錨拉抗滑樁在滑坡治理中的應(yīng)用

錨拉抗滑樁在滑坡治理中的應(yīng)用

抗滑樁技術(shù)是一項(xiàng)歷史悠久、成熟的技術(shù)。它在國(guó)內(nèi)外許多重要工程中得到了成功應(yīng)用，結(jié)果表明了其應(yīng)用價(jià)值和安全性。輸電線路工程跨越地貌單元廣,遭遇地質(zhì)災(zāi)害的可能性更大,由于鐵塔所在場(chǎng)地的特殊性,地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生通常具有類比連續(xù)性、易發(fā)性、小規(guī)模性等特點(diǎn),同時(shí),山區(qū)地段輸電線路,施工機(jī)具設(shè)備等進(jìn)場(chǎng)受到較大的制約性,因此,須采取針對(duì)性措施對(duì)鐵塔一定范圍內(nèi)受地質(zhì)災(zāi)害威脅的地段進(jìn)行治理。本文針對(duì)四川山區(qū)滑坡的特征,以四川東濱—石棉220kV線路N20號(hào)塔位滑坡治理為例,對(duì)滑坡形成的陡峻邊坡中采取半坡錨拉抗滑樁的方式對(duì)滑坡進(jìn)行治理以確保塔位的安全,對(duì)于該類地區(qū)輸電線路地質(zhì)災(zāi)害治理設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和推廣具有積極意義。1大懸索坡體及坡體東石220kV線路于2004年設(shè)計(jì),2005年投運(yùn),至今已運(yùn)行近8年。2013年7-9月期間石棉地區(qū)多地發(fā)生強(qiáng)降雨氣候,受暴雨影響,該線路N20號(hào)鐵塔下坡側(cè)發(fā)生了大面積的滑坡,滑坡后緣陡坎距塔位最近僅5m,對(duì)輸電線路安全運(yùn)行構(gòu)成威脅。N20號(hào)塔位于山頂緩坡平臺(tái)邊緣,整體上呈微凹槽狀,下坡側(cè)整體上呈45°斜坡下傾,為河谷所切割,上坡側(cè)坡度較緩,延伸至山頂,整個(gè)坡體自河谷坡腳至山頂平臺(tái)高差約180m。斜坡中部為213省道橫穿,坡腳至河谷陡傾?；缕矫嫘螒B(tài)呈鍥形條帶狀,后緣呈圈椅狀。該滑坡縱向長(zhǎng)約72m,橫向?qū)?5~28m,滑坡面呈契形條帶狀,滑坡前緣、后緣高程約為1950m、2005m,相對(duì)高差50~55m,滑坡體平面面積2356m2滑坡區(qū)滑坡體及滑坡面的主要成因分析經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘調(diào)查和地質(zhì)鉆探,N20號(hào)塔位下坡側(cè)滑坡的形成是受地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、水文氣象以及人類工程活動(dòng)影響等因素共同作用的結(jié)果。以下根據(jù)各種影響因素對(duì)滑坡成因進(jìn)行分述。首先,陡峭的地形、覆蓋層松散碎塊石堆積體以及下伏的強(qiáng)風(fēng)化軟質(zhì)巖體是滑坡形成的內(nèi)在條件?；麦w原始地面坡度普遍在45°左右,尤其是在上坡側(cè)坡度逐漸增大,最大達(dá)到55°左右;坡面覆蓋層以松散含粘性土碎塊石為主,厚度一般2~5m,該地層在雨水沖刷、滲入條件下力學(xué)性能急劇降低,極易垮塌;坡體巖性為千枚巖,該巖體產(chǎn)狀陡傾,節(jié)理裂隙發(fā)育,強(qiáng)風(fēng)化層厚度一般大于5m,且基巖面由西向東逐漸下傾,在滑坡中部向東部已鮮見(jiàn)露頭,該巖體強(qiáng)風(fēng)化層抗剪切能力較差。其次,人類工程活動(dòng)即公路開挖形成臨空面是滑坡形成的起始條件。213省道橫切斜坡中部,也即滑坡前緣,在該道路修建過(guò)程中,大面積開挖坡腳,由于深厚坡面松散堆積體及碎裂巖體受到擾動(dòng),在開挖之后形成的臨空面最高達(dá)到8m,一般高度為3~5m,由于松散堆積體在水流沖刷之下抗剪強(qiáng)度急劇減弱,堆積體極易垮塌。最后,暴雨長(zhǎng)時(shí)間侵襲坡體是該滑坡大面積垮塌滑移的誘發(fā)因素。2013年7月石棉地區(qū)發(fā)生強(qiáng)暴雨,降雨強(qiáng)度達(dá)到20年一遇,時(shí)間延續(xù)長(zhǎng),密度大。同時(shí),根據(jù)調(diào)查了解,原始斜坡中部發(fā)育一條隱形沖溝,致使坡面呈微凹形態(tài),因此,上坡側(cè)雨水大多匯入坡體中部沖溝,部分沿坡面向下沖刷,部分沿覆蓋層孔隙下滲,一方面導(dǎo)致坡體土層重度增大,另一方面則致使土層抗剪切能力降低,同時(shí)還造成坡內(nèi)滲流動(dòng)水壓力增加。據(jù)踏勘調(diào)查,在坡面中部探坑揭露,滑坡堆積層與原狀土層接觸地帶有滲水現(xiàn)象,同時(shí),在滑坡前緣滑坡堆積層幾近呈飽和狀態(tài),以上現(xiàn)象充分說(shuō)明滑坡體及滑坡面受雨水影響的程度。根據(jù)塔位滑坡形態(tài)和坡面特征,可將其分為四個(gè)區(qū):滑坡堆積區(qū),滑塌完全區(qū),滑塌不完全區(qū),潛在威脅區(qū)。(1)滑坡堆積區(qū):該段邊坡自坡腳(公路為界)至坡上高程1775m左右止,相對(duì)高差約25m,自然形態(tài)呈三角形,坡度30°~35°,為滑坡物質(zhì)形成的堆積體。該區(qū)堆積體厚度2~8m,隨高度增加厚度減小。(2)已滑塌區(qū):該段邊坡位于滑坡中段,高程1860~188m,相對(duì)高差約27m。坡體整體呈兩翼狀展布,向中間傾斜,坡度一般45°左右。該段坡體現(xiàn)在處于穩(wěn)定狀態(tài),在不擾動(dòng)坡腳的情況下,同時(shí)做好坡上部排水措施,該區(qū)邊坡穩(wěn)定。(3)未完全滑塌區(qū):該段邊坡位于滑坡上段,高程1887~1200m,至滑坡壁坎腳止,相對(duì)高差約13m。坡體整體上呈凹槽形,坡體表面為原斜坡滑塌堆積,厚度3~6m。該區(qū)從形態(tài)上看,由于堆積物質(zhì)經(jīng)前次滑動(dòng)已擾動(dòng),滑動(dòng)面深度3~5m,從坡腳探槽揭露顯示,坡內(nèi)有滲水流出。(4)潛在威脅區(qū):該坡段為滑坡壁后緣坎腳至塔位平臺(tái)一段,高程1296~1210m,相對(duì)高差最大約14m,整個(gè)坡體滑坡壁陡坎斜坡和自然坡面陡坡兩部分組成。該坡體現(xiàn)在處于穩(wěn)定狀態(tài),但由于坡面陡峻,且下部為滑壁切割成近于直立狀,當(dāng)滑塌不完全區(qū)發(fā)生進(jìn)一步垮塌之后,滑壁將繼續(xù)深切,從而導(dǎo)致該坡體高度增大,邊坡應(yīng)力逐漸下移集中,同時(shí)在下部垮塌體的帶動(dòng)下,坡腳支撐減少,最終可能致使新的滑坡形成,從而威脅塔位場(chǎng)地穩(wěn)定。綜上所述,該滑坡在公路開挖切割坡腳之后,坡面松散堆積體由下自上逐漸垮塌,通常是下部土體滑塌之后,上部土體失去支撐而向下滑塌,為典型的牽引式淺層滑坡,2013年暴雨期的大量水流加劇了滑體下滑動(dòng)力,致使中下部坡面基本滑塌完全,上部形成圈椅狀未完全滑塌區(qū),在塔位至滑坡后緣頂部間形成10~12m的高陡邊坡。由于未完全滑塌區(qū)主要由已滑移土層組成,預(yù)計(jì)在下一個(gè)暴雨期,堆積層將繼續(xù)滑移,致使滑坡壁向下深切,滑坡后緣可能繼續(xù)向潛在威脅區(qū)發(fā)展,從而直接威脅塔位場(chǎng)地。3滑塌變形發(fā)生的原因東石線N20號(hào)塔位下坡側(cè)滑坡產(chǎn)生變形滑動(dòng)的主要原因除本身所處的地質(zhì)環(huán)境條件控制外,降雨、人工開挖坡腳則是其產(chǎn)生滑塌變形的主要誘發(fā)因素。由前所述,滑坡體主要由四個(gè)部分組成,其中未完全滑塌區(qū)和潛在威脅區(qū)對(duì)滑坡的穩(wěn)定性及其對(duì)塔位場(chǎng)地的影響起控制作用,因此我們以下主要對(duì)該兩部分邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。3.1土層穩(wěn)定性計(jì)算根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》的相關(guān)要求,采用基于極限平衡理論的傳遞系數(shù)法對(duì)該滑坡的整體穩(wěn)定性進(jìn)行定量分析計(jì)算;對(duì)于碎塊石土層內(nèi)部淺層穩(wěn)定性定量評(píng)價(jià)則采用圓弧滑動(dòng)法進(jìn)行最不利滑面自動(dòng)搜索。對(duì)可能在暴雨或地震工況下發(fā)生滑移失穩(wěn)的邊坡作為最不利工況,本次邊坡穩(wěn)定性計(jì)算采用理正巖土計(jì)算軟件6.0版進(jìn)行,計(jì)算模型為根據(jù)滑坡典型縱剖面線簡(jiǎn)化所得,對(duì)各種可能滑塌形式進(jìn)行計(jì)算。3.2滑坡地層抗剪強(qiáng)度參數(shù)取值本次勘察設(shè)計(jì)參照本工程?hào)|濱—石棉220kV線路、洪一—大金坪—石棉220kV線路及其它水電站等工程地質(zhì)報(bào)告中的相關(guān)巖土參數(shù),結(jié)合地區(qū)工程經(jīng)驗(yàn),并通過(guò)恢復(fù)滑坡發(fā)生前的地形及降雨?duì)顟B(tài)進(jìn)行參數(shù)反演,其中反算剖面選取1-1’、2-2’剖面(圖1、圖2),綜合確定滑坡堆積體、原狀碎塊石土層及強(qiáng)風(fēng)化千枚巖等地層抗剪強(qiáng)度參數(shù)取值。通過(guò)以上兩個(gè)剖面恢復(fù)原始地面進(jìn)行反算,假定穩(wěn)定性系數(shù)為0.95~1.0,計(jì)算得出坡體巖土層抗剪強(qiáng)度參數(shù),并綜合其它工程經(jīng)驗(yàn)得出滑坡體各巖土層物理力學(xué)參數(shù)值見(jiàn)表1。3.3滑斜體穩(wěn)定性的計(jì)算對(duì)該滑坡體進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算,分別選取滑坡體未完全垮塌區(qū)和滑坡壁后側(cè)邊坡進(jìn)行計(jì)算,見(jiàn)圖3。3.3.1滑動(dòng)法和折線形滑動(dòng)法計(jì)算由于未完全垮塌體已經(jīng)滑動(dòng),土層較松散,因此首先對(duì)該坡體進(jìn)行定量計(jì)算,并分別采用折線形滑動(dòng)和圓弧滑動(dòng)法兩種方法,計(jì)算成果見(jiàn)表2。由以上計(jì)算結(jié)果看,未完全垮塌區(qū)邊坡在天然狀態(tài)下處于基本穩(wěn)定狀態(tài),但在暴雨期間,尤其是長(zhǎng)期降雨?duì)顟B(tài)下處于極不穩(wěn)定狀態(tài),進(jìn)而滑坡后緣陡壁臨空面將可能繼續(xù)向下深切發(fā)展。3.3.2整體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果滑坡堆積體下部為中密狀碎塊石土,下伏基巖,由于坡體整體較陡,水流滲入下部的可能性較大,上部的垮塌可能帶動(dòng)下部土體的滑動(dòng),因此以下對(duì)該部分邊坡進(jìn)行整體穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算成果見(jiàn)表3。由以上計(jì)算結(jié)果看,滑坡體下部邊坡在天然狀態(tài)下處于穩(wěn)定狀態(tài),在暴雨期間,尤其是長(zhǎng)期降雨?duì)顟B(tài)下處于不穩(wěn)定狀態(tài),可能形成蠕滑狀態(tài),或由淺層垮塌向深部發(fā)展的可能,由計(jì)算簡(jiǎn)圖可知,其后緣拉裂面位于現(xiàn)在滑坡后緣陡壁坡腳處,從而導(dǎo)致滑坡后緣陡壁臨空面繼續(xù)向下深切發(fā)展,進(jìn)而導(dǎo)致后壁邊坡坡腳失去支撐。3.3.3滑壁后期邊坡穩(wěn)定性分析塔位場(chǎng)地的穩(wěn)定性主要受滑坡壁后側(cè)邊坡的安全性制約,也是本次治理設(shè)計(jì)的重點(diǎn)地段,取剖面1-1’中滑壁后側(cè)邊坡分部進(jìn)行穩(wěn)定性核算。采用圓弧滑動(dòng)法進(jìn)行計(jì)算,對(duì)預(yù)測(cè)地面后滑壁后側(cè)邊坡整體穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算,并計(jì)算滑壁坡腳土條塊最大剩余推力,在計(jì)算剩余推力時(shí)取F由以上計(jì)算結(jié)果看,滑壁后側(cè)邊坡在暴雨?duì)顟B(tài)下整體上處于基本穩(wěn)定狀態(tài),其后緣拉裂面可能發(fā)生在塔位后側(cè),滑壁坡腳土條塊剩余推力較大(不考慮前側(cè)土體主動(dòng)土壓力作用),N20號(hào)塔位距離坡頂邊緣約5m,因此,必須對(duì)該邊坡進(jìn)行治理。3.4暴雨工況分析通過(guò)前述章節(jié)對(duì)滑坡體及滑坡壁后側(cè)邊坡進(jìn)行的局部及整體穩(wěn)定性計(jì)算,N20號(hào)塔位滑坡穩(wěn)定性主要受未完全滑塌區(qū)穩(wěn)定性控制,該滑塌體在暴雨工況下將極容易發(fā)生進(jìn)一步滑塌,由于該滑坡為牽引式滑坡,因此將對(duì)滑壁后側(cè)邊坡造成影響。從計(jì)算結(jié)果來(lái)看,(1)未完全垮塌體邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài),在暴雨工況下極有可能繼續(xù)發(fā)生新的滑塌,其后緣拉裂面位于滑壁后緣坡腳處;(2)滑坡體至塔位后側(cè)邊坡在暴雨工況下整體上呈基本穩(wěn)定狀態(tài),滑體剪出面為滑坡體中部基巖出露處,后緣拉裂面處于塔位場(chǎng)地中間;滑壁后側(cè)邊坡現(xiàn)狀為穩(wěn)定狀態(tài),應(yīng)力集中在滑壁坡腳處,在暴雨工況下基本穩(wěn)定,但當(dāng)未完全垮塌體繼續(xù)發(fā)展之后,其穩(wěn)定性急劇降低,其后緣拉裂面在坡頂上側(cè)約3m處。根據(jù)以上分析結(jié)果,本次治理方案將主要致力于穩(wěn)固滑壁后側(cè)邊坡,而未完全滑體邊坡后緣拉裂面為滑壁坡腳處,滑壁后側(cè)邊坡最大應(yīng)力也集中在該地段,同時(shí),該區(qū)土體松散,坡度陡峻,施工難度較大,人為清理也存在公路行人和車輛安全問(wèn)題。因此,我們考慮在滑壁區(qū)范圍內(nèi)采取加固措施。4工程處理設(shè)計(jì)4.1治理目標(biāo)分析針對(duì)N20號(hào)塔位下坡側(cè)滑坡后緣已形成3~5m的滑坡壁,為新的臨空面,滑坡壁下側(cè)未完全垮塌區(qū)穩(wěn)定性極差,當(dāng)該區(qū)進(jìn)一步滑塌之后,臨空面高度將繼續(xù)增大,其后側(cè)陡坡將可能向坡上側(cè)塔位方向發(fā)生新的垮塌,進(jìn)而直接威脅塔位場(chǎng)地,故必須采取相應(yīng)的工程治理措施才能保證塔基的安全。根據(jù)前面章節(jié)邊坡穩(wěn)定性分析表明,控制塔位安全的關(guān)鍵在于滑坡壁與塔腿之間邊坡的穩(wěn)定性。但本次滑坡所形成的滑壁臨空面最大已經(jīng)達(dá)到5m,且當(dāng)未完全滑塌區(qū)堆積體進(jìn)一步垮塌時(shí),該臨空面將繼續(xù)向下深切,從而形成新的后壁高邊坡。因此,本次治理工程目標(biāo)為:假設(shè)未完全垮塌區(qū)已完全滑塌,即不考慮該區(qū)滑坡堆積體對(duì)后側(cè)邊坡的反壓作用,對(duì)新的滑坡壁后側(cè)邊坡進(jìn)行加固治理。治理范圍為垂直滑坡方向向滑坡兩側(cè)邊緣各延伸1m,寬度約30m。本次治理方案最后確定為:(1)在滑坡壁后緣采用錨拉抗滑樁措施,以防止邊坡深層滑移的可能;(2)對(duì)滑壁后緣上部陡坡采用錨桿格構(gòu)梁支護(hù),以防治上部陡坡發(fā)生淺層滑塌的可能;(3)在塔位上坡側(cè)修筑環(huán)形截水溝,以截?cái)嗌掀聜?cè)地表水繼續(xù)向滑坡體內(nèi)沖刷。4.2管理方案的制定4.2.1樁身長(zhǎng)度及錨索布置根據(jù)1-1’剖面圖,滑壁后緣至塔位平臺(tái)的邊坡為1198.5~1210.5m,相對(duì)高差約12m,呈折線形下陡上緩,其中下部陡坡為滑坡壁切割形成,由于未完全垮塌區(qū)堆積層厚度約5m,故可對(duì)該段邊坡按照人工開挖邊坡考慮,坡腳高程1193.5m,最大相對(duì)高差約17m,塔基距離坡頂邊緣約5m。在滑壁后緣沿近等高線方向向滑坡兩側(cè)邊緣共布置抗滑樁7根,自西至東各樁編號(hào)分別為Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6、Z7,其中Z1號(hào)樁長(zhǎng)12m,截面尺寸1.5×1.5m,Z2號(hào)樁長(zhǎng)16m,截面尺寸1.5×1.5m,Z3、Z4、Z5、Z6號(hào)樁長(zhǎng)20m,截面尺寸1.8×2.0m,Z7號(hào)樁長(zhǎng)18m,截面尺寸1.8×2.0m,樁間距4.5m,兩側(cè)間距5m,樁頂高程統(tǒng)一為1202.5m,外露地面(按樁外坡側(cè)起算)1~5m。樁體為矩形,采用C30砼澆筑,樁間采用厚30cm鋼筋混凝土板連接,樁外露地面部分采用0~2束錨索錨固,錨索長(zhǎng)度15~20m,傾角15°,自樁頂以下1m布置,間距3m,每束錨索施加預(yù)應(yīng)力400~550kN。具體設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表5-表7。4.2.2抗滑樁體邊坡支護(hù)措施根據(jù)1-1’剖面圖,滑壁后緣經(jīng)錨拉抗滑樁支護(hù)之后,樁頂高程為1202.5m,至坡頂仍為高8m、坡度45°的陡坡,該邊坡為土質(zhì)邊坡或碎裂巖體邊坡,經(jīng)前面章節(jié)對(duì)該段邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算時(shí),穩(wěn)定性系數(shù)較低,為防止坡體從抗滑樁樁頂以上剪出,考慮對(duì)其進(jìn)行錨桿格構(gòu)梁支護(hù)措施。該邊坡高度8.2m,坡面縱向長(zhǎng)8.8m,坡腳為樁頂平臺(tái),坡面橫向?qū)挾燃s26m,設(shè)置3排16列共46根錨桿,錨桿長(zhǎng)度6m,傾角15°,全長(zhǎng)粘結(jié),錨固土層為稍—中密碎塊石層,坡面鋪設(shè)250mm×250mm格構(gòu)梁,格構(gòu)梁交點(diǎn)為錨桿錨固點(diǎn),格構(gòu)梁嵌入坡面,中間撒種草籽恢復(fù)植被。4.2.3截排水措施設(shè)計(jì)滑坡體塔位正下方,由于原坡面中間有一條隱形沖溝,其上坡側(cè)水流大部分都匯入沖溝內(nèi),滑坡形成的誘發(fā)因素主要為暴雨侵襲,坡面形成匯流沖刷坡面松散土體,同時(shí)水流