黃龍圪梁隧道進口滑坡治理技術(shù)應(yīng)用

薛佃禮

(中鐵工程設(shè)計咨詢集團有限公司太原設(shè)計院，山西太原 030013)

1 概述

該滑坡位于山西省陽城至翼城高速公路黃龍圪梁隧道右幅進口外右側(cè)坡體，影響公路里程樁號為K20+750至K21+000段。該段公路采用挖方路塹通過，最大挖方深度大于16 m。由于邊坡開挖，改變了原邊坡體的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，引起該段邊坡出現(xiàn)滑動，對公路運營造成影響。

2 滑坡特征

2.1 滑坡形態(tài)特征

該處滑坡為一工程誘發(fā)的古滑坡局部復活，根據(jù)古滑坡體地層特征判斷，古滑坡形成于第四系上更新統(tǒng)?，F(xiàn)將古滑坡和局部復活的新滑坡(后面簡稱新滑坡)形態(tài)分述如下。

(1)古滑坡形態(tài)特征

古滑坡體分布于山前陡斜坡地帶，經(jīng)多年風化剝蝕以及人工改造，原始地形地貌遭到破壞。但總體看，古滑坡體原始形態(tài)仍然可以分辨，基本輪廓比較明顯。古滑坡坡腳巖土體對前緣溝谷有明顯的侵占，后壁呈規(guī)則馬蹄狀臺坎，周界明顯?；麦w相對高差90 m左右，主滑方向與設(shè)計線路方向夾角為53°。最大縱長約為320 m，一般長280～300 m，橫寬180～2OO m，尾部寬150～170 m，平均厚度約20 m，滑坡體積約100×104m3，為一大型基巖滑坡，主滑方向為193°(近NS向)。由于地層巖性、風化程度、物理力學性質(zhì)等差異，二疊系上統(tǒng)石盒子組互層狀泥巖、砂巖中形成相對軟弱層，古滑坡滑動帶位于此軟弱層中。

(2)新滑坡形態(tài)特征

新滑坡位于古滑坡中前緣，公路以挖方的形式通過古滑坡前緣，最大挖深大于16.0 m，路基的開挖導致了古滑坡中前緣局部復活，形成了新的滑坡。新滑坡主滑方向與古滑坡主滑方向一致，與設(shè)計線路方向夾角為53°，相對高差70 m左右，最大縱長約19.0 m，一般長120～180 m，橫寬120～140 m，尾部寬110～130 m，新滑面一般深17.0 m，最深約20.0 m，體積約33×104m3，為一中型堆積層滑坡，主滑方向193°(近NS向)。新滑坡滑帶位于古滑坡堆積層內(nèi)，中部和前緣多處于碎、塊石質(zhì)土和下伏棕紅色粉質(zhì)黏土交界面，后緣穿越碎、塊石質(zhì)土層?；氯踩鐖D1所示。

圖1 滑坡全貌

2.2 滑坡巖土體特征

(1)古滑坡巖土體特征

主要為古滑坡滑動后堆積的碎石類土和底部不連續(xù)分布的棕紅色粉質(zhì)黏土，整體上地層混亂，完整性差，力學性質(zhì)較差；古滑坡滑床土為二疊系上統(tǒng)石金子組風化泥巖、砂巖，地層穩(wěn)定，物理力學性質(zhì)較好。鉆孔揭露，古滑坡滑帶處于二者交界面，其含水量較上下巖土體稍高，有擠壓擾動跡象，力學性質(zhì)較滑床土差。

(2)新滑坡巖土體特征

新滑坡滑體土主要是第四系上更新統(tǒng)丁村組粉質(zhì)黏土和古滑坡堆積碎石類土。丁村組粉質(zhì)黏土土質(zhì)較均，結(jié)構(gòu)松散，含少量砂礫石，硬塑狀；堆積層以碎石類土為主，塊石、碎石分布雜亂，底部斷續(xù)分布棕紅色粉質(zhì)黏土。總體上新滑坡滑體土均一性差，力學性質(zhì)較差。新滑坡土體物理力學指標統(tǒng)計見表1。

表1 新滑坡土體物理性質(zhì)指標統(tǒng)計值

2.3 滑坡形成機理分析

新滑坡的形成原因，可以從以下幾個方面進行分析。

(1)自然因素

①地形特征

新滑坡位于古滑體前緣斜坡處，其地形特征為下部較陡，中間部位平緩，上部又稍陡。坡體上多為臺坎狀環(huán)形臺地，坡體中后部匯水面積較大，大部分坡面匯水以漫流形式排泄入兩側(cè)沖溝，排泄過程中，古滑坡堆積體容易造成大量雨水下滲。

②地層巖性

新滑坡巖土體中，古滑坡堆積層均一性差，整體物理力學性質(zhì)差，碎石類土孔隙較大，滲水條件好，下部粉質(zhì)黏土具有較好的隔水性，在大氣降水時容易聚水，從而形成軟弱面。

③水文條件

滑坡區(qū)處于大陸性暖濕帶半干旱氣候區(qū)，大氣降水量不大，但是降水季節(jié)比較集中，夏秋兩季常有暴雨出現(xiàn)。雨水以下滲為主，并在地下隔水層匯集，形成軟弱面。

(2)人為因素

該處古滑坡坡面表層第四系上更新統(tǒng)丁村組粉質(zhì)黏土分布穩(wěn)定，說明古滑坡已停止發(fā)展。陽翼高速公路的建設(shè)使古滑坡前緣被切坡開挖后形成臨空面，導致抗滑力下降，坡體失穩(wěn)，形成滑坡。

3 滑坡穩(wěn)定性分析及評價

3.1 定性分析

新滑坡后緣及兩側(cè)裂縫發(fā)育明顯，右側(cè)前緣剪出口外露并出現(xiàn)明顯滑動，說明滑坡體右側(cè)已經(jīng)發(fā)生整體變形，處于滑動狀態(tài)；左側(cè)未見明顯滑動，但亦有裂縫發(fā)育，說明左側(cè)處于蠕變狀態(tài)。

3.2 定量分析

(1)計算斷面的選取

本次選取具代表性的Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ三條縱剖面，其中以Ⅱ-Ⅱ斷面為主滑剖面，對滑坡的穩(wěn)定性進行計算及定量評價，為滑坡治理提供依據(jù)(各縱剖面計算模型見圖2～圖4)。

圖2 Ⅰ-Ⅰ縱剖面計算模型(單位：m)

圖3 Ⅱ-Ⅱ縱剖面計算模型(單位：m)

圖4 Ⅲ-Ⅲ縱剖面計算模型(單位：m)

①計算方法

根據(jù)現(xiàn)場勘察，滑面為折線形，用傳遞系數(shù)法進行穩(wěn)定性和滑坡推力計算。

②計算工況

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306—2001)，滑坡區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，基本烈度為Ⅵ度，可不考慮地震作用。考慮到新滑坡滑體主要是古滑坡堆積碎石類土，孔隙大、滲水條件好，降雨及地表匯水下滲加劇了滑帶土抗剪強度衰減，并加大了滑體自重，且靜水壓力也會加大下滑力，故滑坡的穩(wěn)定性計算采用飽和狀態(tài)下滑體自重荷載。

(2)計算參數(shù)選取

滑坡穩(wěn)定性分析計算中，滑動帶(面)抗剪強度參數(shù)是一項重要的指標，其取值受到滑面平整度、巖土特征、地下水位及側(cè)壁限制條件等多種因素的影響和控制?！稁r土工程勘察規(guī)范》(GB50021—2009)和《滑坡防治工程勘察規(guī)范》(DZ/T0218—2006)建議采用土工試驗法、反算法并結(jié)合當?shù)仄渌こ探?jīng)驗綜合確定。

①土工試驗法

勘察期間，在剪出口采取滑帶土樣6組進行室內(nèi)試驗，試驗結(jié)果見表2。

表2 滑帶土樣試驗值

注：n—頻數(shù)；min～max—最小～最大值；fm—平均值；σf—標準差；δ—變異系數(shù)；γs—修正系數(shù)；fk—標準值?？辜魪姸戎笜薱、φ值的標準值是按《巖土工程勘察規(guī)范》(GB 50021—2009)第14.2.4條進行修正后所得。

②反算法

假定滑體或地質(zhì)條件不良邊坡體處于極限平衡狀態(tài)，將滑動力(或力矩)與抗滑力(或力矩)均代入計算，然后反求滑動面(帶)上土的抗剪強度，對于黏性土，按滑動體滑面厚度或邊坡體潛在滑面厚度事先確定c值，反求φ值。根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021—2009)和《滑坡防治工程勘察規(guī)范》(DZ/T0218—2006)的建議，滑坡處于滑動狀態(tài)時，穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.00～0.95；滑坡處于變形狀態(tài)時，穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.00～1.05。滑坡前緣剪出口從右向左，剪出距離呈現(xiàn)從大到小變化趨勢。根據(jù)各斷面滑動速率的大小和變形狀態(tài)，其穩(wěn)定系數(shù)Fs取值為：Ⅰ-Ⅰ縱剖面取0.98，Ⅱ-Ⅱ縱剖面(主滑剖面)取0.97，Ⅲ-Ⅲ縱剖面位置尚未有明顯滑動，處于變形狀態(tài)，F(xiàn)s值取1.05。工程狀態(tài)下滑帶土強度參數(shù)反算結(jié)果見表3。

表3 新滑坡各縱剖面c、φ值反算結(jié)果

③抗剪強度參數(shù)建議值

在室內(nèi)試驗參數(shù)統(tǒng)計分析、經(jīng)驗類比和反演分析的基礎(chǔ)上，提出該滑坡穩(wěn)定性計算參數(shù)建議值(見表4)。

表4 滑帶土穩(wěn)定性計算參數(shù)建議值

④滑體土重度建議值

滑體土重度試驗結(jié)果為18.6 kN/m3，因其含25%左右(重度約22.0 kN/m3)的塊石、碎石，在試驗基礎(chǔ)上，應(yīng)進行加權(quán)平均，最終取值為19.5 kN/m3。

(3)滑坡穩(wěn)定性計算

按《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330—2013)中推薦的公式對在飽和狀態(tài)下的滑坡體進行驗算。計算結(jié)果見表5。

表5 穩(wěn)定系數(shù)計算結(jié)果

由表5可知，在飽和狀態(tài)下，穩(wěn)定系數(shù)Fs=0.945～1.104；不滿足《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTG D30—2015)高速公路安全穩(wěn)定系數(shù)1.20～1.30的要求。

3.3 滑坡穩(wěn)定性評價

定性分析及定量計算結(jié)果表明，古滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，新滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

4 滑坡治理工程設(shè)計

4.1 計算工況

考慮到新滑坡滑體孔隙大、滲水條件好并受降雨及地表匯水下滲影響，此時滑坡推力計算應(yīng)考慮滑體飽和狀態(tài)下的自重荷載，不考慮地震影響。

4.2 設(shè)計安全系數(shù)的選取

《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTG D30—2015)要求，對高速公路安全穩(wěn)定系數(shù)采用1.20～1.30，本次滑坡整治工程設(shè)計安全系數(shù)選用1.25。

4.3 治理方案設(shè)計

通過對該滑坡體工程地質(zhì)特征、穩(wěn)定性及與公路構(gòu)造物的關(guān)系的分析與計算，雖然縱剖面前緣位置推力較小，但是該處滑面下穩(wěn)定地層較深，且難以進行較大開挖。因此，對該滑坡采用如下治理方案。

(1)采用抗滑樁工程。在公路右側(cè)開挖頂邊線北2.5～3.0 m處設(shè)置抗滑樁進行支擋。

抗滑樁主要布置在滑體前緣滑體相對較薄、下滑推力相對較小且施工方便之處。

根據(jù)滑坡的地形地貌、物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)、基巖埋深狀況，以及穩(wěn)定性計算和滑坡推力計算、滑坡主滑方向等，對該滑坡進行抗滑樁布置?？紤]到保護的對象以及施工等因素，布置抗滑樁如下：抗滑樁為鋼筋混凝土懸臂樁，布于公路右側(cè)開挖頂邊線外2.5～3 m處，樁頂高程為826.50～838.50 m。根據(jù)不同斷面推力計算結(jié)果，共設(shè)3種樁型。其中A型樁由Ⅱ-Ⅱ斷面控制，截面尺寸為2.2 m×3.5 m，樁長為24 m，共設(shè)10根；B型樁由Ⅰ-Ⅰ斷面控制，截面尺寸為2.0 m×3.0 m，樁長為22 m，共設(shè)7根；C型樁由Ⅲ-Ⅲ斷面控制，截面尺寸為2.0 m×3.0 m，樁長為18 m、20 m和22 m三種，共設(shè)7根。

(2)樁前路基邊坡坡面采用漿砌片石護面墻防護。

(3)在滑體后緣、兩側(cè)設(shè)置截水溝截水。截水溝采用M7.5漿砌片石，梯形截面，上底寬1.2 m，下底寬0.6 m，深0.6 m，壁厚0.3 m。截水溝總長342.70 m。

(4)及時填充并夯實滑坡后方裂縫，采用30 cm厚漿砌片石對其進行封閉，防止地表水下滲。

(5)對于地下水以疏導為宜。

滑坡治理工程平面布置如圖5所示。

圖5 滑坡治理工程平面布置

5 結(jié)束語

采用傳遞系數(shù)法進行穩(wěn)定性和滑坡推力計算，經(jīng)定性分析及定量計算，確定新滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，采用裂縫修補、抗滑樁、截水溝、擋墻、地下水截排等多方位處理措施，為二次滑坡治理提供設(shè)計施工經(jīng)驗，也為已通車高速公路路塹邊坡滑坡治理提供參考。

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