都汶高速公路K25堆積體治理設(shè)計(jì)

張靈生

【摘 要】通過對(duì)都汶高速公路K25右側(cè)堆積體的地質(zhì)概況、特征、形成和變形破壞機(jī)理分析，對(duì)該堆積體進(jìn)行了天然和開挖后的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)路線通過該段堆積體的挖方邊坡的樁板墻進(jìn)行了治理（優(yōu)化）設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】都汶路；堆積體；穩(wěn)定性；設(shè)計(jì)

Treating design of K25 congeries in Du-wen highway

Zhang Ling-sheng

（Civil building college of west China university Chendu Sichuan 610039）

【Abstract】With the analysis of the geological summary feature forming and deformation collapse mechanism of K25 congeries in Du-wen highway， evaluate the congeries stability in crude and excavated condition， accomplish the pile-plank wall harnesing design of the congeries cutting side slope according the evaluating result.

【Key words】Du-wen highway；Congeries；Stability；Design

1. 概述

都（江堰）至汶（川）高速公路是四川通往西藏和大西北的重要交通干線，也是通往世界自然遺產(chǎn)九寨溝～黃龍風(fēng)景名勝區(qū)的旅游黃金干線，對(duì)國(guó)家實(shí)施西部大開發(fā)的宏偉戰(zhàn)略目標(biāo)和促進(jìn)阿壩州的穩(wěn)定和發(fā)展有著重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)意義。K25堆積體位于都汶路K25+660-K25+858段右側(cè)（圖1），堆積體巖性為碎塊石質(zhì)土，多呈松散狀，據(jù)地質(zhì)調(diào)查和勘探，場(chǎng)區(qū)在自然狀態(tài)下不良地質(zhì)現(xiàn)象為局部段崩坡積松散堆積體表層的崩滑及巖石的崩塌。擬建公路中線位于堆積體前緣，路面設(shè)計(jì)標(biāo)高為884.0～884.59米，路基以左填右挖的形式通過，右側(cè)最大開挖深度達(dá)10.5米，路塹開挖后，易發(fā)生沿土石界面及土體內(nèi)部的滑動(dòng)破壞，為了保證開挖后邊坡的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)采用路塹樁板墻加固。由于該段路線長(zhǎng)度較長(zhǎng)，為了保證坡體在施工和運(yùn)營(yíng)過程中的安全、經(jīng)濟(jì)，有必要對(duì)該堆積體進(jìn)行穩(wěn)定性分析和治理加固設(shè)計(jì)。

2. 地質(zhì)概況

2.1 地形地貌。

場(chǎng)區(qū)地貌上屬構(gòu)造剝蝕中高山，微地貌屬中高山斜坡坡麓，與岷江河岸（Ⅰ～Ⅱ級(jí)階地）相接。山脊脊嶺走向近南北向，地勢(shì)北東高南西低，地形呈陡坡高坎狀，大致為：坡體上部呈陡坎狀，坡度70°以上，坎高大于15 米；坡體中部坡度45～60°；坡體下部坡度30～45°；坡前為簡(jiǎn)易公路穿越；再前為岷江河岸（由北向南流淌）。岸坡坡度在45～60°之間，最大岸高6 米左右。邊坡坡向240～245°，與擬建公路走向（330～333°）近正交。岷江河谷標(biāo)高874～875 米，坡底簡(jiǎn)易公路標(biāo)高882～884 米，斜坡坡頂標(biāo)高約950 米，陡坎坎頂標(biāo)高大于1010 米；相對(duì)高差大于140 米（平距僅120 米，總體坡度大于45°）。

2.2 地層巖性。

據(jù)地面地質(zhì)調(diào)查及鉆孔揭露，場(chǎng)區(qū)地層為三大類（圖2）：第一大類為第四系全新統(tǒng)崩坡積層（Qc+dl4）、沖洪積層（Qal+pl4）；第二大類為第四系更新統(tǒng)冰水堆積層（Qfgl+glp）；第三大類為震旦系晉寧～澄江期花崗閃長(zhǎng)巖（γδ22）。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造與地震。

據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及地質(zhì)勘察資料，場(chǎng)區(qū)構(gòu)造上屬映秀斷裂之北西盤，基底巖層為震旦系晉寧～澄江期花崗閃長(zhǎng)巖夾輝綠巖脈、閃長(zhǎng)巖脈及花崗巖脈，出露于斜坡上部及上游簡(jiǎn)易公路右側(cè)形成陡崖。覆蓋層為第四系全新統(tǒng)崩坡積層及更新統(tǒng)冰水堆積層，厚度隨地形變化大，最大19.8 米未揭穿。場(chǎng)區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度。

2.4 水文地質(zhì)條件

2.4.1 地表水。

該工點(diǎn)擬建線路范圍無地表水體；線路左側(cè)15～25 米外為岷江，岷江河谷呈“U”型，屬常年性流水，河水水位及水量隨季節(jié)及降雨量變化大，同時(shí)受上游映秀電站蓄排水控制變化較大。

2.4.2 地下水。

據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料及鉆孔揭露，場(chǎng)區(qū)地下水主要為第四系松散堆積層孔隙水，主要賦存于沖洪積卵（漂）石層中，其次賦存于冰水堆積卵（漂）石層中；受大氣降水及上游同層地下水入滲補(bǔ)給，并與岷江呈互補(bǔ)排泄關(guān)系；地下水位隨岷江水位變化而變化。鉆探深度范圍內(nèi)未揭示明顯地下水。

3. 堆積體結(jié)構(gòu)特征及形成機(jī)理分析

3.1 邊坡上部為花崗閃長(zhǎng)巖巖質(zhì)陡崖，巖體裂隙較發(fā)育，主要有三組：（1）：140～165°∠50～80°，間距0.5～3 米，微張，巖脈往往沿該組裂隙充填，脈寬3～6米。（2）：245～280°∠70～80°，間距0.5～5 米，微張，該組裂隙形成順河陡崖。（3）：30～40°∠65～75°，間距1～5 米。另外30～60°∠25～40°流層理也較發(fā)育。后緣基巖陡壁部位發(fā)育有一條沖溝，沖溝走向與邊坡坡向一致。邊坡中下部發(fā)育有一崩滑堆積體，呈錐形，最長(zhǎng)處63 米，前緣最寬處38米；其后緣20 米為一較順直的“U”形溝槽，寬約8～10 米，深約5～8 米，近似沿坡向往坡上延伸較遠(yuǎn)；溝槽側(cè)壁基巖裸露或淺埋，溝底為崩坡積碎（塊）石質(zhì)（夾）土。崩滑堆積體巖性為碎塊石質(zhì)（夾）土夾角礫組成，多呈松散狀。該部位邊坡自然坡度約40～45°。

據(jù)勘探資料，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，邊坡前緣坡腳部位分布有一厚度約1～2.5m、河流沖積形成的粉沙、細(xì)紗層，沙層結(jié)構(gòu)松散，含水量較高，手捏呈濕滑狀。該沙層在邊坡坡腳部位分布極為不均，局部地段甚至呈尖滅趨勢(shì)（圖3）。

3.2 受邊坡后緣基巖發(fā)育有三組主要結(jié)構(gòu)面的影響，該三組結(jié)構(gòu)面將巖體切割成塊狀。在漫長(zhǎng)的地質(zhì)過程中，受降雨、風(fēng)化、凍融等因素的影響，上述結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度逐漸降低，被其切割的巖塊也因此逐漸變得松動(dòng)，進(jìn)而在重力作用下產(chǎn)生崩塌、墜落，最后堆積在邊坡中下部坡形較緩部位，形成碎塊石堆積體。同時(shí)，因巖脈抗風(fēng)化能力弱于圍巖，且走向與坡向較一致，加上地形坡度大，故沿巖脈往往形成沖溝（邊坡崩滑體上部沖溝的形成即為明證），便于地表水的匯集及崩坡積碎塊石堆積，堆積到極限平衡時(shí)在匯水浸泡軟化及重力作用下，沿溝向坡下位移便形成上述的崩滑堆積體，覆蓋于邊坡下部的河流沖擊物及冰水堆積物之上。從現(xiàn)有坡體的結(jié)構(gòu)特征上看，該滑坡主要由兩期規(guī)模較大的滑動(dòng)形成，一期規(guī)模較大，二期規(guī)模較小，其滑塌的物質(zhì)主要為顆粒較細(xì)的角礫和粘土。值得注意的是，邊坡前緣坡腳部位發(fā)育有一層河流相的粉沙、細(xì)沙層。該沙層具有含水量高、壓縮性高的特性，且力學(xué)強(qiáng)度差，因此上覆崩滑堆積體在沙層壓縮變形的條件下有進(jìn)一步下滑的趨勢(shì)和可能。

4. 堆積體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

4.1 定性評(píng)價(jià)。

堆積體邊坡在自然狀態(tài)下，整體表現(xiàn)為穩(wěn)定狀態(tài)，但存在局部松散碎（塊）石土、角礫土的崩滑破壞。路塹邊坡開挖后，將會(huì)在開挖坡腳以及開挖坡面位置出現(xiàn)明顯的應(yīng)力集中，同時(shí)在開挖坡面的中上部將會(huì)出現(xiàn)較大的拉應(yīng)力區(qū)，使得巖土體處于雙向受拉的狀態(tài)，開挖坡面部位的變形以水平剪出變形為主，而在堆積體的中部則以豎向下滑變形為主。極易在堆積體開挖坡腳及坡面處發(fā)生剪出破壞。同時(shí)，由于坡面平均橫坡大于45度，其上方的裸露的花崗閃長(zhǎng)巖在節(jié)理、裂隙切割后極易發(fā)生隨機(jī)性崩塌破壞。

4.2 定量評(píng)價(jià)。

（1）采用極限平衡理論，計(jì)算滑坡穩(wěn)定性系數(shù)K值，堆積體穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算主要參數(shù)選取如表1：

根據(jù)規(guī)范，堆積體邊坡的安全系數(shù)（Ks）選取如：

工況1：天然情況，安全系數(shù)：Ks≥1.25。

工況2：天然+暴雨，安全系數(shù)：Ks≥1.2。

（2）計(jì)算結(jié)果表明：天然狀態(tài)下，邊坡該部位坡體穩(wěn)定性較差，處于極限平衡狀態(tài)（穩(wěn)定性系數(shù)1.015），按設(shè)計(jì)安全系數(shù)（1.25）計(jì)算時(shí)，邊坡產(chǎn)生的剩余下滑推力為1054.04KN/m；在暴雨條件下，邊坡很有可能產(chǎn)生失穩(wěn)破壞（穩(wěn)定系數(shù)只有0.954），當(dāng)按設(shè)計(jì)安全系數(shù)（1.2）計(jì)算時(shí)，邊坡產(chǎn)生的剩余下滑推力為1115.45KN/m。因此必須對(duì)邊坡進(jìn)行支護(hù)處理，而對(duì)于這種量值的剩余下滑推力，普通擋土墻很難滿足安全要求，比較適合采用樁板墻進(jìn)行支護(hù)。

5. 堆積體治理設(shè)計(jì)

5.1 治理總體思路。

根據(jù)前述分析，坡體的破壞形式主要為：坡體開挖后的在坡體下部的剪出破壞、上方巖體的崩塌破壞，而地表水、地下水、巖體的風(fēng)化作用、通往景區(qū)公路的綠化效果也需考慮。故設(shè)計(jì)應(yīng)考慮對(duì)坡體開挖后下滑的治理、崩塌落石的治理、地表水、地下水的截排、工程防護(hù)后的綠化設(shè)計(jì)等綜合措施（圖4）。

5.2 治理設(shè)計(jì)。

5.2.1 K25+640-K25+858段右側(cè)共設(shè)樁40根；樁體在邊溝平臺(tái)以上內(nèi)側(cè)設(shè)預(yù)制擋土板，板上設(shè)泄水孔，利于坡體內(nèi)部地下水排出，為了方便掛板和減少坡體的開挖，樁體在此段設(shè)計(jì)為“T型”（圖5）。

5.2.2 根據(jù)計(jì)算，樁長(zhǎng)9～17米截面尺寸為1.5m×2.0m、樁長(zhǎng)19～24米截面尺寸為2.0m×2.5m、樁長(zhǎng)25米截面尺寸為2.0m×3.2m，樁中心間距5.5 m。

5.2.3 樁板墻以上5米處設(shè)置高2～3米的SNS被動(dòng)防護(hù)網(wǎng)，防止崩塌落石對(duì)公路的危害。

5.2.4 被動(dòng)網(wǎng)以上設(shè)截水溝，有效攔截坡面水。

5.2.5 為了減少圬工砌體對(duì)環(huán)境的影響，在樁前平臺(tái)和樁頂平臺(tái)客土種植藤蔓植物。

6. 結(jié)論

6.1 整個(gè)邊坡地貌形態(tài)，從上至下呈現(xiàn)出陡——稍緩——陡趨勢(shì)。為邊坡后緣被結(jié)構(gòu)面切割行成的塊狀受降雨、風(fēng)化、凍融等因素的影響，結(jié)構(gòu)面及巖塊強(qiáng)度逐漸降低，進(jìn)而在重力作用下產(chǎn)生崩塌、墜落，最后堆積在邊坡中下部坡形較緩部位，形成碎塊石堆積體。

6.2 工程開挖對(duì)邊坡應(yīng)力場(chǎng)及變形均有一定程度的影響，開挖后的坡腳和坡面是薄弱部位，易發(fā)生此處的剪出破壞。

6.3 根據(jù)計(jì)算分析，坡體開挖后，達(dá)不到高速公路設(shè)計(jì)的安全要求。需要采用適當(dāng)?shù)闹豕こ?，提高坡體的穩(wěn)定性。

6.4 設(shè)計(jì)采用樁板墻、被動(dòng)網(wǎng)、截水溝、泄水孔等綜合措施進(jìn)行治理。

6.5 該工點(diǎn)現(xiàn)正在進(jìn)行治理工程的施工，從施工中反映出的信息，治理設(shè)計(jì)是合理、有效的。

參考文獻(xiàn)

[1] 王凌云、黃潤(rùn)秋、劉鳳宣等 國(guó)道317（213）都江堰至汶川公路沿線邊坡地質(zhì)災(zāi)害形成機(jī)理及防治處理措施建議 2005.11

[1] 公路路基設(shè)計(jì)手冊(cè) 人民交通出版社 1996.08