某山區(qū)高速公路滑坡分析及處治措施

王訓(xùn)鋒,花艷麗

(1.中國(guó)公路工程咨詢集團(tuán)有限公司,北京 100097;2.武漢中咨路橋設(shè)計(jì)研究院有限公司,湖北武漢 430023; 3.湖北城市建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖北武漢 430205)

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某山區(qū)高速公路滑坡分析及處治措施

王訓(xùn)鋒1,2,花艷麗3

(1.中國(guó)公路工程咨詢集團(tuán)有限公司,北京 100097;2.武漢中咨路橋設(shè)計(jì)研究院有限公司,湖北武漢 430023; 3.湖北城市建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖北武漢 430205)

摘要:以在建某高速公路ZK126+940—ZK127+010段滑坡為例,通過現(xiàn)場(chǎng)踏勘,結(jié)合以往項(xiàng)目的類似問題,分析了滑坡發(fā)生的原因,提出了處治措施及建議,并對(duì)順層邊坡的現(xiàn)有加固措施及截排水措施存在的問題進(jìn)行分析,給出了處治建議。

關(guān)鍵詞:公路;順層滑坡;錨索格梁;邊坡排水;邊坡處治

高速公路建設(shè)過程中避免不了人工開挖邊坡,邊坡如果失穩(wěn),將形成滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害,輕則增加投資、延長(zhǎng)工期,重則導(dǎo)致建筑物倒塌甚至造成人員傷亡。目前,滑坡仍然是危害人們生命財(cái)產(chǎn)安全的主要災(zāi)害之一。因滑坡的產(chǎn)生條件、影響因素、破壞機(jī)理的復(fù)雜性和多變性,其一直是世界各國(guó)研究的主要地質(zhì)和工程問題之一。下面以在建某高速公路ZK126+940—ZK127+010段滑坡為例,通過現(xiàn)場(chǎng)踏勘,分析滑坡的成因,探討其處治措施。

1 工程概況

某高速公路ZK126+940—ZK127+010段邊坡原設(shè)計(jì)最高為四級(jí)坡,其中第一、二級(jí)邊坡坡比為1∶0.5,第三級(jí)邊坡坡比為1∶0.75,第四級(jí)邊坡坡比為1∶1。邊坡開挖后,因發(fā)生覆蓋層垮塌,將第三、四級(jí)土質(zhì)邊坡坡比變更為1∶1.5。邊坡底部采用抗滑樁防護(hù),頂部采用錨索格梁防護(hù),錨索采用7 束?15.2 mm鋼絞線,設(shè)計(jì)拉力700 k N,最后鎖定預(yù)應(yīng)力為設(shè)計(jì)拉力的1.1倍。

2015年3月29日對(duì)邊坡進(jìn)行逐級(jí)排查,發(fā)現(xiàn)該處二級(jí)邊坡錨索框架梁頂部豎梁砼出現(xiàn)開裂破壞,第一級(jí)邊坡抗滑樁頂4 m錨索豎梁與第二級(jí)邊坡錨索框架梁交界處砼亦出現(xiàn)開裂。2015年4月5日對(duì)邊坡的11根錨索進(jìn)行抽樣檢測(cè),錨索的錨固力分別為542.17、548.19、351.56、786.53、295.62、611.28、473.06、682.40、659.38、608.32、604.99 k N,平均每孔的錨固力為560.32 k N。從抽查樣本可以看出部分工點(diǎn)的錨索錨固力已不足設(shè)計(jì)錨固力的一半。

根據(jù)以上情況,對(duì)現(xiàn)存錨固力較低的錨索實(shí)施二次張拉,同時(shí)對(duì)該段邊坡進(jìn)行獨(dú)立錨墩加固。該施工還未完成時(shí),2015年5月,項(xiàng)目所在地出現(xiàn)暴雨天氣,施工單位對(duì)邊坡進(jìn)行排查時(shí)發(fā)現(xiàn)ZK126+ 940—ZK127+010段三級(jí)邊坡及道路紅線外有2條裂縫,并逐漸加寬,5月19日晚該段邊坡發(fā)生滑坡,剪出口位于第二級(jí)邊坡頂,滑坡后緣形成4 m左右滑坡后壁,坡體上部的錨索整體遭到破壞(見圖1、圖2)。

圖1 二級(jí)邊坡錨索框架梁頂部豎梁砼出現(xiàn)開裂破壞

圖2 邊坡發(fā)生滑坡,坡體上部的錨索整體破壞

2 地質(zhì)概況

該段邊坡為順層邊坡,坡口線外覆蓋層厚0～3 m,基巖為灰?guī)r夾鈣質(zhì)泥巖,巖層產(chǎn)狀為35°∠25°;節(jié)理主要發(fā)育2組,其節(jié)理產(chǎn)狀分別為330°∠83°、50°∠85°。巖層層間見泥化夾層,并在局部二級(jí)邊坡坡面沿泥化夾層間滲水,局部坡面掉塊。

場(chǎng)區(qū)地下水為第四系松散孔隙水、基巖裂隙水。1)第四系松散孔隙水。主要存在于地表第四系殘坡積粉質(zhì)黏土孔隙中,其含水量較小且不穩(wěn)定,受季節(jié)和降雨量影響較大,受大氣降水補(bǔ)給,以蒸發(fā)形式和下滲方式排泄。2)基巖裂隙水。主要分布于基巖節(jié)理裂隙中,含水量主要受巖石節(jié)理裂隙發(fā)育程度和貫通性的影響,含水量和地下水位不穩(wěn)定,受季節(jié)和降雨量影響較大,補(bǔ)給方式主要為大氣降水。大氣降水一部分在地表形成暫時(shí)性徑流向場(chǎng)區(qū)低洼處排泄,另一部分通過基巖節(jié)理裂隙下滲,賦存于基巖裂隙中形成基巖裂隙水。其排泄方式為通過重力作用沿貫通的節(jié)理裂隙向場(chǎng)區(qū)低洼處滲流排泄。由于地形橫坡陡,地表水下滲后,沿巖層面向右側(cè)地勢(shì)低洼處排泄。

邊坡區(qū)灰?guī)r為含水巖層,鈣質(zhì)泥巖為隔水巖層。地表溶溝和溶槽發(fā)育,為邊坡地表水下滲提供了良好條件。地表水沿節(jié)理和裂隙下滲后,多賦存于灰?guī)r內(nèi),于坡體下部沿灰?guī)r與鈣質(zhì)泥巖接觸面向外排泄,軟化鈣質(zhì)泥巖,并沿灰?guī)r與鈣質(zhì)泥巖接觸面形成排水通道。

3 破壞原因分析

(1)該高邊坡主要受順坡向結(jié)構(gòu)面控制,為層狀緩傾巖石邊坡,由于開挖坡角大于結(jié)構(gòu)面的傾角,加上夾層及節(jié)理裂隙的影響,坡體的整體性降低,產(chǎn)生順層滑動(dòng)。從滑坡現(xiàn)場(chǎng)勘察發(fā)現(xiàn),該段邊坡為沿鈣質(zhì)泥巖的軟弱巖層面滑動(dòng),結(jié)構(gòu)面存在泥膜,節(jié)理裂隙發(fā)育,這類巖層遇水浸泡后易軟化,強(qiáng)度大大降低,形成軟弱層。

(2)滑坡位于地形相對(duì)低洼的部位,利于地表水富集。

(3)邊坡區(qū)巖性為灰?guī)r夾鈣質(zhì)泥巖,近期降雨量較大,地表水下滲后,補(bǔ)給量大,排泄量小,富集于灰?guī)r內(nèi),使邊坡區(qū)多層灰?guī)r含水量增大,對(duì)鈣質(zhì)泥巖進(jìn)行軟化,并于坡體下部灰?guī)r與鈣質(zhì)泥巖接觸面向外排泄,對(duì)邊坡產(chǎn)生較大孔隙水壓力,同時(shí)增加坡體重量。鈣質(zhì)泥巖受水軟化后,物理力學(xué)指標(biāo)大大降低,導(dǎo)致邊坡沿節(jié)理面拉裂,沿巖層面發(fā)生順層滑動(dòng),于邊坡二級(jí)平臺(tái)上方剪出。

(4)從現(xiàn)場(chǎng)踏勘結(jié)果來看,截水溝的效果不好,截排水能力不良,局部截水溝通過邊坡向挖方邊溝排水,沒有起到把邊坡外的水排出去的作用,而是最終流到了路基及邊坡范圍內(nèi)。

(5)深層排水管的排水效果不好,很多排水管已被堵塞沒有往外排水,只有局部有水滲出。

(6)原邊坡設(shè)計(jì)為錨索框架格梁,施工時(shí)錨索框架格梁高出坡面,不利于邊坡排水,同時(shí)錨索框架格梁沒有排水通道,導(dǎo)致坡面排水不良,雨水下滲至邊坡內(nèi),導(dǎo)致邊坡結(jié)構(gòu)面的強(qiáng)度減弱。

4 處治措施

(1)滑坡區(qū)巖體沿巖層面、節(jié)理面發(fā)生松動(dòng)破壞,穩(wěn)定性差,建議清除滑坡區(qū)內(nèi)已松動(dòng)破壞的巖塊、危巖體,并對(duì)已滑塌的邊坡進(jìn)行清理。

(2)鑒于滑坡面表面較平整,但裂隙發(fā)育,對(duì)滑坡坡面進(jìn)行灌漿處理,防止雨水下滲。

(3)由于不存在放坡條件,對(duì)坡面進(jìn)行錨索格梁加固,格梁采用斜梁的方式,以利于排水。

(4)加強(qiáng)對(duì)邊坡的監(jiān)測(cè)。

(5)做好邊坡內(nèi)外的排水設(shè)計(jì),避免地表水下滲軟化鈣質(zhì)泥巖與灰?guī)r接觸面而對(duì)坡體穩(wěn)定造成安全隱患。

(6)對(duì)滑坡兩側(cè)坡體進(jìn)行再次加固,增加該段邊坡的安全儲(chǔ)備。

5 經(jīng)驗(yàn)與建議

從該滑坡的處治可得出以下經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn):

(1)巖質(zhì)順層邊坡在路線設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)考慮對(duì)方案的影響,對(duì)于邊坡高度大于30 m或不存在放坡條件的順層邊坡,首先考慮調(diào)整平面、縱面來避讓。

(2)對(duì)于順層邊坡,潛在滑面的選擇及相應(yīng)力學(xué)指標(biāo)的選定一般并不能很好地反映邊坡的實(shí)際情況,邊坡在自然條件作用下沿內(nèi)部軟弱夾層或節(jié)理面發(fā)生滑動(dòng)的概率很大。

(3)錨索對(duì)加固順層邊坡的效果一般,尤其是對(duì)可溶巖,由于雨水下滲到坡體內(nèi),錨索與坡體間的錨固力會(huì)減弱,同時(shí)對(duì)于有覆蓋層的坡面,格梁在錨索的預(yù)加應(yīng)力作用下會(huì)產(chǎn)生相對(duì)位移,使錨索的錨固力松弛,這也就是為什么施工時(shí)按770 k N張拉檢測(cè)合格,但施工完成幾個(gè)月后部分預(yù)應(yīng)力錨索的錨固力就損失一半以上的原因。

(4)雖然一再?gòu)?qiáng)調(diào)水對(duì)邊坡的重要性,但從實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)情況來看,對(duì)邊坡內(nèi)外的截排水并沒有產(chǎn)生很好的效果,山頂截水溝匯水不好,有的甚至高出地面,有的會(huì)積水甚至漏水。再就是一味按照設(shè)計(jì)圖的5 m距離來設(shè)置,沒有根據(jù)具體情況來施工,導(dǎo)致排水不暢,甚至把水通過邊坡往挖方邊溝排,沒有達(dá)到設(shè)置截水溝的最初目的。

(5)雖然設(shè)置了坡面的深層排水管,但從現(xiàn)場(chǎng)情況來看,真正能正常出水的很少,導(dǎo)致邊坡內(nèi)的水因沒有排水通道而聚集在邊坡內(nèi),增加坡體自重,并降低邊坡土體本身的強(qiáng)度。

(6)現(xiàn)在錨索格梁加固在實(shí)際工程中應(yīng)用較多,但從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況來看,錨索格梁存在一不利影響即邊坡水排不出去。設(shè)計(jì)中多要求格梁嵌入邊坡內(nèi),一般要求格梁的頂部低于坡面5 cm,但現(xiàn)場(chǎng)的施工情況都是格梁零嵌入地附在坡面上,這樣格梁內(nèi)的積水多數(shù)都滲到了坡面內(nèi),同時(shí)水的重力作用還會(huì)把格梁底部掏空,使格梁的整體穩(wěn)定性下降甚至破損。

(7)邊坡治理過程中,水的治理是邊坡穩(wěn)定的關(guān)鍵。治水宜疏不宜堵,良好的排水通道是排除邊坡內(nèi)外水的最好途徑。鑒于普通錨索格梁存在不利于排水的缺陷,建議采用錨索斜梁加固,其排水效果很好。圖3為改進(jìn)的斜梁預(yù)應(yīng)力錨索加固設(shè)計(jì)圖,圖4為格梁的細(xì)部圖。

圖3 改進(jìn)的斜梁預(yù)應(yīng)力錨索加固設(shè)計(jì)(單位:cm)

(8)巖質(zhì)邊坡不同于一般土質(zhì)邊坡,其特點(diǎn)是巖體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、斷層、節(jié)理、裂隙互相切割,塊體極不規(guī)則,其穩(wěn)定性與巖體結(jié)構(gòu)、塊體密度和強(qiáng)度、邊坡坡度、高度、巖坡表面和頂部所受荷載、邊坡的滲水性能、地下水位的高低等有關(guān),數(shù)值模擬很難反映其真實(shí)情況。另外,巖體內(nèi)的結(jié)構(gòu)面,尤其是軟弱結(jié)構(gòu)面的存在常是巖坡不穩(wěn)定的主要因素。大部分巖坡在喪失穩(wěn)定性時(shí)的滑動(dòng)面可能有3種:一是沿著巖體軟弱巖層滑動(dòng);二是沿著巖體中的結(jié)構(gòu)面滑動(dòng);當(dāng)這兩種軟弱面不存在時(shí),也可能在巖體中滑動(dòng)。所以在邊坡設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮多種滑面滑動(dòng)的可能性,分別給出相應(yīng)的處治措施。

(9)設(shè)計(jì)措施有時(shí)并不能很好地在施工過程中表現(xiàn)出來,所以設(shè)計(jì)中要避免出現(xiàn)高的順層邊坡,若不可避免,應(yīng)考慮錨索和抗滑樁及抗滑擋墻的比選或組合使用,并以抗滑樁及抗滑擋墻來承擔(dān)主要下滑力,錨索起輔助作用。

圖4 格梁的細(xì)部(單位:cm)

參考文獻(xiàn):

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

[2]DZ/T 0219-2006,滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范[S].

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

[4]交通部第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院.公路設(shè)計(jì)手冊(cè):路基[M].第二版.北京:人民交通出版社,1996.

[5]章勇武,馬惠民.山區(qū)高速公路滑坡與高邊坡病害防治技術(shù)實(shí)踐[M].北京:人民交通出版社,1996.

[6]趙明階,何關(guān)春,王多垠.邊坡工程處治技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2003.

[7]喻智銘,羅慧,賀煒.張花高速第二十九合同段滑坡處治技術(shù)探討[J].公路與汽運(yùn),2013(5).

[8]魏麗梅,劉輝,劉翰辭,等.炭質(zhì)頁(yè)巖邊坡失穩(wěn)破壞機(jī)制及處治技術(shù)研究[J].公路與汽運(yùn),2014(5).

[9]張宗戰(zhàn).霍永高速公路滑坡治理設(shè)計(jì)[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2014(16).

[10]陳開強(qiáng).三凱高速公路臺(tái)江滑坡治理措施設(shè)計(jì)[J].公路交通科技:應(yīng)用技術(shù)版,2012(6).

[11]李剛,周向輝.路塹高邊坡穩(wěn)定性分析方法和工程實(shí)踐[J].公路交通技術(shù),2006(1).

[12]曠光洪.山區(qū)高速公路邊坡滑坡處治方法研究[J].山西建筑,2014,40(27).

收稿日期:2015-12-21

中圖分類號(hào):U418.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號(hào):1671-2668(2016)02-0143-03