京新高速公路K145滑坡成因分析及綜合治理

滿高峰 潘智鋒

(中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100088)

1 工程概況

京新高速公路集寧至呼和浩特段K145里程段位于內(nèi)蒙古烏蘭察布市卓資縣境內(nèi)，屬低山丘陵地貌，微地貌為山前緩坡臺(tái)地，線路從山前緩坡臺(tái)地中前部以挖方形式穿過，最大坡高約20 m。2013年5月，右側(cè)路塹邊坡在開挖過程中相繼出現(xiàn)兩處滑坡災(zāi)害，邊坡后緣出現(xiàn)約150 m長縱向拉張裂縫。為防止滑坡繼續(xù)發(fā)展，暫停了路槽土石方開挖并對坡腳堆載反壓，反壓后坡體基本穩(wěn)定。7月初，受當(dāng)?shù)爻掷m(xù)強(qiáng)降雨的影響，滑坡發(fā)生新的變形，圈椅狀滑坡后緣下挫1 m，二級邊坡坡腳處隆起，出現(xiàn)新的剪出口，后因持續(xù)降雨，滑坡持續(xù)緩慢蠕動(dòng)。隨后針對滑坡現(xiàn)狀進(jìn)行了全面調(diào)查分析，設(shè)計(jì)提出了一套快速有效的綜合治理方案并及時(shí)進(jìn)行實(shí)施，保證了工期和順利通車。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 滑坡特征

K145里程在500 m范圍出現(xiàn)兩處滑坡，小里程段滑坡為小型牽引式巖質(zhì)滑坡，沿主滑方向長約20 m～30 m，后緣形成高約2 m近直立陡坎，滑坡體主滑方向方位角約SW268°，前后緣最大高差約16 m，滑坡體體積約8萬m3;大里程段滑坡中型牽引式巖質(zhì)滑坡，沿主滑方向長約40 m～50 m，后緣形成高約3 m近直立陡坎，滑坡體主滑方向方位角約NW274°，前緣剪出口、滑坡側(cè)界羽狀錯(cuò)動(dòng)裂縫明顯，周界清晰，前后緣最大高差約19 m，滑坡體體積約12萬m3。兩段滑坡周界均呈“簸箕狀”，后緣繼續(xù)向后牽引，拉張裂縫發(fā)育。

2.2 地層巖性

由于滑坡體特殊的地層結(jié)構(gòu)，透水性差的泥巖夾層較易成為滑坡體滑帶，形成滑坡，通過路槽開挖面可見第一層滑面位于設(shè)計(jì)路塹邊坡坡腳以上0.5 m～1 m處，深部地層(滑床)主要為下第三系全～強(qiáng)風(fēng)化砂巖及全～強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖，泥巖夾層呈不規(guī)律分布，上部段少量為含礫粉質(zhì)黏土;路槽開挖面揭露全風(fēng)化砂巖、全風(fēng)化砂礫巖呈碎塊狀，部分呈砂礫狀或土狀，強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖多呈碎塊狀，巖質(zhì)軟，巖體破碎，局部較完整。

3 滑坡成因分析

滑坡的形成是多種因素共同作用的結(jié)果，通過調(diào)查分析，K145滑坡發(fā)生的原因可歸納為以下幾點(diǎn):

1)K145滑坡位于山前緩坡地帶，坡頂為寬緩坡地，坡頂以下自然坡度變陡，兩側(cè)為深大溝谷，平面上呈“簸箕狀”，具備發(fā)生滑坡的地形條件。

2)邊坡表層主要由第四系殘坡積物，全風(fēng)化砂巖、砂礫巖夾薄層泥巖等組成，礫巖裂隙發(fā)育，透水性好;而泥巖為隔水層，故易在砂礫巖與泥巖接觸面形成飽水帶，軟化泥巖降低其抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，形成薄弱面，為滑坡形成發(fā)展提供了天然條件。

3)路塹邊坡開挖后，在坡前形成高陡臨空面，破壞了坡體的原有平衡條件，解除了邊坡前緣的支撐力，致使坡體應(yīng)力松弛，坡頂卸荷裂縫張開，雨水灌入，降低了邊坡的整體穩(wěn)定性。

4)坡頂?shù)匦纹骄彛乇硭判共粫?，加之地層?jié)理裂隙發(fā)育，透水性好;雨季來臨時(shí)，大量地表水下灌，坡體自重增加，坡體的抗剪強(qiáng)度弱化，致使坡體的穩(wěn)定性大大降低。

以上多種因素的共同作用導(dǎo)致了K145滑坡發(fā)生滑動(dòng)，滑坡后緣拉張裂縫在持續(xù)發(fā)展，并不斷向后牽引，致使滑坡規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大，最終形成大型牽引式巖質(zhì)滑坡。

4 滑坡穩(wěn)定性評價(jià)

采用基于極限平衡理論的傳遞系數(shù)法對自然工況、暴雨工況及地震工況等三種狀態(tài)下的滑坡的穩(wěn)定性分別進(jìn)行評價(jià)計(jì)算。計(jì)算首先應(yīng)確定巖土體重度γ、粘聚力c和滑動(dòng)面(帶)內(nèi)摩擦角φ三個(gè)主要計(jì)算參數(shù)。巖土體重度γ結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)等相關(guān)資料綜合選取:天然重度γ取19.0 kN/m3、飽和重度取20.0 kN/m3。對滑動(dòng)面的粘聚力c，可根據(jù)滑坡的地質(zhì)環(huán)境條件，根據(jù)室內(nèi)巖土試驗(yàn)指標(biāo)及經(jīng)驗(yàn)值選取;內(nèi)摩擦角φ可根據(jù)滑坡的性質(zhì)、目前所處的穩(wěn)定狀態(tài)(蠕動(dòng)變形階段)及其環(huán)境變化因素，判斷其穩(wěn)定度，給定c值，反算滑動(dòng)面(帶)內(nèi)摩擦角φ。在計(jì)算該滑坡剩余下滑力時(shí)，滑面粘聚力c取為10 kPa，滑坡目前的穩(wěn)定系數(shù)取0.99，反算內(nèi)摩擦角φ值，綜合反算的φ值為7.68°。參考滑動(dòng)面(帶)的飽水狀態(tài)、巖土室內(nèi)試驗(yàn)指標(biāo)及類似工程實(shí)例的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，綜合確定滑動(dòng)面天然狀態(tài)下的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)為c=10 kPa，φ=7.5°。

通過多個(gè)斷面的計(jì)算，滑坡在天然狀態(tài)下的穩(wěn)定系數(shù)為FS=1.01～1.03，處于極限平衡狀態(tài);在暴雨工況下的穩(wěn)定系數(shù)FS=0.97～1.02，滑坡處于不穩(wěn)定～極限平衡狀態(tài);地震狀態(tài)下邊坡穩(wěn)定系數(shù)FS=0.94～0.98，滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

5 滑坡綜合治理

通過前述滑坡穩(wěn)定性評價(jià)計(jì)算結(jié)果可知，滑坡在天然狀態(tài)下處于極限平衡狀態(tài)，在暴雨工況下則處于不穩(wěn)定狀態(tài)或者極限平衡狀態(tài)，因此，為保證邊坡及工程施工安全，對滑坡進(jìn)行永久加固前應(yīng)進(jìn)行臨時(shí)搶險(xiǎn)處理。具體采取的臨時(shí)搶險(xiǎn)措施有:1)挖通并砌筑坡頂及坡面截、排水溝;2)用黏土或三七灰土夯填地表裂縫;3)施工期間對滑坡前緣堆載預(yù)壓;4)滑坡變形明顯位置打設(shè)臨時(shí)錨桿;5)在滑體上布設(shè)變形監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控滑坡發(fā)展。做好臨時(shí)搶險(xiǎn)措施后，采用多種措施相結(jié)合的綜合治理方法對滑坡進(jìn)行永久性加固，具體工程措施布置見圖1。

首先對上部邊坡進(jìn)行刷方卸載，單級坡高6 m，一級坡坡比為1∶1，二、三級坡坡比為1∶1.5 ～1∶2，各級邊坡間留出 3 m ～16 m寬平臺(tái)?；鷧^(qū)虧坡部分采用三七灰土夯填，以保證坡面平整、密實(shí)，與兩端坡體連接處平順過渡。刷坡應(yīng)分段進(jìn)行，并及時(shí)采取以下措施進(jìn)行永久加固:

1)一、二級邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨索地梁加固，地梁間采用M10漿砌片石護(hù)面墻封閉，防止雨水沖刷和下滲。2)一級邊坡平臺(tái)寬3 m，在平臺(tái)上按縱向間距3.0 m、橫向0.7 m布置三排12 m長微型樁，每根微型樁由3根Ф25鋼筋平行并對稱焊接在1根φ50鋼管上而成，樁頂采用鋼筋混凝土澆筑成一個(gè)頂板承臺(tái)，將微型樁連接形成整體，增強(qiáng)其抗滑能力。其余邊坡平臺(tái)采用M10漿砌片石封閉。3)在距離一級邊坡坡腳1 m高位置按間距6 m布設(shè)一排仰斜式排水孔，及時(shí)排出坡體內(nèi)地下水。

圖1 滑坡綜合治理措施布置剖面圖

同樣采用極限平衡理論的傳遞系數(shù)法對布設(shè)了加固措施的滑坡斷面進(jìn)行了穩(wěn)定性計(jì)算分析，三種不同工況下的穩(wěn)定性系數(shù)都提高到規(guī)范要求以上，使工后邊坡能夠滿足長期穩(wěn)定的目的。通過為期兩個(gè)月的滑坡治理施工后，數(shù)個(gè)月的變形觀測數(shù)據(jù)顯示邊坡目前處于穩(wěn)定狀態(tài)，治理效果良好。

6 結(jié)語

京新高速公路K145滑坡由兩個(gè)相鄰的小～中型牽引式滑坡組成，滑坡的發(fā)生是地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造以及氣象、水文等多因素共同作用的結(jié)果。結(jié)合滑坡的成因、規(guī)模及工期要求等，制定了應(yīng)急搶險(xiǎn)與永久加固相結(jié)合的綜合治理方案，通過工后邊坡變形動(dòng)態(tài)監(jiān)測結(jié)果，證明工程治理措施有效，保證了公路的正常通車運(yùn)營。

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