石紅高速公路茴水加水站滑坡分析及整治措施★

沈康鑒　張美杰　張元峰

(1.云南石紅高速公路建設(shè)指揮部，云南 昆明　650041；

2.中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京　100078；　3.北京工業(yè)大學(xué)，北京　100124)

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石紅高速公路茴水加水站滑坡分析及整治措施★

沈康鑒1張美杰2張元峰3

(1.云南石紅高速公路建設(shè)指揮部，云南 昆明650041；

2.中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京100078；3.北京工業(yè)大學(xué)，北京100124)

介紹了石紅高速公路的工程地質(zhì)及水文條件，根據(jù)滑坡的變形機(jī)理，分析了該公路茴水加水站滑坡的穩(wěn)定性，并提出了科學(xué)有效的滑坡整治措施，保證了該邊坡的安全性。

高速公路，滑坡，地質(zhì)條件，穩(wěn)定性

0　引言

滑坡是山區(qū)高速公路建設(shè)中的常見現(xiàn)象，它可能發(fā)生在工程建設(shè)的各個階段，尤其在公路建成后出現(xiàn)滑坡，對經(jīng)濟(jì)損失和社會影響重大。國內(nèi)外針對工程滑坡的研究，意義在于盡可能地減少其發(fā)生的可能性，達(dá)到加快工程建設(shè)進(jìn)程，降低工程成本和節(jié)省投資的目的。為了對滑坡產(chǎn)生機(jī)理和處置措施進(jìn)行研究，首先根據(jù)滑坡特征及其發(fā)生、發(fā)展規(guī)律進(jìn)行分類，以便對不同的滑坡類型采用相應(yīng)的預(yù)防和處置措施。根據(jù)鐵路部門在1977年提出的“三級分類”方法[1]，滑坡分類主要有以下三種：

1)按組成滑坡的物質(zhì)及其成因?qū)⒒路譃椋憾逊e土滑坡、堆填土滑坡、黃土滑坡、粘性土滑坡和巖石滑坡等五大類；2)按主滑移面成因分為：堆積面滑坡、層面滑坡、構(gòu)造面滑坡和同生面滑坡等四類滑坡；3)按滑體厚度分為：巨厚層滑坡(>50 m)、厚層滑坡(20 m～50 m)、中層滑坡(6 m～20 m)和淺層滑坡(<6 m)等四類滑坡。

1　工程概況

1.1工程簡介

云南石屏至元江(紅龍廠)高速公路(簡稱石紅高速公路)位于紅河哈尼族彝族自治州和玉溪市境內(nèi)，路線全長54.8 km。其中，茴水加水站位于K18+700～K18+900右側(cè)，該路段處于長大下坡中上段，位于紅河水系支流他扎莫河左岸谷坡下部，谷坡呈“V”字形。加水站左側(cè)挖方邊坡最大高度約32 m，于2014年8月底開挖完成，擬設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索框架梁作為防護(hù)措施，在準(zhǔn)備實施防護(hù)工程時，該邊坡于2014年9月下旬發(fā)生了滑塌?；氯踩鐖D1所示。

圖1　K18+700^K18+900段右側(cè)路塹滑坡全貌

1.2工程地質(zhì)條件

滑坡區(qū)地處滇緬歹字型構(gòu)造體系中段東支與云南山字型構(gòu)造體系前弧西緣交匯處，小河底河大斷裂東盤，裴尼—西期底短軸向斜南翼，地層產(chǎn)狀18°∠37°，節(jié)理裂隙發(fā)育，呈碎裂構(gòu)造，該地段地震基本烈度8度，地震動峰值加速度0.2g。

對不同特征位置鉆孔探測滑坡區(qū)域地層結(jié)構(gòu)及巖性情況，共進(jìn)行7處鉆孔。根據(jù)鉆孔探測結(jié)果，滑面埋深約15 m，覆蓋土層厚度約16 m～35 m。該段地層上部為第四系殘破積層，主要為粉質(zhì)粘土，下伏地層為元古界昆陽群黑山頭組變質(zhì)板巖夾砂巖。

1.3氣象及水文條件

該地區(qū)年平均降雨量817.2 mm，蒸發(fā)量1 856.4 mm，平均氣溫18.5 ℃，降雨具有不均勻性，發(fā)生暴雨的幾率較高，且雨季洪峰流量較大，攜帶較多砂礫物質(zhì)。滑坡所處位置為地表水體匯聚區(qū)，滑坡區(qū)中部溝中有流水，殘破積層及滑坡體中未見地下水。

2　滑坡變形機(jī)理分析

滑坡產(chǎn)生的基本條件有2個：滑體前緣有足夠的滑動空間和兩側(cè)有切割面。綜合各類因素，并參考文獻(xiàn)資料[2,3]，引起邊坡滑塌的原因有4個：地形地貌、地層巖性、降水以及人為因素。

由于人工開挖使得邊坡變陡，坡體外側(cè)土體松弛，抗剪強(qiáng)度降低，主滑地段由此形成；隨著主滑地段變形范圍的擴(kuò)大，坡體向前擠壓，引起后部變形產(chǎn)生牽引地段(如圖2所示)，此時主滑段處于蠕動階段，牽引地段產(chǎn)生張拉性主動破裂；牽引地段形成之后，滑動體與后部不動坡體分離，在滑坡后緣形成弧形張裂縫，形成了“圈椅狀”的滑坡地形；滑坡前部的抗滑地段因不足以抵抗后部的巨大推力而產(chǎn)生被動破壞，形成破裂面。

圖2　滑面及滑動進(jìn)程示意圖

3　穩(wěn)定性分析與評價

3.1邊坡滑動面的確定

邊坡滑動面的正確確定是分析評價邊坡穩(wěn)定性，計算滑坡剩余下滑力的關(guān)鍵。根據(jù)地勘資料和現(xiàn)場調(diào)查，邊坡滑動面處于粉質(zhì)粘土和強(qiáng)風(fēng)化板巖交界面位置，形狀近似圓弧形，上部較陡，下部相對較緩，深度9.6 m。滑坡床位于強(qiáng)風(fēng)化板巖層，板巖屬變質(zhì)巖，較破碎，碎石狀，其強(qiáng)風(fēng)化料具有粉質(zhì)粘土的性質(zhì)，厚度9 m。板巖下部為中風(fēng)化砂巖，砂巖屬沉積巖，粘聚力較大，穩(wěn)定性較好。

在計算邊坡下滑力時以邊坡實際發(fā)生滑坡后出露的土石交界面為臨空面，以強(qiáng)風(fēng)化板巖和中風(fēng)化砂巖交界面為指定的滑動面，同時考慮既有滑坡殘留的下滑力，計算邊坡的剩余下滑力。

3.2穩(wěn)定性計算工況的選擇

根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》[4]相關(guān)規(guī)定，邊坡穩(wěn)定性分析分三種工況。其中非正常工況Ⅱ為邊坡處于地震等荷載作用狀態(tài)下的工況，巖土體參數(shù)采用飽水狀態(tài)下的參數(shù)，為最不利工況。該滑坡處于地震烈度為8度。計算邊坡剩余下滑力時按第三種工況計算，邊坡穩(wěn)定系數(shù)不小于1.15[5]。

3.3穩(wěn)定性計算

邊坡剩余下滑力的計算采用不平衡推力法，它適用于任意形狀的滑裂面，并進(jìn)行相應(yīng)的假定，將坡體土條共劃分成12個土塊，各土塊尺寸和角度如圖3所示，采用理正計算軟件中抗滑樁設(shè)計的滑坡推力計算模型，計算得到各土塊剩余下滑力。

圖3　剩余下滑力計算斷面圖(單位:m)

通過計算得到邊坡穩(wěn)定系數(shù)取1.15時，第三種工況即最不利工況下的坡腳處剩余下滑力為1 782.435 kN，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

4　整治措施

4.1整治措施方案選擇

滑坡處治的措施主要有減重、反壓和支擋等三種[6]，而抗滑樁具有抗滑能力大，支擋效果好，設(shè)置位置靈活，能及時增加滑體抗滑力且對滑體擾動小等一系列優(yōu)點被廣泛使用。根據(jù)滑坡治理原則、既有滑坡治理經(jīng)驗、現(xiàn)場實際情況及數(shù)值分析結(jié)果，擬采用部分清方+分級防護(hù)的綜合措施對茴水加水站滑坡進(jìn)行整治。

4.2整治措施設(shè)計

通過滑坡穩(wěn)定性計算和現(xiàn)場實地情況，按照經(jīng)濟(jì)可行原則最終確定滑坡整治措施：

1)在確?；w上方未動土體穩(wěn)定性不變情況下，后緣邊坡按1∶0.75放坡(見圖4)，其高度不大于15 m，采用預(yù)應(yīng)力錨索框架梁防護(hù)，以免滑體上方穩(wěn)定土體被牽引產(chǎn)生新的滑坡，從而達(dá)到根治該滑坡的目的。

圖4　防治措施典型橫斷面(單位：m)

2)在確?；瑒油馏w自身穩(wěn)定性條件下，抗滑樁樁頂上方土體按1∶2刷坡；同時進(jìn)行綠化防護(hù)及接排水措施，防止降雨和水流沖刷。

3)改河外設(shè)置一排樁板墻，抗滑樁樁長為16 m(樁頂高出河床7 m，樁底低于河床9 m)，中心間距6 m。根據(jù)地勘滑面深度，抗滑樁在滑面以上的長度(即懸臂長度)約為8 m。

4)采用粘性土及7.5號水泥砂漿填封滑體及其周邊裂縫，防止水流下滲軟化巖土體和產(chǎn)生靜水壓力危及邊坡安全。

5)滑體及其周界外側(cè)設(shè)置截水溝和排水溝，將地表水流集中收集匯入路基排水系統(tǒng)，防止其漫流威脅邊坡穩(wěn)定。

6)綠化坡面，防止降雨和水流沖刷。

5　結(jié)語

運(yùn)用鐵路部門早年提出的滑坡“三級分類”方案，對云南石紅高速公路茴水加水站一側(cè)已滑塌的邊坡現(xiàn)場進(jìn)行了較為詳細(xì)的勘測基礎(chǔ)上，對其滑坡特性進(jìn)行了分類，對滑坡形成過程和演變進(jìn)行了推理和穩(wěn)定性分析；根據(jù)分析結(jié)果提出了整治措施和防治的方案設(shè)計，使得該滑坡得到有效控制。研究結(jié)論不僅可為治理茴水加水站邊坡的穩(wěn)定性提供依據(jù)，還可為科學(xué)合理地防治山區(qū)高速公路建設(shè)工程的類似病害起到一定的借鑒作用。

[1]滑坡分類與分布專題協(xié)作組.鐵路滑坡分類方案[J].西南交通大學(xué)學(xué)報，1977(1):39-42.

[2]許強(qiáng).滑坡的變形破壞行為與內(nèi)在機(jī)理[J].工程地質(zhì)學(xué)報,2012(2):145-151.

[3]周躍峰，龔壁衛(wèi)，胡波，等.牽引式滑坡演化模式研究[J].巖土工程學(xué)報,2014(10):1855-1862.

[4]JTG D30—2015,公路路基設(shè)計規(guī)范[S].

[5]JTG B02—2013,公路工程抗震規(guī)范[S].

[6]黃幼民，唐春.邊坡與滑坡工程治理技術(shù)探討與工程應(yīng)用[J].山西建筑，2009，35(13):92-93.

Analysis of landslide mechanism and regulation measures of Huishui water station of Shihong expressway★

Shen Kangjian1Zhang Meijie2Zhang Yuanfeng3

(1.YunnanShihongExpresswayConstructionHeadquarters,Kunming650041,China；2.ChinaHighwayEngineeringConsultingCorporation,Beijing100078,China;3.BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124,China)

The paper introduces Shihong highway engineering geology and hydrology conditions. According to the landslide deformation mechanism, it analyzes the landslide stability of Huishui water station, and puts forward landslide regulation measures, so as to guarantee the landslide safety.

highway, landslide, geological conditions, stability

1009-6825(2016)21-0137-02

2016-05-17

沈康鑒(1970- )，男，高級工程師；張美杰(1986- )，女，碩士，工程師；張元峰(1989- )，男，在讀碩士

U416.14

A

★：云南省交通運(yùn)輸廳科技項目“山嶺高速公路長大縱坡與隧道及隧道群耦合路段的安全運(yùn)行環(huán)境研究”(項目編號：2014-221-02)