某公路邊坡滑塌整治設(shè)計(jì)

鄭朝煒

(廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究院,廣東廣州 510060)

某公路邊坡滑塌整治設(shè)計(jì)

鄭朝煒

(廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究院,廣東廣州 510060)

介紹了某公路邊坡滑塌整治設(shè)計(jì),組成邊坡的巖性為風(fēng)化的泥質(zhì)粉砂巖夾泥(頁)巖,因長期裸露,日曬雨淋,使邊坡的巖土性狀發(fā)生了根本變化,導(dǎo)致了該邊坡多次滑塌。通過對邊坡滑塌形式、成因、特征進(jìn)行調(diào)查與分析,提出相應(yīng)的處治措施。

特殊性巖土；邊坡；滑塌；處治措施；設(shè)計(jì)

1 工程概況

某公路工程位于廣州市北部,呈近東西走向,全長9.67 km。公路沿線主要為丘陵,形成多處路塹陡坡或高邊坡,邊坡總長達(dá)2.22 km,邊坡防護(hù)工程的設(shè)計(jì)與施工在該道路工程中是重中之重。邊坡工程往往存在風(fēng)險性和不確定性,稍有不慎就會發(fā)生塌方、滑坡等,這與邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)方案和施工單位的良莠、施工的技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)、方法和施工質(zhì)量有密切的關(guān)系。在公路里程K7+640～K7+740段左側(cè)路塹邊坡,最大坡高只有11 m,自然邊坡較緩,坡角11°～15°；組成邊坡的巖性為全～強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖夾泥(頁)巖。該邊坡防護(hù)工程施工圖設(shè)計(jì)為一級放坡,坡率為1∶1.5,坡面設(shè)置三維掛網(wǎng)植草防護(hù)。由于邊坡防護(hù)工程施工時一次性全斷面開挖,一挖到底,而且坡面開挖后沒有進(jìn)行任何臨時防護(hù),長期裸露,日曬雨淋,改變了邊坡的巖土性狀,導(dǎo)致了該邊坡多次滑塌,設(shè)計(jì)方案多次變更。

2 邊坡工程地質(zhì)條件

(1)邊坡概況

K7+640～K7+740段左側(cè)路塹邊坡走向NNE,傾向NWW,最大坡高約11 m；自然邊坡較緩,坡角11°～15°。邊坡及其附近未發(fā)現(xiàn)有斷層破碎帶、滑坡或崩塌現(xiàn)象；坡面植被發(fā)育,坡體趨于穩(wěn)定；坡面及坡腳未發(fā)現(xiàn)有泉水出露或積水濕地。

(2)地層巖性

組成邊坡的地層巖性主要為下石炭統(tǒng)巖關(guān)階孟公坳組(C1ym)泥質(zhì)粉砂巖夾泥(頁)巖,巖層呈NE走向,傾向SE,傾角40°。邊坡的巖石已全～強(qiáng)風(fēng)化,裂隙發(fā)育,呈堅(jiān)硬土狀、土夾碎塊狀或半巖半土狀,巖塊手捏易碎。

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 第一次變更設(shè)計(jì)

3.1.1 滑坡簡況

K7+640～K7+740段左側(cè)路塹邊坡防護(hù)工程施工圖設(shè)計(jì)為一級放坡,坡率為1∶1.5,坡面設(shè)置三維掛網(wǎng)植草防護(hù),塹頂截水溝設(shè)在距坡口5 m處,坡腳至路塹邊溝。2012年12月4日該邊坡發(fā)生了滑坡。滑坡體略呈長條形,沿邊坡走向長約90 m,面積約1 800 m2,滑坡體平均厚度約2 m,屬淺層滑坡?；缕屏丫壩挥趬q頂坡口處,距塹頂截水溝約5 m；滑坡后壁近直立,高1.0～1.5 m；滑坡體剪出口位于坡腳路塹邊溝處,滑坡橫向拉張裂縫和縱向剪切裂縫明顯；滑坡體較緩,坡面較平整,未出現(xiàn)滑坡臺階,滑坡體前緣也未出現(xiàn)明顯的滑動鼓丘,坡面的三維網(wǎng)植草基本完好,見圖1。

圖1 K7+640～K7+740段左側(cè)路塹邊坡滑坡照片

3.1.2 滑坡成因分析［1-3］

組成邊坡巖(土)體的巖性、結(jié)構(gòu)和產(chǎn)狀是影響邊坡穩(wěn)定性的內(nèi)因,水的作用、風(fēng)化作用、地震及人為因素是影響邊坡穩(wěn)定性的外因。組成本邊坡的地層巖性為全～強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖夾泥(頁)巖。其中泥質(zhì)粉砂巖的含泥量較高；泥(頁)巖的頁理(層理)結(jié)構(gòu)面發(fā)育,其礦物成分主要為高嶺土,或含親水礦物(伊利石、蒙脫石)。泥質(zhì)粉砂巖、泥(頁)巖是一種特殊性巖土,它的特性是怕曬、忌水、易風(fēng)化,特別是泥(頁)巖風(fēng)化土其顆粒細(xì)小,呈粉狀,比表面積較大,是一種高液限、高塑性粘土。該類巖土干燥時強(qiáng)度較高,遇水時易吸水軟化、崩解,吸水后體積膨脹,土體中的含水量、孔隙水壓力和重度增大,強(qiáng)度大幅度降低。邊坡削坡暴露新鮮面之后,易于因脹縮交替而風(fēng)化,裂隙擴(kuò)大、加深和增加,產(chǎn)生許多片狀、塊狀剝落,并為雨水滲入創(chuàng)造良好通道。邊坡土體發(fā)生裂隙(裂縫)常是邊坡穩(wěn)定性的不利因素,也是滑坡的預(yù)兆之一。降雨時,雨水沿裂隙滲入到邊坡土體內(nèi)部,不僅軟化了土體,同時靜水壓力的作用對邊坡土體產(chǎn)生側(cè)向壓力,從而促進(jìn)邊坡的滑動。邊坡施工時一次性全斷面開挖,一挖到底,坡面長期裸露風(fēng)化,日曬雨淋,特別是在塹頂至截水溝有一寬約5 m的平臺,未作防滲處理,降雨時雨水聚集并直接滲入坡體。本來邊坡就處于臨界穩(wěn)定狀態(tài),雖然后期坡面有三維網(wǎng)植草覆蓋,在施工完成不久,一段時間來的連續(xù)強(qiáng)降雨,雨水滲入后,不僅增大了邊坡巖土體的含水量和重度,也進(jìn)一步降低了邊坡巖土體的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)面的粘結(jié)力,使邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài),沿塹頂坡口破裂發(fā)生滑坡。

綜上所述,組成邊坡的巖性是一種特殊性巖土,怕曬、忌水、易風(fēng)化；邊坡長期裸露風(fēng)化,裂隙擴(kuò)大、加深和增加,長期雨水滲入,改變了邊坡的巖土性狀,是造成該邊坡滑坡的主要原因。

3.1.3 處治措施［4-5］

根據(jù)滑坡成因機(jī)理,邊坡采用削方減載、緩坡率、護(hù)面防滲等措施進(jìn)行綜合治理。首先從上至下清除滑坡段內(nèi)2 m厚的松散土層至穩(wěn)定原狀土,調(diào)整邊坡設(shè)計(jì)坡率,按照1∶2坡率重新進(jìn)行削坡,按調(diào)整后的設(shè)計(jì)坡比采用M10砂漿砌筑片石(片石強(qiáng)度等級MU30,厚30 cm)進(jìn)行邊坡護(hù)面處理,并按3 m×3 m間距布置φ10 cm PVC泄水孔；沿墻身每隔10～15 m設(shè)置伸縮縫一道,縫寬2 cm；沿坡高設(shè)置三組抗滑牛腿。

3.1.4 坡體及護(hù)面墻穩(wěn)定性［6-7］

按新削坡方案進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算,若按原狀土參數(shù)計(jì)算,穩(wěn)定安全系數(shù)很大,Ks=1.46。即使考慮坡體表層軟化,按粘聚力C=10 kPa,內(nèi)摩擦角φ=5°,安全系數(shù)Ks=1.30,滑動體重度γ=23.00 kN/m3,計(jì)算剩余下滑力為負(fù)值。即漿砌片石護(hù)面墻自身穩(wěn)定,不會有向下滑動的趨勢。

3.2 第二次變更設(shè)計(jì)

3.2.1 護(hù)面墻滑塌簡況

在漿砌片石護(hù)面墻施工期間,坡面剛鋪筑完片石,還來不及采用水泥漿對片石之間的接縫進(jìn)行勾縫防滲,又遇連日強(qiáng)降雨,雨水從片石之間的縫隙直接滲入坡體,受雨水浸泡軟化在坡面與片石之間形成一軟弱層,成為潛在滑動面,導(dǎo)致片石護(hù)面墻失穩(wěn)開裂并向下滑移,在邊坡的中上部出現(xiàn)一長約70 m的拉張裂縫,裂縫寬約0.5～2.0 m。裂縫呈弧形展布,平面形態(tài)近似簸箕形,目前護(hù)面墻處于蠕動變形階段,中下部漿砌片石護(hù)面墻還有下滑的趨勢,坡腳有微量隆起的現(xiàn)象,見圖2。

圖2 漿砌片石護(hù)面墻滑塌照片

3.2.2 護(hù)面墻滑塌成因分析

2013年3月5日設(shè)計(jì)對已完成坡面削坡的邊坡進(jìn)行現(xiàn)場踏勘,根據(jù)現(xiàn)場開挖后坡面的巖性來看,坡體的情況尚好(見圖3),決定按變更方案實(shí)施。但在漿砌片石護(hù)面墻施工期間,降雨不斷。2013年4月1日設(shè)計(jì)再次對邊坡進(jìn)行現(xiàn)場踏勘,發(fā)現(xiàn)邊坡的坡面已經(jīng)被雨水沖刷出溝壑,局部坡面的巖土性狀經(jīng)過雨水的沖刷和浸泡已經(jīng)發(fā)生了劇烈的變化。坡面巖土明顯變軟,局部巖層由強(qiáng)風(fēng)化巖變質(zhì)為類似于泥質(zhì)粘土的性狀(見圖4)。當(dāng)時已對施工單位提出了警告,要求一定要采取有效的臨時防水措施,且不能在上部非法堆載,并要求對所有軟化和出現(xiàn)裂縫明顯的地方進(jìn)行反挖,換填漿砌片石進(jìn)行處理。

圖3 施工期間剛削坡后坡面照片

圖4 施工期間雨水沖刷后坡面照片

邊坡按1∶2削坡后,邊坡自身穩(wěn)定,護(hù)面墻除自身外不負(fù)擔(dān)其他荷載,也不承受墻后的土壓力。設(shè)計(jì)時主要考慮漿砌片石與坡面的摩擦力、抗滑平臺的支撐能力及坡腳護(hù)腳的支擋能力相互結(jié)合支撐漿砌片石護(hù)面墻的自重。但經(jīng)過雨水沖刷浸泡后的土體摩擦系數(shù)明顯降低,土質(zhì)松軟,而且反開挖清理表層松軟土體后回填漿砌片石的方法效果并不理想,沒能達(dá)到預(yù)期的效果。路塹頂沒有及時進(jìn)行防滲處理,長期有雨水滲入土體,也造成土體軟化。在坡面剛鋪筑完片石,還來不及采用水泥漿對片石之間的接縫進(jìn)行勾縫防滲,又遇連日強(qiáng)降雨,雨水從片石之間的縫隙直接滲入坡體,坡面表層土在雨水長時間的浸泡軟化形成軟弱層,在漿砌片石護(hù)面墻下方土體表層形成了一個淺表的潛在滑動面,與原狀土體分離,造成與原始設(shè)計(jì)時的設(shè)計(jì)參數(shù)和條件都相應(yīng)改變,因此出現(xiàn)了漿砌片石護(hù)面墻整體失穩(wěn)、斷裂和滑移。綜合上述,造成漿砌片石護(hù)面墻開裂滑移的主要原因?yàn)椋?/p>

(1)清理坡面時坡腳部分松軟土沒有完全清理。

(2)開挖后的坡面沒有及時防護(hù),新開挖的坡體再次長時間裸露風(fēng)化、雨水沖刷和浸泡,土體的性質(zhì)發(fā)生了根本的改變。連續(xù)的強(qiáng)降雨,使?jié){砌片石與坡面的摩阻力趨于0,受雨水浸泡軟化的土體淺表軟弱層成為了漿砌片石的潤滑層。

(3)路塹頂沒有及時作防滲處理,長期有雨水滲入土體,造成土體的粘聚力及內(nèi)摩擦角參數(shù)降低。

3.2.3 處治措施

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查,導(dǎo)致漿砌片石護(hù)面墻開裂滑移的主要原因是土體淺表受雨水浸泡軟化,在坡面與片石之間形成一軟弱層,片石護(hù)面墻沿軟弱層失穩(wěn)向下滑移。但雨水長期滲入坡體深部,邊坡的巖土性狀已發(fā)生根本性的變化,所以變更設(shè)計(jì)方案采用削方減載、緩坡率、固坡腳,設(shè)置平臺分級支護(hù)進(jìn)行綜合治理。另外,業(yè)主要求本工程在2013年6月完工,勢必在雨季施工,施工期邊坡難以做到完全防水,難以保證坡面不被雨水沖刷及雨水滲入坡體,考慮到上述因素,坡面防護(hù)的變更設(shè)計(jì)采用輕型防護(hù)。

具體的變更設(shè)計(jì)方案為：對滑移下沉段破除已砌筑漿砌片石護(hù)面墻,清除表層松軟土體,重新進(jìn)行削坡。邊坡分二級開挖支護(hù),第一級6 m,第二級5 m,平臺寬度2 m,坡率1∶2。坡面采用菱形漿砌片石骨架內(nèi)植草進(jìn)行邊坡護(hù)面,坡腳設(shè)置護(hù)腳墻。護(hù)腳墻墻身采用C15混凝土澆筑,穿過淺層滑動面,基礎(chǔ)埋深為2.0 m。護(hù)腳墻每隔10～15 m設(shè)置一道伸縮縫,縫寬2～3 cm,縫頂、內(nèi)、外三邊填塞深度不少于0.2 m的瀝青麻筋；墻體通長設(shè)砂礫反濾層,厚0.25 m,最低排水孔以下0.3 m和距墻頂0.1 m高范圍內(nèi)設(shè)置夯實(shí)粘土防滲層；地面以上部分縱向每隔2.0 m設(shè)置泄水孔,泄水孔采用φ100 mm的PVC管。路塹頂平臺采用30 cm厚M7.5漿砌片石封閉。該設(shè)計(jì)方案的主要技術(shù)要點(diǎn)是：

(1)削方減載、緩坡率、分級支護(hù),增設(shè)平臺,加強(qiáng)邊坡的整體穩(wěn)定性。

(2)本邊坡易發(fā)生淺層滑塌,利用菱形骨架支護(hù),把坡面土體化整為零,分散坡面土體的下滑力,減少淺層土體的整體滑移。

(3)針對邊坡土體易風(fēng)化剝落,遇水易軟化崩解,為防止坡面流對坡面的沖刷破壞,采用噴播植草進(jìn)行坡面防護(hù)。

(4)坡腳設(shè)置擋土墻,穿過淺層滑動面,增強(qiáng)邊坡坡腳的穩(wěn)定性。

(5)塹頂平臺采用漿砌片石封閉,防止雨水滲入坡體影響邊坡穩(wěn)定。

3.2.4 整治后邊坡穩(wěn)定性

邊坡通過采用削方減載、緩坡率、固坡腳,設(shè)置平臺分級支護(hù)等措施后,按圓弧滑動法驗(yàn)算邊坡的穩(wěn)定性,經(jīng)典型斷面計(jì)算,邊坡總的下滑力ΣTi=632.47 kN/m,總的抗滑力ΣRi=911.01 kN/m,邊坡穩(wěn)定性系數(shù)Ks=1.44,大于1.30。即邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)滿足規(guī)范的要求,整治后的邊坡穩(wěn)定。

4 幾點(diǎn)體會

(1)泥質(zhì)粉砂巖、泥(頁)巖是一種特殊性巖土,其特性是怕曬、忌水、易風(fēng)化。該類巖石的風(fēng)化土干燥時強(qiáng)度較高,遇水易軟化、崩解,體積膨脹,含水量、孔隙水壓力和重度增大,強(qiáng)度大幅度降低。邊坡削坡暴露新鮮面之后,易于因脹縮交替而風(fēng)化,裂隙擴(kuò)大、加深和增加,產(chǎn)生許多片狀、塊狀剝落；風(fēng)化裂隙又為雨水滲入創(chuàng)造良好通道,雨水沿裂隙滲入到邊坡土體內(nèi)部,不僅軟化了土體,同時靜水壓力對邊坡土體產(chǎn)生側(cè)向壓力,從而促進(jìn)邊坡的滑動。

(2)巖性為泥質(zhì)粉砂巖、泥(頁)巖風(fēng)化土的邊坡應(yīng)加強(qiáng)支護(hù),宜采用削方減載、緩坡率、強(qiáng)腰固腳、坡面加強(qiáng)防滲防沖刷等綜合治理措施。

(3)邊坡工程開挖后應(yīng)及時按設(shè)計(jì)實(shí)施支護(hù)結(jié)構(gòu)或采取封閉措施,避免一次性開挖成型,長期裸露風(fēng)化,雨水侵蝕,任其發(fā)展；特別是路塹頂截水溝開挖后應(yīng)及時進(jìn)行防滲處理,不得滲漏、積水；塹頂坡口至截水溝部分應(yīng)設(shè)置反向坡并進(jìn)行防滲處理,以利于雨水流入截水溝,防止雨水積聚滲入坡體,降低邊坡穩(wěn)定性。

(4)施工期邊坡塌方、滑坡等現(xiàn)象往往發(fā)生在連續(xù)強(qiáng)降雨期間。所以邊坡施工應(yīng)避開雨季作業(yè),施工期應(yīng)采取有效的臨時防水應(yīng)急措施。

(5)長期裸露風(fēng)化的邊坡,特別是已發(fā)生過塌方或滑坡的邊坡,巖土的性狀已發(fā)生根本性變化,裂隙發(fā)育,穩(wěn)定性差,這時常規(guī)的邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)理念已不適應(yīng),應(yīng)根據(jù)邊坡的地質(zhì)特征和可能發(fā)生的破壞情況,因地制宜,進(jìn)行精心設(shè)計(jì)和施工。坡前擋土墻基坑開挖施工時易發(fā)生牽引式塌方或滑坡,應(yīng)分段跳槽開挖,加強(qiáng)支撐,在基坑靠坡體一側(cè)應(yīng)采取有效、可靠的措施對坡腳進(jìn)行預(yù)加固支擋,確保邊坡在施工期間的穩(wěn)定和施工安全。

(6)邊坡工程往往存在風(fēng)險性和不確定性,稍有不慎就會發(fā)生塌方、滑坡等,這與邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)方案和施工單位的良莠、施工的技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)、方法和施工質(zhì)量有密切的關(guān)系。邊坡防護(hù)工程應(yīng)選擇技術(shù)力量強(qiáng),有施工經(jīng)驗(yàn)的隊(duì)伍承擔(dān)邊坡工程的施工作業(yè)。

［1］ JTG D30-2004，公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］ JTG F10-2006，公路路基施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］ GB 50330-2002，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］ 鄭穎人，陳祖煜，王恭先，等.邊坡與滑坡工程治理［M］.北京:人民交通出版社，2010.

［5］ 蔡俊華.高速公路路塹邊坡滑坡治理［Z］.北京:中國交通建設(shè)集團(tuán)有限公司，2008.

［6］ 詹小軍.某公路邊坡的穩(wěn)定性評價及治理措施［Z］.湖北武漢:湖北省科學(xué)技術(shù)協(xié)會，2010.

［7］ 張玉芳，王春生，張從明.邊坡病害及治理工程效果評價［M］.北京:科學(xué)出版社，2009.

U418.5+2

B

1009-7716(2015)09-0071-04

2015-04-28

鄭朝煒(1986-),男,廣東揭陽人,工程師,從事道路橋梁工程設(shè)計(jì)工作。