部土体发生坍塌；对26.6m马道以下至渠底与26.6m马道以上附近进行喷锚支护后，在整个坡面上喷上一层厚约15cm素砼保护，但坡面还多处出现反坡向下切横向裂缝，裂缝深达2m多，宽约10~20cm，斜交坡面马道延伸，长约5~30m不等，以至后来发展到46.6m马道以上的坡面土体整体下沉10~30cm，36.6m~46.6m马道之间几乎整体滑塌、降起、开裂、沉降，26.6m马道以上坡面岩体大部分产生滑塌，整个左边坡坡面几乎被滑塌体所覆盖，最厚处近5m；通过施工地质的现场查勘及钻孔地质资料分析，左边坡滑塌的主要原因有如下几点：图4开挖初期在坡底用木桩临时支护（1）边坡开挖出来后相当长一段时间内未作任何边坡保护处理，使其暴露、临空时间过长，且经过连续的雨季冲刷和阳光曝晒，使坡面本来就软弱的岩体反复产生软化、膨胀、龟裂，从而坍塌失稳。后来虽然做了表层喷锚支护，但在上述种种滑坡诱因下，支护的作用是非常不明显的。（2）该供水泵站进水渠底板高程为17.1m，左边坡最大坡顶高程约61m，边坡相对高差较大，开挖坡比仅在46.6m马道以上为1:1.5，余下坡比均为1：1.25，此开挖坡比，由于征地等客观问题，没有达到工程地质建议的坡比值，加上边坡挖好后没有及时支护，使其临空时间过长，从而引起坡体岩体滑塌。图5临时锚杆支护破坏（3）边坡的岩体不但软弱，同时层间节理、裂隙呈网状发育，将边坡岩体切割成多个块体与楔形体，顺坡向的节理、裂隙面平直、光滑，利于边坡岩体的滑落，从而引起边坡的不稳。（4）进水渠所在地段地下水埋藏浅，未施工前山坡地下水位高程一般在21.0m左右，主要赋存于土壤孔隙与基岩裂隙中，属潜水含水层，受大气降水补给。水对此边坡的稳定性影响很大，是影响边坡不稳定的触发因素。工地上每次降雨过后，边坡的变形破坏便加剧。根据前述土质软化强度试验可知，雨水渗入后，岩体中大量的泥质成分（高岭土）会遇水软化，从而使土的粘聚力减小，强度显著降低，另外渗入坡体里面的水会令干燥状态的结构面软化、润滑，也将降低潜在滑动面的抗剪强度，促使边坡滑动或倒塌。边坡遇雨塌滑的另一重要因素是雨水通过边坡裂隙渗入坡体后，由于排泄速度较慢，加上在雨季经常有雨水补充，导致坡体内地下水长期处于较高水位，由地下水对潜在的滑动体产生的静水压力和动水压力也随之增加，对边坡的稳定更加不利（静水压力能增加水的扬压力，减少作用在滑动面上的滑动体重量的法向分力，从而降低了坡体的抗滑力；动水压力即渗流水压力常与滑动面倾向方向一致也可以增加滑体的切向下滑力）。高边坡在开挖后几乎经历了整个雨季，静置时间较长，因而产生变形破坏是必然的。（5）边坡岩性本身软弱，由于开挖造成原始应力状态的改变，岩（土）体卸荷造成边坡表层岩土回弹松弛，边坡裂隙扩大，为雨水渗入创造了条件。随着岩（土）体卸荷裂隙的发展和雨水的长期作用，当坡体较大范围土层强度衰减，边坡就会产生滑动破坏。3．治理措施根据以上对边坡破坏原因的分析，在对边坡进行处理时，综合考虑下列措施：（1）防渗与排水水是诱发本边坡变形破坏的主要原因，一定要切实做好边坡的防水排水工作，对滑体以外的地表水，可用拦截和旁引的方法，在坡体外布置环形截水沟，对于滑体中的地下水，可布置一定密度的水平排水廊道或竖向排水井的办法将水排出。坡面上可用浆砌石或草皮护坡。（2）削坡减荷与锚喷边坡过陡是影响其变形的因素之一。为使边坡变缓和减轻滑动体的重量，提高边坡的稳定性，可将陡坡上部的岩体削除一部分尽可能放大坡比，同时在36.6m马道以下坡面要做喷锚支护，在36.6m马道以上坡面要植草皮或浆砌石护坡，此法最后因征地问题而难以实施。（3）更改原设计方案可将现在的引水明渠改为暗渠，然后将边坡放缓并将挖下来的泥土覆盖在暗渠的上面。通过诸多方案比较，最后采用了改明渠为暗渠的方案，修改后的进水渠剖面如图6所示。计算分析和实际运行观测均表明渠坡是稳定的。4．经验教训（1）边坡开挖前应进行详细的工程地质堪察、土工试验及稳定论证。（2）边坡开挖后应及时支护。（3）各有关部门应进行有效的协调与配合。5．结束语该泵站高边坡的滑塌失稳，有主、客观多方面的原因，该工程所涉及的土性的研究在广东省有一定的代表性。对于这一类泥岩，与水的作用是工程成败的关键之一。为保证工程的稳定，防水、排水是至关重要的。图6修改后的进水渠剖面22.0017.20BC1:1.522.0023.20825.308植草水渠中心线26.6036.9046.401:1.51:1.251:1.301:1.33维持原边坡不变1:1.60排水沟500×500剥除风化土后用MU15浆砌石护坡2000排水管梅花型布置2000×2000图4修改后的过水明洞与边坡剖面图