閩南某高速公路滑坡治理方案設(shè)計(jì)與比選

■楊為品

(福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，福州 350004)

0 引言

近年來隨著我國交通基礎(chǔ)建設(shè)的廣泛開展，公路交通網(wǎng)日趨完善，特別在丘陵和山區(qū)建設(shè)中，涉及的邊坡工程中的滑坡日益增多。對(duì)于工程技術(shù)人員，滑坡治理設(shè)計(jì)方案如何選擇顯得尤為重要。

1 滑坡區(qū)工程地質(zhì)、水文地質(zhì)

福建泉州地區(qū)某高速公路邊坡原設(shè)計(jì)為三階，邊坡坡率均為1∶1.25，采用路塹拱型骨架植草灌防護(hù)。受“莫蘭蒂”、“鲇魚”等超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)帶來的連續(xù)強(qiáng)降雨影響，最終失穩(wěn)形成滑坡，如圖1所示。

圖1 滑坡體

1.1 工程地質(zhì)條件

該滑坡位于閩南丘陵地區(qū)，局部為低山地貌，地形上由山嶺、河谷、臺(tái)地組成，滑坡產(chǎn)生地段坡形起伏變化總體坡向 60～70°，坡體地形起伏較大，坡度 20～35°，場區(qū)未見有斷裂構(gòu)造帶發(fā)育?；聟^(qū)地層主要為侏羅系南園組(J3n)凝灰熔巖。表層由坡殘積土組成，厚度約9.0～17.0m，呈稍濕、可塑狀態(tài)。坡面可見大量孤滾石分布，塊徑以0.5～2.0 m為主，部分達(dá)5.0～8.0 m，呈次圓形；其下分別為全風(fēng)化-砂土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖、中-微風(fēng)化風(fēng)化凝灰熔巖。

1.2 水文地質(zhì)條件

滑坡體未見地表水流，多處見積水分布。積水處為滑坡鼓丘形成封閉洼地，地下水滲出補(bǔ)給形成積水，坡體滲水總流量約25m3/d。該坡體所屬山脈近南北走向，植被發(fā)育，匯水面積較大。滑坡區(qū)的地下水類型為風(fēng)化帶孔隙裂隙水，地下水賦存于基巖風(fēng)化帶的孔隙裂隙中，自西向東排泄。地下水的補(bǔ)給來源主要為大氣降水，調(diào)查期間見有地下水沿巖土層層面滲出。

2 滑坡概況及機(jī)理分析

2.1 滑坡概況

目前滑坡前緣為大量堆積體，滑坡以土質(zhì)(崩坡積粉質(zhì)粘土、殘積砂質(zhì)粘性土及全風(fēng)化凝灰熔巖)為主，夾雜大量孤石，前緣滑坡周界明顯，滑坡后緣錯(cuò)臺(tái)高約3～4 m，坡腳滲水，坡體前緣松散，坡腳可見多組不利結(jié)構(gòu)面(33°∠80°、46°∠72°、345°∠26°、357°∠38°)，剪出口明顯。坡頂電桿疑似傾斜，后山坡面分布較多臺(tái)階狀小陡坎，同時(shí)分布大量孤滾石，坡殘積及全風(fēng)化層均為高液限土。推測深層滑體最大厚度約17.4m，坡度約10～20°，滑向60～70°，滑坡總體方量約為88000m3。滑坡平面上總體呈不規(guī)則的圓椅形，剖面呈不規(guī)則弧型，該滑區(qū)現(xiàn)狀臨界穩(wěn)定，滑坡主軸方向約60°，主軸長約176m。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告及現(xiàn)場踏勘，推測潛在滑動(dòng)區(qū)為沿下伏強(qiáng)風(fēng)化巖層滑動(dòng)，滑坡病害主要表現(xiàn)在前緣，如不及時(shí)進(jìn)行治理，具備向后牽引發(fā)展成更大規(guī)?；碌奈镔|(zhì)條件。為及時(shí)跟蹤滑坡變形情況同時(shí)為后期治理提供可靠資料，布置了10個(gè)深孔位移監(jiān)測孔(JC1～JC10)，如圖2所示。

圖2 滑坡平面

2.2 滑坡破壞模式

滑坡區(qū)為丘陵低山地貌，為順坡向地層，高差較大，坡體表層孤滾石發(fā)育，地層成分復(fù)雜，且坡殘積粘性土層-全、強(qiáng)風(fēng)化土層均為高液限土層，在飽水后軟化嚴(yán)重，土體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度低，極易形成貫通的軟弱滑動(dòng)帶；深層上坡體土巖交界明顯且存在陡傾巖面，在降雨等不利工況下，容易在土巖交界發(fā)生蠕滑變形，從而后緣形成張拉裂縫形成滑坡。

該滑坡按滑體厚度和滑體體積劃分屬于中層滑坡和中型滑坡，按運(yùn)動(dòng)形式屬于牽引式滑坡。

2.3 滑坡影響因素

根據(jù)勘察報(bào)告及現(xiàn)場踏勘綜合分析，滑坡病害系多種因素共同作用造成的，主要有以下幾方面：

(1)滑坡體主要由殘坡積粘性土層與全風(fēng)化巖組成，夾大量孤滾石，土體成分復(fù)雜，極易產(chǎn)生層間和軟弱結(jié)構(gòu)面，天然狀況下巖土體的穩(wěn)定平衡條件較差。

(2)本場地范圍內(nèi)土層(殘坡積粘性土層-全、強(qiáng)風(fēng)化土層)均為高液限土，飽水易軟化從而形成滑塌，坡體開挖后受大氣環(huán)境干濕交替作用出現(xiàn)崩解。坡面表部巖土體結(jié)構(gòu)松散，雨水的入滲補(bǔ)給，進(jìn)一步降低了巖土體的強(qiáng)度。

(3)該滑區(qū)坡體水位埋藏淺(約2.3～9.3m)導(dǎo)致坡體表層殘積粘性土及全風(fēng)化土層長期處于飽水狀態(tài)，巖土結(jié)構(gòu)軟化嚴(yán)重，土體內(nèi)易形成軟弱帶。

(4)降雨是觸發(fā)和形成滑坡的主要因素。由于坡面排水條件不良，長時(shí)間的降雨，一方面對(duì)斜坡巖土體進(jìn)行沖刷和軟化，另一方面補(bǔ)給地下水，使其水位迅速升高，造成巖土體長期處于飽和軟化狀態(tài)，導(dǎo)致巖土體重度增加，抗剪強(qiáng)度降低，最終導(dǎo)致滑動(dòng)面形成。

(5)場地原始地形較為平緩，施工開挖造成的邊坡坡率較陡，其坡角大于等于巖土層不利結(jié)構(gòu)面傾角，在坡腳處形成了較陡的臨空面。

3 滑坡穩(wěn)定性分析

3.1 滑動(dòng)面確定

根據(jù)深孔(JC1～JC10)位移監(jiān)測報(bào)告以及地質(zhì)勘察報(bào)告，推測潛在滑動(dòng)區(qū)為沿下伏強(qiáng)風(fēng)化巖層滑動(dòng)，滑體巖性主要為崩坡殘積粘性土層，夾大量孤石及全風(fēng)化巖，滑床巖性為強(qiáng)風(fēng)化巖。推測滑坡潛在變形范圍：沿線路寬度約110m，垂直線路方向長度約176m，潛在滑動(dòng)面為砂土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖頂界，平均深度約21m，設(shè)防滑動(dòng)面為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖頂界。

3.2 計(jì)算參數(shù)選取及穩(wěn)定性計(jì)算分析

結(jié)合地質(zhì)勘察資料，以滑坡體所處的臨界穩(wěn)定狀態(tài)安全系數(shù)Fs約為1.0來反算巖土體力學(xué)參數(shù)，詳見表1。選取典型斷面BK0+460斷面進(jìn)行臨界狀態(tài)穩(wěn)定性分析，計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

表1 巖土體力學(xué)參數(shù)表

圖3 加固前安全系數(shù)

4 滑坡治理方案設(shè)計(jì)與比選

結(jié)合以上分析，該滑坡治理設(shè)計(jì)過程中須注意下幾點(diǎn)：

(1)滑坡體表層為高液限土，具有滲透性低、細(xì)顆粒含量高、膨脹性高、浸水強(qiáng)度低、水穩(wěn)性差等工程特性，導(dǎo)致路塹高液限土邊坡不論邊坡高低均容易產(chǎn)生溜塌、沖蝕等病害，同時(shí)滑坡坡腳長期滲水、地下水豐富，因此應(yīng)盡可能減小坡體開挖面減緩邊坡坡率，加強(qiáng)截排水措施。

(2)滑坡后山較高且存在多道平臺(tái)，分布孤滾石，存在崩坡積跡象，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意減少邊坡高度，避免對(duì)后山的擾動(dòng)。

(3)上陡下緩的陡傾巖面，在不利工況下極有可能發(fā)生深層滑動(dòng)的可能，設(shè)計(jì)時(shí)除了對(duì)潛在滑動(dòng)面的邊坡穩(wěn)定進(jìn)行把控外，更應(yīng)當(dāng)注意深層設(shè)防滑動(dòng)面邊坡穩(wěn)定的計(jì)算分析。

下文提供兩個(gè)治理方案以供比選。

4.1 方案一：雙排椅式剛架抗滑樁+支擋工程

(1)滑坡體第一階雙排椅式剛架抗滑樁段落樁前設(shè)置1∶0.5坡率C15片石砼護(hù)面墻，滑坡體兩側(cè)無抗滑段落設(shè)置1∶0.5坡率C15片石砼擋墻。

(2)滑坡體第一階平臺(tái)布置雙排椅式剛架抗滑樁，外樁高出路面8m，排樁間距6～7m(其中滑坡主滑方向滑坡推力較大段落樁間距6m，滑坡兩側(cè)推力較小段落樁間距7m)。外樁與內(nèi)樁凈距5m并采用截面尺寸為2.2m×2.2m連系梁進(jìn)行連接。平臺(tái)以下部分抗滑樁采用直徑為2.2m圓樁，平臺(tái)以上靠山側(cè)抗滑樁為高6m截面尺寸2.2m×2.2m的方樁。整體樁型呈“h”狀，采用C30砼現(xiàn)澆，樁間土采用0.44m厚C30鋼筋砼板防護(hù)。

(3)因樁板后為高液限土，泡水后強(qiáng)度驟降，板后排水顯得尤為重要，故樁板后按回填砂礫兼做排水通道，并在坡體兩側(cè)設(shè)置出水口。

(4)第一階坡腳以及樁間板位置均設(shè)置仰斜式排水平孔，長分別為25m、15m(排水平孔原則上應(yīng)伸入滑動(dòng)面富水層)，排水平孔間距均為5m。滑坡外緣設(shè)置環(huán)向截水溝，截排后山雨水。樁后土體坡面原裂縫平整夯填封閉后采用拱型骨架植草灌進(jìn)行綠化。

(5)典型斷面BK0+460加固后沿潛在滑動(dòng)面滑動(dòng)的邊坡安全系數(shù)為1.224，沿深層設(shè)防滑動(dòng)面滑動(dòng)的邊坡安全系數(shù)為1.213，如圖4～5所示。方案一典型斷面設(shè)計(jì)示意圖如圖6所示。

4.2 方案二：分級(jí)刷坡+錨索抗滑樁+支擋工程

(1)從第一階到第六階坡面分別按 1∶0.5、1∶1.5、1∶1.5、1∶1.5、1∶1.5、1∶1.5 進(jìn)行分級(jí)刷坡。 考慮滑坡表層土為高液限土，泡水極易失穩(wěn)，每級(jí)邊坡高度按6m設(shè)置，同時(shí)結(jié)合地面線情況酌情設(shè)置寬平臺(tái)，以刷除前緣溜塌松散的滑坡體。

(2)第一階設(shè)置1：0.5坡率C15片石砼擋墻，因坡腳泡水導(dǎo)致?lián)鯄A(chǔ)承載力不滿足設(shè)計(jì)要求，考慮基底換填碎石墊層。

圖4 方案一 加固后沿潛在滑動(dòng)面邊坡安全系數(shù).

圖5 方案一 加固后沿設(shè)防滑動(dòng)面邊坡安全系數(shù)

圖6 方案一 典型斷面設(shè)計(jì)示意圖

圖7 方案二 加固后沿潛在滑動(dòng)面邊坡安全系數(shù)

圖8 方案二 加固后沿設(shè)防滑動(dòng)面邊坡安全系數(shù)

圖9 方案二 典型斷面設(shè)計(jì)示意圖

(3)因滑坡前緣覆蓋層厚，無穩(wěn)定地層，若抗滑樁往前緣布置，勢必帶來樁長的加長、樁截面的加大和樁頭的超長錨索，經(jīng)濟(jì)極不合理，故考慮第三階平臺(tái)布置錨索抗滑樁，樁截面尺寸2m×2.5m～2m×3m(其中滑坡主滑方向滑坡推力較大段落樁截面尺寸2m×3m，滑坡兩側(cè)推力較小段落截面尺寸2m×2.5m)，樁間距6m。

(4)抗滑樁樁頭露出平臺(tái)2m，樁頭采用3孔預(yù)應(yīng)力錨索，預(yù)應(yīng)力錨索鉆孔孔徑Φ150mm，6束鋼絞線錨索，錨索設(shè)計(jì)拉力700kN，樁頭錨索錨固段進(jìn)入中-微風(fēng)化凝灰熔巖不小于10m，樁身采用C30鋼筋砼澆筑，樁底嵌固段進(jìn)入中-微風(fēng)化凝灰熔巖層不小于8m。

(5)樁頂坡面設(shè)置4孔8m×6m預(yù)應(yīng)力錨索框架，錨索鉆孔孔徑Φ150mm，6束鋼絞線錨索，錨索設(shè)計(jì)拉力700kN。

(6)第一階坡腳設(shè)置仰斜式排水平孔，排水平孔長度25m，間距5m。第二階坡面設(shè)置支撐滲溝，滲溝寬度2m，間距6m?；峦饩壴O(shè)置環(huán)向截水溝，截排后山雨水。其余坡面均采用拱型骨架植草灌進(jìn)行綠化。

(7)典型斷面BK0+460加固后沿潛在滑動(dòng)面滑動(dòng)的邊坡安全系數(shù)為1.218，沿深層設(shè)防滑動(dòng)面滑動(dòng)的邊坡安全系數(shù)為1.208，如圖7～8所示。方案二典型斷面設(shè)計(jì)示意圖如圖9所示。

4.3 方案比選

(1)方案一具有造價(jià)較低，無需額外征地，可以立即組織進(jìn)行防護(hù)工程施工，雙排椅式剛架抗滑圓樁機(jī)械成孔工藝簡單安全等優(yōu)點(diǎn)；但須待雙排抗滑樁施做完成后方可移除樁前土體，進(jìn)行路面施工，綜合工期較長。

(2)方案二的優(yōu)點(diǎn)是可以刷除前緣松散滑坡體，坡腳擋墻與錨索抗滑樁可同時(shí)施工，并可及時(shí)進(jìn)行路面鋪設(shè)，加快施工進(jìn)度，綜合工期較短。缺點(diǎn)是造價(jià)較高，刷方量較大，征地面積較大，需要補(bǔ)征棄土場；滑坡體上進(jìn)行人工挖孔樁施工風(fēng)險(xiǎn)較大；同時(shí)因坡體孤石、風(fēng)化巖核較多，錨索施工難度大，錨固工程質(zhì)量較難保證；考慮滑坡體表層為高液限土，遇水易發(fā)生失穩(wěn)破壞，分級(jí)刷坡若不及時(shí)防護(hù)暴雨等不利工況下極有可能出現(xiàn)溜塌導(dǎo)致滑坡裂縫往后牽引，從而引發(fā)更大規(guī)模的滑坡。

圖10 治理后滑坡現(xiàn)狀

綜合考慮安全、造價(jià)、工期等因素，經(jīng)專家論證，最終推薦方案一作為治理方案，為加快施工進(jìn)度，抗滑樁采用旋挖機(jī)械成孔，縮短了工期保證了安全，最終順利完成了該滑坡的治理，如圖10所示。

5 結(jié)語

目前，該高速公路已通車，根據(jù)后期深孔位移監(jiān)測報(bào)告，滑坡體位移日漸收斂并趨于穩(wěn)定。作為滑坡治理設(shè)計(jì)人員，須加強(qiáng)現(xiàn)場踏勘同時(shí)密切結(jié)合地質(zhì)報(bào)告及監(jiān)測資料，對(duì)滑坡的滑動(dòng)機(jī)理、影響因素、破壞模式、滑動(dòng)面確定等設(shè)計(jì)要點(diǎn)加強(qiáng)把控，進(jìn)行方案比選分析，使設(shè)計(jì)方案更加安全、經(jīng)濟(jì)、合理。