貴都高速公路K281滑坡變形分析及穩(wěn)定性評價

（1貴州高速公路集團(tuán)有限公司 貴州貴陽550004；2中鐵西北科學(xué)研究院 有限公司 四川成都610031）

（1貴州高速公路集團(tuán)有限公司 貴州貴陽550004；2中鐵西北科學(xué)研究院 有限公司 四川成都610031）

受2011年10月上旬持續(xù)降雨影響，貴都高速公路K281+150~K281 +215段線路右側(cè)局部出現(xiàn)路面下沉、開裂變形，路堤擋墻拉開下沉變形，墻身泄水孔出現(xiàn)滲水等現(xiàn)象。本文通過鉆探勘察和地質(zhì)測繪手段對K281段滑坡的工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件進(jìn)行了勘察，同時利用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行探測分析，并對滑坡產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析。采用推力傳遞系數(shù)法，對滑動面抗剪指標(biāo)和滑坡推力進(jìn)行了計算，并對該滑坡進(jìn)行了穩(wěn)定性計算，同時提出了加固處理措施：微型鋼管樁+錨索+排水工程設(shè)計方案，該方案對坡體擾動較小，并能確保坡體的長久穩(wěn)定安全，對類似路基滑坡治理具有一定的借鑒意義。

滑坡貴都高速公路路基變形機(jī)制穩(wěn)定性

1 前言

滑坡是山區(qū)公路的主要病害之一，在巖質(zhì)或土質(zhì)邊坡開挖路塹或填筑路基，都可能因自然平衡條件被破壞、填筑加載或坡腳開挖等原因而促使坡體失穩(wěn)，沿某一滑動面滑動，從而形成滑坡[1]。國內(nèi)外學(xué)者對眾多滑坡的形成機(jī)理和穩(wěn)定性算法進(jìn)行了研究，如：曹興松等[2]對成南高速公路K28路段半挖半填路基邊坡的穩(wěn)定性及整治方案進(jìn)行了研究；徐黎明等[3]對鶴大高速公路的二密滑坡的形成機(jī)制進(jìn)行了研究；劉世鋒[4]對青海阿通公路K109路段滑坡變形原因進(jìn)行了分析，并對其發(fā)展趨勢、規(guī)模及危害程度等進(jìn)行了研究；趙瑜等[5]對高速公路的開挖邊坡及填筑邊坡進(jìn)行了穩(wěn)定性計算，分析路基邊坡滑坡的產(chǎn)生機(jī)制，并對其穩(wěn)定性進(jìn)行了數(shù)值模擬計算。因此，路基開挖或填方的滑坡形成、變形機(jī)制及穩(wěn)定性研究一直是線路工程地質(zhì)災(zāi)害的熱點(diǎn)問題，也是山區(qū)高速公路建設(shè)的一個主要工程地質(zhì)問題，對提升線路工程建設(shè)過程中的地質(zhì)災(zāi)害防治具有重要意義。

填方路基不僅會引起路基邊坡破壞和路面變形，通常還會引起路基斜坡的整體失穩(wěn)。國內(nèi)外眾多學(xué)者研究認(rèn)為：填方路基誘發(fā)的滑坡通常與填方位置、下伏基巖的巖層巖性及產(chǎn)狀、填方高度等因素有關(guān)[6-9]。本文選取貴陽-都勻高速公路中具有代表性的K281+150～K281+215段的路基滑坡為例進(jìn)行分析，該路基滑坡受2011年10月上旬持續(xù)降雨影響，路基右側(cè)局部出現(xiàn)路面下沉、開裂變形，路堤擋墻拉開下沉變形現(xiàn)象，墻身泄水孔出現(xiàn)滲水等現(xiàn)象。通過現(xiàn)場調(diào)查、工程地質(zhì)勘察及現(xiàn)場監(jiān)測，路面裂縫在不斷變寬、變形范圍擴(kuò)大，路基變形病害惡化，變形表現(xiàn)為明顯滑坡變形特征，具有形成整體滑動的趨勢，危及路基和高架橋的安全，影響線路運(yùn)營。因此，本文通過對滑坡的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)的調(diào)查分析，對滑坡特征及滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析計算，提升高速公路中的類似滑坡認(rèn)識，對滑坡整治具有重要的理論意義。

2 滑坡區(qū)工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

貴都高速K281+130~K281+220段路基采用填方形式通過，最大填高10.2m，右側(cè)路堤坡率為1:1.25，高8m，下設(shè)衡重式擋土墻(圖1)，而受2011年10月上旬持續(xù)降雨影響使該路段具有發(fā)生滑坡趨勢。K281路基滑坡寬度60m，長約53m，滑動面埋深最大為6~15m，滑動巖土體約4萬m3，屬于中層小型滑坡體?；聟^(qū)路段位于貴州省龍里縣大井關(guān)村，屬低中山斜坡堆積地貌，相對高差約60m，滑坡區(qū)域主要位于該路段。受多期構(gòu)造影響，巖層破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，風(fēng)化強(qiáng)烈。附近巖層褶曲發(fā)育，場地（采空區(qū)）巖層產(chǎn)狀略有變化，巖層的總體走向大致為NE向，傾向NW，產(chǎn)狀300°~330°∠12°~32°，順向坡傾斜和略向大里程端傾伏。自然坡度10° ~35°左右，巖層傾角與自然坡度基本一致。在滑坡區(qū)左側(cè)（K280+950~K281+250）具有大沙坡老煤窯采空區(qū)，且距路基中線40~100m左側(cè)山坡地表出現(xiàn)塌陷和裂縫，塌陷臺階最大1.2m。

圖1 貴都高速公路K281段滑坡示意圖Fig.1 The sketch map of landslide along K281 section in Guiyang-Duyun highway

2.2 地層巖性

表1 滑坡區(qū)地層巖性特征分布Table 1 The distribution of strata in K281 landslide

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)調(diào)繪資料和勘察鉆探資料，滑坡區(qū)地層分布有筑路人工填土層（Qml），第四系坡殘積（Qdl+el）成因的角礫土、碎石土，二疊系吳家坪組（P2w）泥巖、頁巖、硅質(zhì)巖、灰?guī)r及煤層組成，具體的地層巖性特征分布見表1。

3 滑坡區(qū)水文地質(zhì)條件

K281滑坡區(qū)段巖層受多期構(gòu)造影響作用，巖層破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖層風(fēng)化嚴(yán)重，風(fēng)化裂隙發(fā)育，節(jié)理裂隙大部張開，因煤層出露淺，私采亂掘形成較大的采空區(qū)，造成斜坡塌陷，形成塌陷坑，地表裂縫發(fā)育，巖層順傾，表水及雨水易沿變形裂縫和采煤巷道下滲，構(gòu)成路基的儲水構(gòu)造和排泄通道。此外，施工便道和機(jī)耕改道施工的開挖，植被破壞，水土流失較嚴(yán)重，雨水易沿裂隙下滲巖土體；施工棄碴堆放形成局部低洼積水。K281段路堤擋墻上泄水孔雨后有水滲出，滲水孔分布在墻頂4~5米以及墻腳附近，地下水主要沿填挖接觸帶滲出。地下水的主要來源為降水補(bǔ)給，以及采煤巷道和基巖張節(jié)理裂隙水補(bǔ)給。

4 滑坡變形機(jī)制

K281滑坡區(qū)組成斜坡體巖層主要為強(qiáng)風(fēng)化泥巖、頁巖和軟弱風(fēng)化硅質(zhì)巖，薄層狀，巖層破碎，頁巖和泥巖遇水易軟化，為易滑巖組。巖層順傾向外，存在沿頁巖泥巖軟弱夾層順層滑動的可能性，斜坡體穩(wěn)定性差?；聟^(qū)的變形主要為路基變形及擋墻變形，而路基變形主要表現(xiàn)為路面出現(xiàn)裂縫，路面縱向裂縫最長約30m，裂縫寬約3cm，橫向裂縫長約4m，寬約2cm；擋墻變形主要表現(xiàn)為坡腳擋墻沿伸縮縫開裂，出現(xiàn)明顯裂縫，裂縫寬約3~5cm，另外擋墻向外錯動，至墻角最為明顯，向外錯出約5cm。

K281滑坡區(qū)的路基位于大沙坡采空區(qū)上部，煤層埋深較淺，煤層產(chǎn)狀較為平緩，一般在10°～30°之間，巷道大部未支護(hù)，形成較大的采空區(qū)，造成斜坡地表塌陷較為明顯，形成塌陷坑，地表裂縫發(fā)育，表水及雨水易沿變形裂縫和采煤巷道下滲，構(gòu)成路基的儲水構(gòu)造和排泄通道。組成路基坡體巖層順傾向外，采空區(qū)上部巖層主要為強(qiáng)風(fēng)化泥巖、頁巖和軟弱風(fēng)化硅質(zhì)巖，薄層狀，巖層破碎，頁巖和泥巖遇水易軟化，巖土體強(qiáng)度降低較大，存在沿頁巖泥巖軟弱夾層順層滑動面，從而造成滑坡。由于采空區(qū)的坑口未處理，雨水易于聚集，易沿采煤巷道和巖層裂隙下滲，同時利用地質(zhì)雷達(dá)探測對路基下部及采空區(qū)進(jìn)行探測，發(fā)現(xiàn)路基下部空隙、空洞明顯（圖2和圖3）。

以現(xiàn)有地面線為基準(zhǔn)面，埋深為0。依據(jù)雷達(dá)探測結(jié)果，結(jié)合地形地貌、地質(zhì)調(diào)繪和路基施工處理及本次勘察鉆探等資料，貴都高速K281+124~K281+250段內(nèi)：

表2 貴都高速地質(zhì)雷達(dá)檢測結(jié)果匯總Table 2 Test results of geological radar along K281 section in highway

地質(zhì)雷達(dá)檢測的結(jié)果顯示，在部分地段在處理過后仍存在部分區(qū)域填筑不密實(shí)，存有裂隙或空洞，處理結(jié)果未達(dá)到預(yù)期效果。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和路基設(shè)計資料，目前路基變形范圍基本上位于未能進(jìn)行強(qiáng)夯的范圍，該區(qū)段填土層較厚，斜坡上部堆載較大，造成路基斜坡整體穩(wěn)定性降低，加之采空區(qū)采煤坑口、巷道和塌陷裂縫未能完全充填封閉和處理，易于雨水的下滲，順巖層裂隙和采煤巷道在坡腳附近聚集與排泄，長期浸潤巖體，巖土強(qiáng)度逐年降低，路基斜坡穩(wěn)定性變差。路基坡體沿著堆填接觸面和風(fēng)化界面滑移，以及沿煤層頂部的軟弱夾層產(chǎn)生順層滑動變形，形成路基滑坡病害。

圖2 貴都高速K281+220~K281+248段地質(zhì)雷達(dá)彩圖Fig.2 The geological radar colored image along K281+220~K281+248 in highway

圖3 貴都高速K281+220~K281+248段地質(zhì)雷達(dá)波形圖Fig.3 The geological radar waveform image along K281+220~K281+248 in highway

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查和本次工程地質(zhì)勘察情況，該區(qū)段填土層較厚，斜坡上部堆載較大，造成路基斜坡整體穩(wěn)定性降低，加之采空區(qū)采煤坑口、巷道和塌陷裂縫未能完全充填封閉和處理，易于雨水的下滲，順巖層裂隙和采煤巷道在坡腳附近聚集與排泄，長期浸潤巖體，巖土強(qiáng)度逐年降低，路基斜坡穩(wěn)定性變差。路堤下衡重式擋墻基礎(chǔ)位于強(qiáng)風(fēng)化泥巖、頁巖中，巖層軟弱遇水易軟化，擋墻附近地下水易于富集，巖土體含水量相對較大，墻體荷載較大，基礎(chǔ)巖土在長期載荷下可能產(chǎn)生蠕變，巖土強(qiáng)度逐步降低，造成墻體下沉形變作用，上部土體產(chǎn)生沉降，表水下滲，墻踵范圍巖土含水量增大，加劇墻體基礎(chǔ)的蠕動變形作用，以及沿煤層頂部的軟弱夾層產(chǎn)生順層滑動變形，形成路基滑坡病害，路面下沉開裂，最終演變成滑坡。

5 滑坡穩(wěn)定性評價

國內(nèi)目前常用的滑坡推力計算方法是傳遞系數(shù)法，在相關(guān)規(guī)范中也明確規(guī)定將其作為折線形滑坡穩(wěn)定性分析和滑坡推力計算的方法[10-11]，本文選擇K281+170和K281+191兩個斷面，利用推力傳遞系數(shù)法，對路基滑坡滑面進(jìn)行了穩(wěn)定性計算，對滑動面抗剪指標(biāo)進(jìn)行了反算和對滑坡推力進(jìn)行了計算。

圖4 K281+170斷面穩(wěn)定性計算條塊劃分示意簡圖Fig.4 Simplified Sketch map of bar in stability calculation along K281+170 section

根據(jù)工程地質(zhì)勘探資料，并依據(jù)相關(guān)規(guī)定[12-13]，類比同地區(qū)同條件的工程經(jīng)驗(yàn)確定滑坡穩(wěn)定性計算所需的主要巖土物理力學(xué)參數(shù)值如表3所示。

表3 滑坡穩(wěn)定性計算主要巖土物理力學(xué)參數(shù)Table 3 The physical mechanical parameters of rock in stability calculation of landslide

基于該滑坡變形現(xiàn)狀所對應(yīng)的穩(wěn)定程度，選擇軟弱夾層參數(shù)，反算軟弱夾層的主滑帶力學(xué)參數(shù)。反算巖土物理力學(xué)參數(shù)如表4所示。

表4 巖土物理力學(xué)參數(shù)反算指標(biāo)Table 4 The back-calculation physical and mechanical parameters of rock

通過對K281+170和K281+191兩典型滑坡斷面進(jìn)行穩(wěn)定性計算結(jié)果表明，K281+170斷面滑帶在正常工況下穩(wěn)定性系數(shù)為0.981，暴雨工況為0.910，邊坡均處于不穩(wěn)定狀態(tài)；K281+191斷面滑帶在正常工況下穩(wěn)定性系數(shù)為0.973，暴雨工況為0.907，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查可以看到路基滑坡病害變形處于擠壓蠕動變形向滑動變形發(fā)展階段，應(yīng)及時進(jìn)行治理。

該路基變形目前已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的滑動變形跡象，而且，滑坡有向大里程端橋臺向后部發(fā)展的趨勢，如果引起較大規(guī)模的滑動變形很有可能會影響到高速公路的安全運(yùn)營，甚至造成斷道等危險。因此，本病害治理工程設(shè)計需適合搶險施工的需要，以便于施工，盡快處治為原則，盡量減小擾動以降低對滑坡整體穩(wěn)定性的影響。基于以上設(shè)計思路，經(jīng)過治理工程方案的比選，本病害治理工程設(shè)計采用微型鋼管樁+錨索+排水工程設(shè)計方案，該方案在路堤下衡重式擋墻上設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索加固路基，在擋墻墻趾前設(shè)置一排微型鋼管樁注漿加固支擋，結(jié)合坡體疏排水措施綜合治理。在應(yīng)急臨時坡體疏排水工程的基礎(chǔ)上，首先施工錨索工程和橋臺錐坡處微型樁，其次為擋墻前微型鋼管樁工程，然后坡體疏排水工程，最后為擋墻和排水系統(tǒng)的修復(fù)完善以及路面的修復(fù)工程。

表5 滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果Table5 Result of stability calculation along K281 landslide

6 結(jié)論

通過貴都高速公路K281滑坡的地質(zhì)調(diào)查、理論分析及穩(wěn)定性計算，可得到以下結(jié)論：

（1）本路基滑坡區(qū)段巖層受多期構(gòu)造影響作用，巖層破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖層風(fēng)化嚴(yán)重，風(fēng)化裂隙發(fā)育，節(jié)理裂隙大部張開，對路基變形及擋墻變形產(chǎn)生了重大影響。

（2）本滑坡變形主要由于路基下方具有采空區(qū)，而且采空區(qū)采煤坑口、巷道和塌陷裂縫未能完全充填封閉和處理，易于雨水的下滲，順巖層裂隙和采煤巷道在坡腳附近聚集與排泄，長期浸潤巖體，巖土強(qiáng)度逐年降低，路基斜坡穩(wěn)定性變差。路基坡體沿著堆填接觸面和風(fēng)化界面滑移，以及沿煤層頂部的軟弱夾層產(chǎn)生順層滑動變形，形成路基滑坡病害。

（3）本路基滑坡可采用微型鋼管樁+錨索+排水工程設(shè)計方案，且在路堤下衡重式擋墻上設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索加固路基，在擋墻墻趾前設(shè)置一排微型鋼管樁注漿加固支擋，結(jié)合坡體疏排水措施綜合治理。在應(yīng)急臨時坡體疏排水工程的基礎(chǔ)上，首先施工錨索工程和橋臺錐坡處微型樁，其次施工擋墻前微型鋼管樁工程，然后在坡體進(jìn)行疏排水工程，最后施工擋墻和排水系統(tǒng)的修復(fù)完善及路面的修復(fù)工程。

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貴都高速公路K281滑坡變形分析及穩(wěn)定性評價

■潘慶1張志強(qiáng)2

P642[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-10-451-4

潘慶（1972～），男，本科，高工，研究方向?yàn)楦咚俟芳夹g(shù)管理。張志強(qiáng)（1971～），男，本科，高工，研究方向?yàn)閹r土工程勘察設(shè)計。