某二級(jí)公路段滑坡分析與治理

史建濤 周明芳 謝廷勇

滑坡是發(fā)生頻繁,危害較大的地質(zhì)災(zāi)害之一,一旦發(fā)生,給人民的生命財(cái)產(chǎn)及安全帶來(lái)嚴(yán)重破壞[1]。隨著廣西公路建設(shè)快速發(fā)展,線路在經(jīng)過(guò)山區(qū)和丘陵地帶時(shí),遇到了很多的滑坡問(wèn)題。本文以某二級(jí)公路K56+660～K56+860左側(cè)上邊坡滑坡為工程背景,分析該邊坡的變形破壞機(jī)理,揭示控制邊坡變形的主要因素,提出合理的綜合治理方案。

1 工程概述

該公路由于沿線地形及工程地質(zhì)條件復(fù)雜、多變,路塹邊坡在開(kāi)挖過(guò)程中常出現(xiàn)整體或局部滑坡、崩塌等現(xiàn)象。在K56+660～K56+860段左側(cè)上邊坡,由于組成該邊坡的巖土層結(jié)構(gòu)復(fù)雜,力學(xué)性能差,開(kāi)挖高度較大,形成較大的臨空面,斜坡上出現(xiàn)大量拉張裂縫,邊坡出現(xiàn)整體蠕滑變形現(xiàn)象;并且該邊坡在雨季降雨和地表水大量滲入時(shí),有加速滑移的趨勢(shì)。為防止邊坡失穩(wěn)影響路基施工及運(yùn)營(yíng)安全,需對(duì)該邊坡進(jìn)行治理。

2 工程地質(zhì)情況

2.1 地質(zhì)構(gòu)造

該區(qū)屬云貴高原桂西隆起帶,位于背斜東北翼,為單斜構(gòu)造,巖層走向 NW-SE,傾向 NE,傾角35°～ 52°,與公路左側(cè)邊坡坡向相反。因受斷層活動(dòng)影響,巖層中裂隙較發(fā)育,下伏微風(fēng)化炭質(zhì)泥灰?guī)r裂隙結(jié)構(gòu)面主要有四組,產(chǎn)狀分別為:34°∠52°(層間裂隙),309°∠84°,224°∠74°,164°∠81°,這些裂隙縱橫交錯(cuò),延伸較長(zhǎng),裂隙多被方解石脈充填,使巖石完整性降低。

2.2 巖土體構(gòu)成

根據(jù)規(guī)范[3]按其成分、力學(xué)性質(zhì)可劃分為:種植土(Q4)、含粉土塊石、碎石(Qcel4)、全～強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)泥灰?guī)r(C1)和弱～微風(fēng)化炭質(zhì)泥灰?guī)r(C1)。1)種植土(Q4):呈褐色,以粉土為主,混有碎石、角礫,其含量約為40%～50%,稍濕～濕,松散,含少量植物根系。2)含粉土塊石、碎石(Qcel4):呈褐黃色,為Ⅰ類混合土,以碎石、塊石為主,含量50%～80%,結(jié)構(gòu)松散,稍濕～濕,層厚5.3 m～10.95 m。3)含粉土碎石、角礫(Qcel4):呈褐黃色,為Ⅰ類混合土,以角礫為主,含量61%～85%,結(jié)構(gòu)松散,濕,層厚 4.3 m～10.25 m。4)全～強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)泥灰?guī)r(C1):灰黑色,隱～泥晶質(zhì)、薄層狀,裂隙發(fā)育,巖石多風(fēng)化為土夾石狀,風(fēng)化碎石含量隨深度的增大而增加,近底部以碎塊及碎石為主,該層質(zhì)軟,遇水易崩解軟化,其中頂面0.2 m～0.30 m風(fēng)化黏土為飽和軟塑狀,為滑坡滑動(dòng)帶。層厚0.5 m～6.8 m。5)弱～微風(fēng)化炭質(zhì)泥灰?guī)r(C1):灰黑色,泥晶～隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu),薄～中厚層狀,質(zhì)軟,為易軟化巖石,遇水、暴曬易碎裂,細(xì)裂隙較發(fā)育,少量方解石細(xì)脈充填,巖塊堅(jiān)硬,厚度不詳。

3 滑坡成因分析

1)地形地貌條件:滑坡體基巖面起伏變化形態(tài)基本與地面一致,傾向公路。坡腳開(kāi)挖路塹之后,形成了高約25 m的臨空面,打破斜坡原來(lái)的平衡狀態(tài)。2)地層條件:滑坡體上部巖土體厚度大,力學(xué)強(qiáng)度低,卸荷作用產(chǎn)生的卸荷裂隙使雨水和上部潛水沿裂隙及松散堆積物孔隙下滲,到達(dá)起隔水作用的全～強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)泥灰?guī)r巖層頂面時(shí),使風(fēng)化炭質(zhì)泥灰?guī)r頂面受到軟化作用,大大降低了該層的抗剪強(qiáng)度,造成上部松散堆積物沿該接觸面下滑,導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。3)水文地質(zhì)條件:上部松散堆積物含水、透水性較強(qiáng),地下水運(yùn)動(dòng)速度比較快,其透水系數(shù)K=4.5×10-4cm/s,下部強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)泥灰?guī)r、微風(fēng)化炭質(zhì)泥灰?guī)r節(jié)理裂隙雖較發(fā)育,但多被方解石脈和泥鈣質(zhì)充填,巖溶不發(fā)育,呈弱透水性,其透水系數(shù)K=5.35×10-6cm/s。區(qū)內(nèi)降雨充沛,降雨多集中在夏季,在暴雨或長(zhǎng)時(shí)間降雨期間,地表水沿裂隙下滲到滑床,基巖阻水,浸潤(rùn)滑動(dòng)面,成為誘發(fā)邊坡失穩(wěn)的關(guān)鍵因素。

4 滑坡穩(wěn)定性驗(yàn)算與評(píng)價(jià)

4.1 定性評(píng)價(jià)[2]

該滑坡體厚度為7.3 m～18.9 m,滑坡成因:滑坡體受路塹開(kāi)挖形成臨空面,打破原有的平衡狀態(tài),產(chǎn)生重力式牽引,使滑體產(chǎn)生拉張裂縫。

滑坡體上部松散堆積物透水性較強(qiáng)、力學(xué)強(qiáng)度低,雨水沿裂隙及松散堆積物孔隙下滲,下部基巖透水性差,導(dǎo)致全風(fēng)化炭質(zhì)泥灰?guī)r頂面受到軟化,降低抗剪強(qiáng)度。

綜上原因得知,目前滑坡處于整體蠕滑變形狀態(tài),如邊坡在雨季降雨或地表水大量滲透時(shí),有加速滑移的趨勢(shì)。對(duì)路基施工和斜坡上的高壓塔式電桿會(huì)產(chǎn)生不利的影響。

4.2 定量評(píng)價(jià)

1)根據(jù)上述穩(wěn)定性分析,折線形滑動(dòng)面采用穩(wěn)定性方法計(jì)算,將滑體劃分若干垂直條塊,其公式[3]如下:

其中,Fs為穩(wěn)定系數(shù);Ri為作用于第i塊段的抗滑力,kN/m;Ti為作用于第i塊段滑面上的滑動(dòng)分力,kN/m,出現(xiàn)與滑動(dòng)面方向相反的滑動(dòng)分力時(shí),Ti取負(fù)值;Rn為作用于第n塊段的抗滑力,kN/m;Ψi為第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i+1塊時(shí)的傳遞系數(shù)(j=i);θi為第i塊段滑動(dòng)面與水平面的夾角;Ni為作用于第i塊段的法向分力,kN/m;φi為第i塊段土的內(nèi)摩擦角,;Ci為第 i塊段土的粘聚力,kPa;Li為第 i塊段滑動(dòng)面長(zhǎng)度,m。

2)滲透壓力計(jì)算公式[4]如下:

滲透壓力產(chǎn)生的平行滑面分力:

滲透壓力產(chǎn)生的垂直滑面分力:

其中,γW為水的重度,kN/m3;hWi為第i條塊地下水位,m;Li為第i塊滑面長(zhǎng)度,m;αi為第i條塊滑面傾角,(°);βi為第i條塊地下水流向。

3)地下水位通過(guò)鉆孔揭露地下水位及該地區(qū)地下水位變幅情況確定。

4)地震力計(jì)算。由于滑坡區(qū)地震基本烈度為6度,滑坡防治工程類型為二類,故計(jì)算時(shí)未考慮地震力的影響。

滑坡穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算主要參數(shù)選取:天然狀態(tài)C=16.6 kPa,φ=8.5°,ψ=19.5 kN/m3,飽和狀態(tài) C=14.2 kPa,φ=7.3°,ψ=20.5 kN/m3。經(jīng)計(jì)算,各個(gè)工況的穩(wěn)定系數(shù)見(jiàn)表1。

表1 各個(gè)工況的穩(wěn)定系數(shù)

計(jì)算結(jié)果表明,該滑坡在天然狀態(tài)下,各剖面的穩(wěn)定系數(shù)大于1,小于安全系數(shù),在飽水狀態(tài)下,各剖面穩(wěn)定系數(shù)小于1,處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

5 滑坡治理方案設(shè)計(jì)

根據(jù)該公路滑坡特征和穩(wěn)定性現(xiàn)狀,建議選擇施工簡(jiǎn)單、成本較低的抗滑錨拉樁作為支擋結(jié)構(gòu),輔以夯填裂縫和地表排水工程,具體措施如下:1)由于滑坡目前穩(wěn)定性較差,抗滑樁的施工會(huì)破壞邊坡目前暫時(shí)的穩(wěn)定狀態(tài),甚至?xí)铀倩禄?影響路基和抗滑樁施工安全,施工前必須先在滑坡前緣堆載壓腳,使滑坡處于暫時(shí)相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài),同時(shí)夯填滑坡體上裂縫,避免雨水和地表水直接滲入滑體。待后期抗滑樁及錨索施工完畢,養(yǎng)護(hù)期時(shí)進(jìn)行了張拉鎖定,支擋結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)要求后,再清除壓腳部位土體。2)在滑體前緣修筑施工平臺(tái),并在平臺(tái)上施工人工挖孔樁,樁頂設(shè)鎖口梁,加固范圍主要在 K56+700～K56+785范圍內(nèi),抗滑樁排宜布置在公路左側(cè)距中軸線17 m的坡面上,樁排應(yīng)與主滑方向垂直,并在抗滑樁上增加1束～2束預(yù)應(yīng)力錨索,形成樁—錨聯(lián)合支擋結(jié)構(gòu),改變抗滑樁的受力結(jié)構(gòu),使懸臂樁變成近似的簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu),增強(qiáng)加固效果。3)在滑坡周界處修筑截水溝,防止外圍地表水滲入滑坡;在滑體上修筑排水溝,與外圍排水溝連成完善的排水系統(tǒng),將滑體上的地表水排出滑體外。4)樁頂以上邊坡采用放坡1∶1.25后,采用骨架植草護(hù)坡。

6 結(jié)語(yǔ)

該滑體目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài),但是如發(fā)生強(qiáng)降雨滑坡就會(huì)失穩(wěn)下滑。建議K56+700～K56+795路段滑坡采用抗滑樁作為支擋結(jié)構(gòu),抗滑樁之間增加預(yù)應(yīng)力錨索,輔以夯填裂縫和地表排水工程綜合整治[5]。為避免抗滑樁施工時(shí)過(guò)量減載,引起邊坡滑移,施工前應(yīng)采取加載壓腳,抗滑樁開(kāi)挖時(shí)應(yīng)采用隔孔跳躍式施工。在邊坡加固工程施工期間及完工后1年內(nèi),在斜坡上設(shè)置簡(jiǎn)易、實(shí)用的變形監(jiān)測(cè)裝置,進(jìn)行定期監(jiān)測(cè),以掌握滑坡滑移變形趨勢(shì)和工程加固效果。

[1] 秦海燕,宋幫平.抗滑樁在某滑坡治理中的應(yīng)用[J].西部探礦工程,2006(9):276-278.

[2] 黃潤(rùn)秋.20世紀(jì)以來(lái)中國(guó)的大型滑坡及其發(fā)生機(jī)制[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2007(3):433-454.

[3] GB 50021-2001,巖土工程勘察規(guī)范[S].

[4] DZ/T 0218-2006,滑坡防治工程勘察規(guī)范[S].

[5] 王恭先.滑坡防治中的關(guān)鍵技術(shù)及其處理方法[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2005(11):3818-3827.

[6] 宋志偉.高速公路高填方路基邊坡滑坡的鑒定與治理[J].山西建筑,2009,35(2):271-272.