路塹高邊坡穩(wěn)定性實(shí)例分析及治理

葉銀英

(廣東省長(zhǎng)大公路工程有限公司，廣東廣州 511431)

1 工程概況

深圳市沙荷路惠鹽立交B匝道邊坡位于惠鹽路西側(cè)、沙荷路北側(cè)，設(shè)計(jì)行車方向?yàn)榛蓰}路由北向南通過B匝道右轉(zhuǎn)進(jìn)入沙荷路以西，設(shè)計(jì)全長(zhǎng)480 m，線形以下坡為主，匝道最低點(diǎn)與原惠鹽路高差約8.6 m。

原惠鹽路已有人工開挖邊坡，高約27～41 m，坡面采用噴錨防護(hù)(惠州側(cè))和漿砌片石護(hù)面墻(鹽田側(cè))，B匝道需向山側(cè)繼續(xù)開挖。該匝道所在山體沿線共有4個(gè)高壓線塔，其中位于B匝道里程BK0+140山頭有市供電局3個(gè)高壓鐵塔，位于BK0+280山頭有一組500 kV高壓鐵塔。鐵塔距原惠鹽路人工邊坡開挖邊界水平距離分別為41.2，77.5 m。在高壓鐵塔以外5～15 m有一道LNG高壓燃?xì)夤芎鸵坏朗凸埽瑑傻拦芫€總體與線路近于平行。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

該邊坡地貌為丘陵，山脊走向與線路近于平行，接近南北走向，傾向東，自然山坡上緩下陡，上部坡度約為15°～20°，下部坡度約為30°，山頂平緩，植被茂盛。

2.2 地層巖性

表層為第四系人工填土、坡積層，下伏基巖為石炭系下統(tǒng)粉砂巖，具體如下:

人工填土(Qml)①:屬素填土，褐灰、褐黃等色，主要由黏性土混約30%碎石及混凝土塊等組成，系邊坡?lián)岆U(xiǎn)治理反壓坡腳堆填形成，呈松散狀態(tài)，局部稍密。

第四系坡積(Qdl)含碎石粉質(zhì)黏土②:褐黃、褐紅色，含約10% ～30%的碎石，碎石成分為粉砂巖，粒徑2～8 cm，大者約25～50 cm，呈次棱角形，稍濕，硬塑狀態(tài)，主要為表層土，平均厚度1.0 m。

石炭系下統(tǒng)(C1)粉砂巖:褐灰～青灰色，風(fēng)化后呈褐黃、褐紅、灰黃等色，碎屑物成分以石英、長(zhǎng)石為主，膠結(jié)物為泥質(zhì)、鈣質(zhì)，細(xì)粒粉砂結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，受區(qū)域構(gòu)造影響，具有不同程度的硅化、片理化及蝕變現(xiàn)象。分全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化3個(gè)風(fēng)化帶。

全風(fēng)化粉砂巖③:褐紅、灰黃、褐灰色，絕大部分礦物已風(fēng)化變質(zhì)，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖塊用手易捏碎，局部夾強(qiáng)風(fēng)化巖塊，巖芯呈土狀。

強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖④:灰黃、褐灰色，大部分礦物已風(fēng)化變質(zhì)，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖塊用手易折斷，巖芯呈土夾碎塊狀，碎塊含量約10% ～30%，遇多層中風(fēng)化粉砂巖夾層，夾層厚度0.2～1.1 m。場(chǎng)地在進(jìn)行錨索施工時(shí)遇有中風(fēng)化夾層厚度在1.0 m以上，場(chǎng)地自南往北中風(fēng)化夾層逐漸增多、增大。

中風(fēng)化粉砂巖⑤:灰、淺灰色，部分礦物已風(fēng)化變質(zhì)，節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙面浸染暗色鐵質(zhì)氧化物，巖塊用手難以折斷，用鎬難掘進(jìn)，合金鉆具可鉆進(jìn)，巖芯呈塊狀、碎塊狀及短柱狀。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

該邊坡基巖層面產(chǎn)狀為270°～310°∠30°～60°，由于邊坡坡面傾向82°，故巖層層面與坡向反傾，受當(dāng)?shù)囟嗥诘刭|(zhì)構(gòu)造影響，該邊坡風(fēng)化裂隙極發(fā)育，有多組對(duì)邊坡穩(wěn)定不利的結(jié)構(gòu)面，由于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，巖層層面產(chǎn)狀紊亂不明，坡體內(nèi)結(jié)構(gòu)面極發(fā)育，巖體破碎。

2.4 地下水

本邊坡地下水屬基巖裂隙水，主要賦存于下伏石炭系下統(tǒng)粉砂巖各風(fēng)化帶中，主要受大氣降水補(bǔ)給，其貯存、滲流、排泄均受節(jié)理裂隙的控制和影響。地下水較豐富，在1級(jí)邊坡BK0+240—BK0+300范圍排水孔有水流出，部分勘察鉆孔和3級(jí)邊坡錨索施工也揭露出地下水。

3 邊坡變形破壞歷史

2010年11月上旬，在邊坡開挖到路基時(shí)，1級(jí)邊坡在BK0+300附近最上一排錨索有12個(gè)錨頭崩脫，坡面有少量土體崩塌。2010年12月下旬至2011年1月上旬，在進(jìn)行路基換填開挖時(shí)，1級(jí)邊坡正在進(jìn)行錨索鉆孔施工，框架梁未施工、錨索未張拉前，1級(jí)、2級(jí)坡在BK0+300附近又有16個(gè)錨頭崩脫。1級(jí)坡面土體有裂縫，有少量土體崩落，坡面土體潮濕，排水孔出水較多。到反壓回填前共有28個(gè)錨頭滑脫。2011年1月5日，發(fā)現(xiàn)截水溝有變形裂縫，1月6日發(fā)現(xiàn)地表有多條大裂縫，最后一條大裂縫在鐵塔向邊坡一側(cè)9 m處，同時(shí)在鐵塔基礎(chǔ)范圍內(nèi)中間位置也發(fā)現(xiàn)了一條較小的裂縫，裂縫走向與線路近于平行。

4 滑坡要素及規(guī)模

1)滑坡周界?；w后緣邊界已基本形成，最后一道裂縫位置已到山脊，BK0+280處最后緣裂縫在鐵塔中間，BK0+300處最后緣裂縫在截水溝邊，已越過LNG管范圍，后緣裂縫總體呈弧形?；w北端(惠州)邊界在BK0+240，即以坡面水溝為界，滑體南端(鹽田)至BK0+360，在坡頂截水溝、坡面、平臺(tái)有明顯錯(cuò)斷或外移裂縫。南側(cè)滑動(dòng)邊界明顯，裂縫較大，2級(jí)平臺(tái)水溝及塹頂截水溝錯(cuò)斷外移約10 cm，北側(cè)后緣裂縫較小，不連續(xù)，呈羽毛狀分布。

2)滑動(dòng)方向。地表裂縫顯示北端裂縫拉開下錯(cuò)，南端裂縫擠壓隆起，表明滑動(dòng)方向偏向南側(cè)，為101°，邊坡坡向82°。

3)滑動(dòng)主軸。裂縫顯示后緣裂縫最遠(yuǎn)在BK0+300處，該處滑動(dòng)位移值最大，故滑坡主軸應(yīng)在BK0+300。

4)裂縫特征。后緣裂縫總體呈圈椅狀弧形，探槽和探洞內(nèi)裂縫呈直立狀或稍向山傾，與結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀一致，表明裂縫多沿結(jié)構(gòu)面生成，探槽揭示裂縫上寬下窄，在深度3.8 m處尖滅，表明滑體地表位移大，滑動(dòng)面處位移小或尚未形成相對(duì)滑動(dòng)。滑體中部地表裂縫有下側(cè)高、上側(cè)低現(xiàn)象，表明滑體前部有抗滑力，或滑動(dòng)面傾角發(fā)生變化，這與邊坡下部已施工的錨索產(chǎn)生了抗滑力有關(guān)。

滑坡體沿線路長(zhǎng)120 m，平均厚度17 m，順滑動(dòng)方向斜長(zhǎng)120 m，潛在滑坡體積約21.2萬(wàn)m3，屬中型滑坡。

5 滑坡成因分析

1)復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境是發(fā)生滑動(dòng)的主要原因。B匝道邊坡處于橫崗—羅湖斷裂帶的起點(diǎn)，從滑坡裂縫特征和監(jiān)測(cè)的資料分析，滑動(dòng)方向傾向鹽田側(cè)(邊坡坡向82°，滑坡方向?yàn)?01°)，滑坡裂縫的走向多為21°～40°，即北東向，與斷裂帶走向接近一致。鉆探和洞探揭露的基巖構(gòu)造面產(chǎn)狀也與該大斷裂相關(guān)?；瑒?dòng)帶依附于構(gòu)造破碎帶形成，受斷裂影響，地質(zhì)巖性復(fù)雜，巖體破碎軟弱，同時(shí)形成了特殊的儲(chǔ)水構(gòu)造，在構(gòu)造破碎帶和地下水共同作用下，邊坡發(fā)生滑動(dòng)變形不可避免。

2)地下水是造成滑坡的主要原因之一。地下水的軟化作用是發(fā)生滑坡的必要條件之一。該邊坡沿構(gòu)造破碎帶形成儲(chǔ)水構(gòu)造，具承壓性，在邊坡開挖巖土體應(yīng)力松弛后，地下水改變了原來的徑流狀態(tài)和方式，并向坡腳和邊坡下部集中，使坡體的巖土浸泡和軟化，強(qiáng)度降低，承載力不足，在邊坡下部整體一次性開挖和路基換填過程中，沒有及時(shí)進(jìn)行錨索張拉以供足夠抗力，使上部巖土體在重力和不利結(jié)構(gòu)面的共同作用下產(chǎn)生下錯(cuò)蠕動(dòng)，進(jìn)而產(chǎn)生破壞形成滑坡。

6 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算分析

1)滑動(dòng)帶分析

根據(jù)勘察資料及變形資料，該滑坡有兩層滑面。第1層為淺層滑動(dòng)面，該滑動(dòng)面的出口在2級(jí)邊坡中到底部，后緣為后部地表主裂縫，滑體中部滑動(dòng)面穿過1號(hào)探洞9 m、2號(hào)探洞18 m左右，在2個(gè)探洞內(nèi)均可見滑動(dòng)帶穿過部位有明顯裂縫。同時(shí)在2級(jí)邊坡可見坡面框架梁錯(cuò)斷外移，應(yīng)為剪出口。淺層滑動(dòng)面的形狀為三段式折線形，后緣滑面傾角較陡，傾角約80°，中部滑面傾角約30°，前緣滑面受1級(jí)邊坡和2級(jí)邊坡錨索的抗滑力影響，傾角較緩，約12°?；瑒?dòng)面主要沿全風(fēng)化與強(qiáng)風(fēng)化層界面生成，滑體厚度約13 m。第2層為潛在滑動(dòng)面，其出口在1級(jí)邊坡下部，在開挖換填時(shí)可能延伸到最低開挖面，滑坡后壁為最后緣地表裂縫，滑體中部滑動(dòng)面穿過1號(hào)探洞約28 m、2號(hào)探洞40 m左右，在探洞內(nèi)滑動(dòng)面穿過部位有巖土變形裂縫和巖土體松弛現(xiàn)象。在發(fā)生滑動(dòng)的初期、1級(jí)和2級(jí)邊坡的錨索有部分錨頭發(fā)生滑脫現(xiàn)象，表明錨索產(chǎn)生了有效錨固力，錨索錨固段至少有一部分在滑動(dòng)面以外的穩(wěn)定巖土體中。

2)穩(wěn)定性計(jì)算

該滑坡的穩(wěn)定分析計(jì)算比較復(fù)雜。首先按分析確定的滑動(dòng)面計(jì)算在發(fā)生滑動(dòng)時(shí)沒有減方前的總滑坡推力，然后按兩種狀態(tài)下的被動(dòng)土壓力反算滑坡推力。一種是在1級(jí)邊坡下半部沒有開挖之前的被動(dòng)土壓力;另一種是反壓土方的被動(dòng)抗力。再按設(shè)計(jì)削方減載后計(jì)算邊坡在卸載反壓土方后的全部滑坡推力，計(jì)算中原有錨索的抗拔力不予考慮，作為安全儲(chǔ)備。計(jì)算求得的全部滑坡推力作為滑坡治理加固工程的設(shè)計(jì)依據(jù)。

選取BK0+300主滑斷面為代表性斷面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。計(jì)算方法采用規(guī)范推薦的不平衡推力傳遞法，在計(jì)算坡腳剩余下滑力時(shí)采用庫(kù)侖土壓力反算1級(jí)邊坡下半部沒有開挖前的被動(dòng)土壓力和填方反壓土方的被動(dòng)抗力。

滑帶強(qiáng)度指標(biāo)結(jié)合勘察報(bào)告、反算結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)值選取，計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)

經(jīng)計(jì)算，每米寬度坡腳總下滑力2 904 kN，見表2，該下滑力中沒有包括錨索實(shí)際產(chǎn)生的抗滑力。計(jì)算結(jié)果表明該邊坡剩余下滑力較大，邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)K明顯＜1.0，也達(dá)不到規(guī)范規(guī)定的要求，需對(duì)邊坡進(jìn)行治理加固。

表2 減載前滑坡推力計(jì)算結(jié)果

在邊坡上部按設(shè)計(jì)進(jìn)行減載后，按上述同樣方法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算的剩余下滑力為4 250 kN，其中安全系數(shù) K=1.2，見表3。

表3 減載后滑坡推力計(jì)算結(jié)果

根據(jù)以上分析，取1 m寬度計(jì)算，按減載后的坡腳剩余水平下滑力4 250 kN進(jìn)行滑坡治理設(shè)計(jì)。永久設(shè)計(jì)包括對(duì)原搶險(xiǎn)工程總體上進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，擬從3級(jí)邊坡到6級(jí)邊坡和鐵塔基礎(chǔ)均采用錨索框架，其中4級(jí)以上邊坡共設(shè)12排錨索，水平間距2.5 m，每根錨索設(shè)計(jì)拉力為500 kN，總拉力為6 000 kN，錨索可承擔(dān)的下滑力為2 400 kN，按錨索傾角25°折減后為2 160 kN。

3級(jí)邊坡4排錨索，錨索水平間距2.0 m，每根錨索設(shè)計(jì)拉力為500 kN，總拉力為2 000 kN，錨索可承擔(dān)的下滑力為1 000 kN，按錨索傾角 25°折減后為900 kN。合計(jì)16排錨索總設(shè)計(jì)拉力為2 160+900=3 060 kN。減載后實(shí)際剩余下滑力為4 250－3 060=1 190 kN，由于2級(jí)邊坡錨索仍然有效，設(shè)定其承載下滑力為400 kN，故坡腳剩余下滑力為790 kN，通過在坡腳設(shè)抗滑樁進(jìn)行支擋。

7 防治對(duì)策

1)防治對(duì)策選擇及原則

邊坡防護(hù)加固工程可分為三類:普通防護(hù)工程、支擋加固工程、防排水工程。按照永久性工程進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)一次根治、不留后患及技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠、便于施工的治理原則，參照類似工程經(jīng)驗(yàn)和深圳地區(qū)滑坡施工技術(shù)水平現(xiàn)狀，擬采用錨索抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨索框架相結(jié)合的組合抗滑支擋結(jié)構(gòu)。

2)防治設(shè)計(jì)(圖1)

①回填反壓。填方高度到2級(jí)坡 BK0+240—BK0+390段中部。

②削方減載。從3級(jí)平臺(tái)以上(其中BK0+360從2級(jí)平臺(tái)起)向上削方減載，減載后分級(jí)坡高仍為10 m，分級(jí)邊坡之間設(shè)寬大平臺(tái)，其中4級(jí)平臺(tái)、5級(jí)平臺(tái)寬4～8 m，3級(jí)平臺(tái)寬10～16 m。在鐵塔下方的坡率4 級(jí)，5 級(jí)坡為1∶1.0，6 級(jí)坡為1∶1.25。

③基礎(chǔ)加固。對(duì)鐵塔基礎(chǔ)和LNG燃?xì)夤苓吰虏捎娩摴芪⑿蜆度杭庸?，在鐵塔基礎(chǔ)外圍布設(shè)“口”字形微型樁群，樁頂采用鋼筋混凝土蓋板連接為整體，在LNG燃?xì)夤芸窟吰聜?cè)設(shè)3排鋼管樁，樁頂也采用鋼筋混凝土蓋板連接為整體，鋼管樁均采用φ108×6 mm無(wú)縫鋼管制作，采用φ160 mm豎向鉆孔，孔內(nèi)注入凈水泥漿，形成鋼管混凝土微型樁群。

④預(yù)應(yīng)力錨索加固。在鐵塔基礎(chǔ)下微型樁群范圍內(nèi)設(shè)兩排錨索橫梁，錨索長(zhǎng)度40 m。在6級(jí)邊坡滑坡范圍內(nèi)從上向下設(shè)3排鋼錨管框架和2排錨索框架，鋼錨管長(zhǎng)度20 m，錨索長(zhǎng)度40 m。在5級(jí)邊坡滑坡范圍內(nèi)設(shè)4排錨索框架，錨索長(zhǎng)度40 m。在4級(jí)邊坡滑坡范圍內(nèi)設(shè)4排錨索框架加固，錨索長(zhǎng)度45 m。在3級(jí)邊坡滑坡范圍內(nèi)設(shè)錨索豎梁加固，每條豎梁設(shè)4孔錨索，錨索長(zhǎng)度45 m。

⑤抗滑支擋工程。在坡腳1級(jí)平臺(tái)BK0+260—BK0+380范圍設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁，共設(shè)25根，樁中心距5.0 m，樁中心位于原有錨索框架兩排豎梁之間的中線，樁背與1級(jí)平臺(tái)內(nèi)側(cè)、2級(jí)坡腳平齊。樁截面(不含護(hù)壁)為2.0 m×2.6 m。其中樁的長(zhǎng)邊順坡向布置，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，樁坑開挖護(hù)壁的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25。每個(gè)樁身設(shè)3根錨索，第1排錨索距樁頂0.5 m，傾角18°;第2排錨索距第1排錨索1.0 m，傾角22°;第3排錨索距第2排錨索1.5 m，傾角26°。錨索鉆孔孔徑為150 mm，錨索設(shè)計(jì)拉力均為500 kN，鎖定值400 kN。錨索設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為35～40 m。

⑥防排水工程。在1級(jí)邊坡坡腳設(shè)2個(gè)回填式排水盲洞，1#洞位置暫定BK0+280，2#洞位置暫定BK0+320，1#洞深度暫定40 m，2#洞深度暫定50 m。洞身垂直邊坡，截面為梯形，洞底設(shè)排水溝，排水縱坡2%。在1級(jí)邊坡BK0+260—BK0+362段增設(shè)仰斜排水孔，水平間距5.0 m。在2級(jí)邊坡BK0+260—BK0+320增設(shè)仰斜排水孔，水平間距5.0 m，與1級(jí)邊坡排水孔呈梅花形錯(cuò)開布置，孔深均為40 m，向上仰角5°。增設(shè)塹頂截排水溝，3級(jí)平臺(tái)設(shè)梯形截水溝，各級(jí)平臺(tái)設(shè)排水溝或鋪筑混凝土封閉。

對(duì)地表裂縫采用注漿方法充填，防止地表水下滲，注漿采用P．O42.5R普通硅酸鹽水泥配制純水泥漿，水灰比0.45。先將地表裂縫清開，用φ25 mm鋼管制作注漿鋼花管插入裂縫中，將水泥漿注入裂縫內(nèi)，注漿時(shí)應(yīng)采取多次、間歇式注入法，將全部裂縫注滿填實(shí)，表層用砂漿封閉。

8 結(jié)語(yǔ)

1)該滑坡場(chǎng)地基巖巖性主要為粉砂巖，這種地層是一種“易滑地層”，在深圳曾出現(xiàn)過多個(gè)規(guī)模不等的工程滑坡，造成了不小的經(jīng)濟(jì)損失和不良社會(huì)影響，應(yīng)引起巖土工程界的警惕和注意。

2)該滑坡主要為暴雨造成的自然災(zāi)害，與工程擾動(dòng)也有關(guān)系。目前我國(guó)大中城市在自然山體附近等復(fù)雜地質(zhì)條件下的工程活動(dòng)逐步增強(qiáng)，所以無(wú)論是在項(xiàng)目的立項(xiàng)選址規(guī)劃階段，還是在后期的設(shè)計(jì)施工過程中，都應(yīng)對(duì)工程建設(shè)可能引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害給予高度重視。特別是在城市地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)內(nèi)從事工程建設(shè)時(shí)，應(yīng)在規(guī)劃選址階段加強(qiáng)地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查和評(píng)估工作。

3)截止目前，該滑坡治理工作已結(jié)束近2年。通過監(jiān)測(cè)資料可知，滑坡體、抗滑樁等變形微小，錨索預(yù)應(yīng)力基本無(wú)損失，滑坡周邊建(構(gòu))筑物運(yùn)營(yíng)正常，未受影響。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，該滑坡綜合治理是有效的。

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