臨泉鎮(zhèn)上西坡塬上土體滑塌應(yīng)急處治方案探討

蘇 鵬

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030012）

每年七八月份為山西省雨季多發(fā)季節(jié)，由于大量的降雨，誘發(fā)了多處土體發(fā)生滑塌，給當(dāng)?shù)匕傩盏纳?cái)產(chǎn)安全造成了巨大損失。如何降低土體滑塌造成的災(zāi)害，最大限度地保護(hù)當(dāng)?shù)厝罕姷纳?cái)產(chǎn)安全。抓住關(guān)鍵環(huán)節(jié)，采取有效的工程措施，及時(shí)減緩?fù)馏w滑塌變形速度，達(dá)到保穩(wěn)止滑的目的，這是處治土體滑塌的基本原則[1]。本文以太佳高速公路臨泉鎮(zhèn)上西坡塬上土體外側(cè)滑塌應(yīng)急處治工程為例，研究總結(jié)土體滑塌應(yīng)急處治工程措施，為人們今后處治類似災(zāi)害提供工程理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

2016年7月以來，山西省臨縣地區(qū)持續(xù)暴雨，暴雨過后太佳高速公路ZK168+150處路基外側(cè)土體即發(fā)生滑塌現(xiàn)象，行車道出現(xiàn)反射裂縫，路基坡腳下附近村民住房出現(xiàn)較多裂縫，山體有滑動(dòng)跡象，存在重大安全隱患。險(xiǎn)情發(fā)生后，相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)立即趕赴現(xiàn)場(chǎng)查看災(zāi)害情況并組織展開了臨時(shí)應(yīng)急處治，同時(shí)報(bào)告了地方政府和省高管局，當(dāng)?shù)卣⒓唇M織坡腳下村民進(jìn)行了疏散安置，省高管局領(lǐng)導(dǎo)當(dāng)日即趕赴現(xiàn)場(chǎng)查看情況；并通知交警對(duì)道路實(shí)施了臨時(shí)管制，對(duì)佳縣去往太原方向車輛進(jìn)行了分流。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況分析，本次滑塌滑動(dòng)面深度約為10～12 m，滑塌方量約為4.3萬(wàn)m3，屬于小型滑塌。

該處路基位于呂梁市臨縣上西坡村西北、湫水河大橋西側(cè)橋臺(tái)附近。路基形式為分離式，左右線內(nèi)側(cè)邊線相距17-21 m，左右線橫斷面整體屬半填半挖路段，右線路基以挖方為主，最大挖方高度約12 m；左線路基多為填方，最大填方高度約14 m。邊坡土體滑塌見圖1，橋頭路面沉陷見圖2。

圖1 邊坡土體滑塌

圖2 橋頭路面沉陷

2 地質(zhì)條件

滑塌區(qū)位于黃土丘陵區(qū)。路基原地形位于丘陵區(qū)邊緣的緩坡地帶，沿路線走向溝梁相間，形態(tài)呈“W”形?；鷧^(qū)前緣為一黃土沖溝，東側(cè)緣為呂梁市臨縣上西坡村。地勢(shì)北高南低，原地面坡度5°～20°。

滑塌體范圍內(nèi)地層主要由路基填土（Q4me）、滑體土（Q4del）和第四系上更新統(tǒng)（Q3eol）、中更新統(tǒng)（Q2pl）及第三系上新統(tǒng)（N2al+pl）黃土、粉土、粉質(zhì)黏土夾角礫層透鏡體組成，下伏三疊系銅川組（T2t）砂巖、砂質(zhì)泥巖。

a）路基填土（Q4me）除路面外主要由粉土組成，灰黃色、稍濕-濕。

b）滑體土（Q4del）主要由路基填土、粉土組成，局部為粉質(zhì)黏土。路基填土、粉土呈灰黃色、稍濕-濕；粉質(zhì)黏土呈棕黃色、褐紅色，可塑-堅(jiān)硬狀態(tài)。

c）第四系上更新統(tǒng)（Q3eol）巖性為灰黃色濕陷性黃土（粉土），土質(zhì)較均，具大孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育，稍濕-濕。

d）第四系中更新統(tǒng)（Q2pl）巖性為粉土、粉質(zhì)黏土，褐黃-棕黃色，含零星鈣質(zhì)結(jié)核，稍濕-濕，可塑-硬塑。

e）第三系上新統(tǒng)（N2al+pl）巖性以粉質(zhì)黏土為主，褐紅色，可塑-堅(jiān)硬，含較多鈣質(zhì)結(jié)核。局部夾角礫層透鏡體及粉土。

f）三疊系銅川組（T2t）巖性為砂巖、砂質(zhì)泥巖，灰綠色，強(qiáng)-弱風(fēng)化。

3 滑塌原因分析

3.1 主要原因

滑塌路段位于黃土丘陵區(qū)，其上側(cè)山體呈“W”形，連續(xù)降雨1個(gè)多月，且為50年一遇的暴雨。由于雨量大，雨水無法及時(shí)排走，匯集滲入路基和山體，大雨對(duì)山體的沖刷嚴(yán)重，致使落水洞發(fā)展迅速，裂縫發(fā)展加快，雨水通過落水洞進(jìn)入隔水界面，使隔水界面軟化，抗剪強(qiáng)度降低，從而導(dǎo)致路基和山體穩(wěn)定程度降低，最終失穩(wěn)。

3.2 次要原因

滑塌路段坡腳處即為耕地，當(dāng)?shù)匕傩諏?duì)耕地灌溉軟化和擾動(dòng)了坡腳，不斷開挖減小了前緣抗滑段的抗力，從而降低了山體穩(wěn)定性。

4 滑塌體剩余下滑力計(jì)算

a）由于該滑塌體已經(jīng)處于滑動(dòng)變形階段，因此穩(wěn)定系數(shù)F取0.97，采用不平衡推力傳遞系數(shù)法反演，并根據(jù)地勘資料得到滑動(dòng)界面天然狀態(tài)的強(qiáng)度指標(biāo)C=8.0 kPa，φ=8.8°飽和狀態(tài)下考慮一定折減C=8.0 kPa，φ=8.5°。

b）巖體重度 經(jīng)取樣試驗(yàn)重度標(biāo)準(zhǔn)值滑體土（黏土）為18.5 kN/m3（飽和19 kN/m3）。

c）剩余下滑力計(jì)算 采用傳遞系數(shù)法計(jì)算潛在滑塌推力，公式如式（1）：

其中：下滑力 Ti=Wisinαi，

抗滑力 Ri=Wicosαitanφi+CiLi，

傳遞系數(shù) ψ=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanφi，

式中：Pi為第i條塊剩余下滑力，kN/m；Pi-1為第i-1條塊的剩余下滑力，kN/m；Wi為第i條塊的重量，kN/m；Ci為第 i條塊內(nèi)聚力，kPa；φi為第 i條塊內(nèi)摩擦角，（°）；Li為第 i條塊滑面長(zhǎng)度，m；αi為第 i條塊滑面傾角，（°）；Ks為設(shè)計(jì)安全系數(shù)。

運(yùn)用傳遞系數(shù)法對(duì)主斷面Ⅵ-Ⅵ斷面，在正常工況（天然狀態(tài)）和非正常工況（飽水狀態(tài)）下分別進(jìn)行了滑坡推力計(jì)算，計(jì)算簡(jiǎn)圖及計(jì)算結(jié)果如圖3、表1、表 2。

圖3 Ⅵ-Ⅵ斷面計(jì)算簡(jiǎn)圖

表1 Ⅵ-Ⅵ斷面滑坡推力計(jì)算表（天然狀態(tài)下）

表2 Ⅵ-Ⅵ斷面滑坡推力計(jì)算表（飽和狀態(tài)下）

5 滑塌應(yīng)急處治

受到雨季汛期影響，地質(zhì)災(zāi)害范圍持續(xù)發(fā)展，路面沉陷已發(fā)展至1 m多，橋臺(tái)錐坡沉陷進(jìn)一步擴(kuò)大，道路邊坡繼續(xù)滑塌，村莊房屋受損程度和范圍也進(jìn)一步擴(kuò)大。其緊鄰上西坡村，目前已至32戶房屋受到不同程度的破壞，已威脅到當(dāng)?shù)匕傩盏纳?cái)產(chǎn)安全。時(shí)間緊任務(wù)重，為確保當(dāng)?shù)乩习傩盏纳?cái)產(chǎn)安全以及太佳高速公路的正常運(yùn)營(yíng)，決定采用前緣堆載+抗滑樁+路基加固+地表截排水等措施綜合治理[2]。

5.1 橋頭路基處治

為保護(hù)湫水河特大橋橋臺(tái)安全在Z2K163+423.5、Z2K163+426.1橋頭處設(shè)置兩排抗滑樁，抗滑樁截面為圓形，等邊三角形布置，邊長(zhǎng)3.0 m，直徑1.5 m，每排樁樁中心距3.0 m，樁長(zhǎng)25.0 m，共布置7根樁。具體設(shè)置情況見圖4。

圖4 橋頭抗滑樁設(shè)置

5.2 前緣堆載

為迅速保證滑塌體的穩(wěn)定性，同時(shí)為抗滑樁的快速施工提供工作平臺(tái)，在其前緣進(jìn)行堆載，堆載高度11.54 m，一級(jí)平臺(tái)10 m寬，二級(jí)平臺(tái)3.0 m，邊坡坡率1∶1.5，具體堆載情況見圖5。

5.3 防護(hù)-抗滑樁

在ZK163+417—ZK163+495路基左側(cè)第一級(jí)平臺(tái)上設(shè)置抗滑樁，抗滑樁截面為圓形，直徑為2.0 m，樁中心距4.0 m，樁長(zhǎng)18.5 m，共布置19根樁。抗滑樁設(shè)置見圖5。

圖5 斷面Ⅵ-Ⅵ抗滑樁設(shè)置

5.4 路基加固

由于左右幅路基間距為17-21 m，且無綠化，加之土體滑塌左幅路面產(chǎn)生大量裂縫，今天又遇暴雨，致使雨水滲入左幅路基，為處理左幅路基濕軟及路面下沉，在左幅路基Z2K163+428—Z2K163+528段采取高壓旋噴樁措施,旋噴樁采用正三角形布置，孔間距2.0 m，噴射直徑（樁徑）為500 mm，水泥選用42.5級(jí)硅酸鹽水泥，漿液配合比為0.8∶1，另加3%早強(qiáng)劑（水玻璃）。漿液壓力25 MPa，漿液流量80 L/min，噴嘴孔徑2～3 mm；提升速度0.2 m/min,旋轉(zhuǎn)速度20 r/min。該工程共完成高壓旋噴樁502根，總長(zhǎng)度9 506 m。旋噴樁布置平面圖見圖6。

圖6 高壓旋噴樁布置平面圖（單位：cm）

5.5 截排水

左右幅路基之間設(shè)置排水溝并綠化；右幅路基K163+533右側(cè)設(shè)一滲水井和截水墻；滲水井收集水源使水通過砂巖層滲流至他處，若滲水井積水過多，可將滲水井內(nèi)水通過抽水泵抽至公路排水系統(tǒng)，使其匯入湫水河；左幅路基設(shè)盲溝，將水引至排水溝匯入湫水河。同時(shí)恢復(fù)原設(shè)計(jì)排水溝，增設(shè)平臺(tái)截水溝和坡腳排水溝，完善排水系統(tǒng)。

6 處治效果分析

臨泉鎮(zhèn)上西坡塬上土體變形劇烈，處于加速變形階段。該滑塌土體位于上西坡村上游，一旦滑塌將會(huì)造成十分嚴(yán)重的后果。通過對(duì)滑塌體采取前緣堆載+抗滑樁+路基加固+地表截排水等措施，改變坡體結(jié)構(gòu)和應(yīng)力條件，降低下滑力，提高抗滑力，穩(wěn)定滑坡體效果明顯。通過對(duì)搶險(xiǎn)過程專業(yè)監(jiān)測(cè)的分析，上西坡塬上土體滑塌處治工程方法得當(dāng)，效果明顯，實(shí)現(xiàn)了控制和穩(wěn)定滑塌體的總體目標(biāo)。

圖7 沉降監(jiān)測(cè)曲線圖

為了檢驗(yàn)處治效果，選Ⅰ-Ⅰ斷面、Ⅱ-Ⅱ斷面、Ⅲ-Ⅲ斷面以及Ⅵ-Ⅵ斷面為典型觀測(cè)斷面，在邊坡平臺(tái)上各設(shè)位移觀測(cè)樁11處。觀測(cè)樁采用深埋混凝土樁作為位移觀測(cè)樁，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)每天觀察4次，通過3個(gè)月的監(jiān)測(cè)，位移監(jiān)測(cè)曲線如圖7。

通過沉降曲線分析可知，前一個(gè)月滑塌體處于趨于穩(wěn)定狀態(tài)，之后該滑塌體已處于穩(wěn)定狀態(tài)。

7 結(jié)論

對(duì)于類似滑塌體，一旦滑塌加速變形，出現(xiàn)滑塌前兆，準(zhǔn)備采取應(yīng)急搶險(xiǎn)措施時(shí)，可采用以下工程措施：

a）前緣堆載，推移式滑塌前緣為阻滑段，在條件允許情況下，實(shí)行前緣堆載能改變滑塌體受力條件，增加抗滑力。

b）圓形抗滑樁，在受力方向不明確的情況下，能有效增加抗滑力，保證滑塌體的穩(wěn)定，同時(shí)施工速度也較快。

c）截排水設(shè)施以及裂縫覆蓋，填封，能有效阻止地表下滲至潛在滑動(dòng)面，有效減小下滑力。

d）后緣減載，在條件允許情況下，實(shí)行后緣減載能迅速改變滑塌體受力條件，減小下滑力。