山區(qū)高速公路滑坡處治探索與實(shí)踐

覃 周，黃 巖

(廣西交通投資集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530022)

0 引言

近年來，廣西高速公路建設(shè)逐步向山區(qū)推進(jìn)，因地質(zhì)、施工等原因造成的邊坡滑坡、塌方等病害不斷發(fā)生，給項(xiàng)目建設(shè)和后期運(yùn)營帶來嚴(yán)重影響。因此，高速公路滑坡治理不僅關(guān)系到項(xiàng)目的工期，而且也關(guān)系到后期的運(yùn)營安全。本文以河池至百色高速公路K49+540～K49+760路塹左側(cè)滑坡治理為依托，開展了滑坡病害發(fā)生發(fā)展機(jī)理及防治技術(shù)研究，提出相應(yīng)的處治措施，對(duì)山區(qū)高速公路建設(shè)具有一定的理論意義和工程實(shí)踐意義。

1 滑坡概況

河池至百色高速公路K49+540～K49+760路段屬于路塹工程，目前正在進(jìn)行路基開挖，部分地段已開挖至路基設(shè)計(jì)標(biāo)高。該路段地層巖性為全～強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，原設(shè)計(jì)為深挖路塹，右側(cè)開挖高度最高約17 m，左側(cè)開挖高度最高約37 m，分級(jí)開挖，每級(jí)高度10 m。在路塹邊坡開挖過程中，受強(qiáng)降雨和新形成的臨空面的影響，出現(xiàn)滑坡，滑動(dòng)范圍最遠(yuǎn)處距離路基中線約100 m?；虑熬壩挥诼穳q邊坡坡面，高程約345 m，后緣位于半山腰，高程379 m，前后緣高差約34 m，左側(cè)以K49+540為界，右側(cè)以K49+760為界，前緣范圍約220 m，后緣窄，主力軸長約90 m，面積約1.1×104 m2，滑坡體厚度3～15 m，體積約8×10 m3，據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，K49+540～K49+760右側(cè)路塹邊坡暫無位移變化，處于穩(wěn)定狀態(tài)；K49+540～K49+760左側(cè)路塹邊坡水平位移最大處約3.5 m，垂直位移最大處約2.0 m，目前現(xiàn)狀處于不穩(wěn)定狀態(tài)?；侣冻鰩r層中，裂縫貫通呈圈椅狀滑坡，滑坡體周界清晰，沿周界可見明顯的裂縫及變形。開挖坡面和自然斜坡出現(xiàn)大量側(cè)移、沉降、張拉裂隙，滑體有不斷擴(kuò)大的趨勢，影響路基施工和邊坡上方水渠、村屯安全。

圖1 滑坡體全貌圖

2 滑坡結(jié)構(gòu)特征及形成機(jī)制分析

2.1 滑坡物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征

根據(jù)地質(zhì)勘查，滑坡體主要由三疊系中統(tǒng)蘭木組(T2l)全風(fēng)化粉砂巖組成，呈土夾碎石狀，結(jié)構(gòu)疏松，碎石遇水易軟化、易崩解，黏性差，抗剪能力差，滑體厚度為3～15 m?；玻褐饕獮槿B系中統(tǒng)蘭木組(T2l)強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，產(chǎn)狀260°∠15°?；瑒?dòng)面為全風(fēng)化粉砂巖和強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖的接觸面或者全風(fēng)化粉砂巖，滑帶土為全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化交界處的呈土夾碎石狀的全風(fēng)化粉砂巖，大氣降雨入滲后，沿該滑動(dòng)面向下滲流，使得滑面巖土體的抗剪強(qiáng)度降低。

2.2 滑坡形成原因

根據(jù)調(diào)查，滑坡成因主要包括內(nèi)因和外因兩個(gè)方面，其中內(nèi)因包括：地形地貌因素、地層巖性因素、水文地質(zhì)因素等；外因包括：路面車輛荷載、人類工程活動(dòng)等。

(1)地形地貌因素：場區(qū)的地貌單元為構(gòu)造剝蝕-侵蝕低山丘陵地貌，路基開挖后，路塹邊坡處在相對(duì)較低的地段，且滑坡體一帶附近有沖溝切割，利于大氣降水的匯集。當(dāng)雨水大部分匯集于該滑坡體區(qū)域，導(dǎo)致邊坡巖土體強(qiáng)度降低，開挖坡度大于自然斜坡，形成新的臨空面，在重力作用下，邊坡松散土體沿軟弱結(jié)構(gòu)面下滑。

(2)地層巖性因素：滑坡上部的土體為全風(fēng)化粉砂巖，下部為強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖。全風(fēng)化粉砂巖呈土夾碎石狀，結(jié)構(gòu)疏松，黏性差，抗剪能力較差，有相對(duì)較好的透水性，雨水容易入滲；下伏強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖較為破碎，裂隙細(xì)小，透水性相對(duì)差，地下水易于接觸面匯集，巖體泡水，抗剪強(qiáng)度降低、軟化，形成滑帶，易順著強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖表部滑出。

(3)水文地質(zhì)因素：連續(xù)暴雨，有足夠的時(shí)間下滲，同時(shí)又具有豐富的補(bǔ)給源，可大量補(bǔ)給地下水。雨水入滲滑坡體中，一方面增大土體的自重，使得土體的下滑力增加；另一方面可以迅速改變巖土體的性質(zhì)，全～強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖軟化后，降低其抗剪強(qiáng)度，在軟硬巖體接觸面形成滑動(dòng)面。

(4)路面車輛荷載因素：由于施工便道從邊坡上方經(jīng)過，過往車輛頻繁，且載重較大，大大增加了邊坡荷載，同時(shí)車輛行駛產(chǎn)生的震動(dòng)也對(duì)邊坡穩(wěn)定存在不利影響，從而滑坡變形破壞速度加快。

(5)人類工程活動(dòng)：路基開挖造成卸荷，改變自然穩(wěn)定坡體應(yīng)力條件，巖土體變形，邊坡前緣形成臨空面，邊坡巖土體發(fā)生應(yīng)力重分布，無法恢復(fù)平衡，坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

綜上所述，由于滑坡體處于相對(duì)較低的地段，坡體匯水比較集中，雨水滲入坡體，使得上部全風(fēng)化粉砂巖遇水軟化形成軟弱滑帶，路基開挖，形成臨空面，邊坡巖土體發(fā)生應(yīng)力重分布，全風(fēng)化粉砂巖在不利的地形、坡度、地下水、人類工程活動(dòng)綜合作用下，沿巖體風(fēng)化接觸面以320°方向滑出，最終導(dǎo)致滑坡的形成。

3 滑坡穩(wěn)定性驗(yàn)算

基于極限平衡理論的折線型滑動(dòng)面推力傳遞系數(shù)法對(duì)滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算分析，分別計(jì)算兩種工況下的穩(wěn)定系數(shù)。工況Ⅰ：自重(天然狀態(tài)，抗剪強(qiáng)度取天然狀態(tài)下參數(shù))；工況Ⅱ：自重+暴雨(該工況視邊坡巖土體為飽和狀態(tài)，抗剪強(qiáng)度取飽和狀態(tài)下的參數(shù))。

3.1 計(jì)算參數(shù)

巖土力學(xué)參數(shù)根據(jù)試驗(yàn)反算和經(jīng)驗(yàn)綜合確定，具體如表1所示。

表1 計(jì)算參數(shù)表

3.2 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》推薦的公式，工況Ⅰ計(jì)算滑坡推力時(shí)安全系數(shù)取K=1.30，工況Ⅱ計(jì)算滑坡推力時(shí)安全系數(shù)取K=1.15，滑坡穩(wěn)定系數(shù)結(jié)果見表2。

表2 剖面滑坡穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算表

從結(jié)果來看，工況Ⅰ(天然狀態(tài))下滑坡體穩(wěn)定系數(shù)為1.102～1.149，工況Ⅱ(飽和狀態(tài))下穩(wěn)定系數(shù)為0.941～0.996。由此可見，滑坡體在工況Ⅰ(天然狀態(tài))下整體處于基本穩(wěn)定～臨界蠕動(dòng)狀態(tài)，在工況Ⅱ(飽和狀態(tài))下處于不穩(wěn)定狀態(tài)，須對(duì)滑坡進(jìn)行治理。

4 滑坡治理方案設(shè)計(jì)

4.1 方案設(shè)計(jì)

針對(duì)滑坡的具體特點(diǎn)，根據(jù)滑坡各部分的穩(wěn)定性、推力大小、滑動(dòng)面埋深及滑坡體的特點(diǎn)，可分段采取不同的整治措施。具體方案如圖2所示。

圖2 K49+540～K49+760路塹左側(cè)滑坡治理工程邊坡立面圖

(1)K49+540～K49+610段滑坡，第一級(jí)邊坡(8 m)按1∶1.75進(jìn)行放坡，設(shè)10 m寬平臺(tái)，在平臺(tái)設(shè)A型錨索抗滑樁(共16根)，抗滑樁高出平臺(tái)4 m；第二級(jí)邊坡(4 m)按1∶1.75進(jìn)行放坡，設(shè)8 m寬平臺(tái)；第三級(jí)邊坡(8 m)按1∶1.75進(jìn)行放坡，設(shè)8 m寬平臺(tái)；第四級(jí)邊坡高度根據(jù)水渠的高程進(jìn)行調(diào)整，按平臺(tái)1∶2.0進(jìn)行放坡，設(shè)10 m寬平臺(tái)，平臺(tái)處設(shè)水渠；第五級(jí)邊坡按1∶2.25進(jìn)行放坡至坡頂。

(2)對(duì)K49+610～K49+720段，第一級(jí)邊坡(8 m)按1∶1.75進(jìn)行放坡，設(shè)10 m寬平臺(tái)，在平臺(tái)設(shè)B型錨索抗滑樁(共21根)，抗滑樁高出平臺(tái)4 m；第二級(jí)邊坡(4 m)按1∶1.75進(jìn)行放坡，設(shè)8 m寬平臺(tái)；第三級(jí)邊坡(8 m)按1∶1.75進(jìn)行放坡，設(shè)8 m寬平臺(tái)；第四級(jí)邊坡高度根據(jù)水渠的高程進(jìn)行調(diào)整，按平臺(tái)1∶2.0進(jìn)行放坡，設(shè)10 m寬平臺(tái)，平臺(tái)處設(shè)水渠；第五級(jí)邊坡按1∶2.25進(jìn)行放坡至坡頂。

(3)對(duì)K49+720～K49+760段，第一級(jí)邊坡(8 m)按1∶1.75進(jìn)行放坡，設(shè)4 m寬平臺(tái)；第二級(jí)邊坡(4 m)按1∶1.75進(jìn)行放坡至坡頂。

4.2 錨索抗滑樁設(shè)計(jì)

(1)A型錨索抗滑樁

在K49+540～K49+610段邊坡第一級(jí)平臺(tái)處設(shè)置一排A型錨索抗滑樁，共16根，樁長20 m(最小嵌巖深度≥8 m)，樁徑1.5 m，樁中心距4.5 m，抗滑樁高出平臺(tái)4 m，在樁頂下0.5 m設(shè)置一排錨索，第一排錨索長20 m，傾角20°，錨索最小嵌巖深度≥9 m，錨索采用4φ15.24，強(qiáng)度1 860 MPa的高強(qiáng)度低松弛無粘結(jié)鋼絞線，孔徑150 mm，單根錨索錨固力設(shè)計(jì)值為400 kN。抗滑樁樁頂均采用寬1.50 m、高1.0 m的C30現(xiàn)澆鋼筋混凝土系梁連接?？够瑯稑堕g采用厚0.30 m，每塊寬3.4 m的C30鋼筋混凝土擋土板，擋土板頂部與系梁底部持平，底部入土深度為50 cm，防止樁間土擠出。

(2)B型錨索抗滑樁

在K49+610～K49+720段邊坡第一級(jí)平臺(tái)處設(shè)置一排B型錨索抗滑樁，共21根，樁長25 m(最小嵌巖深度≥8 m)，樁徑2.2 m，樁中心距5.0 m，抗滑樁高出平臺(tái)4 m，在樁頂下0.5 m及3.5 m處分別設(shè)置兩排錨索，第一排錨索長35 m，傾角20°，第二排錨索長30 m，傾角25°，錨索最小嵌巖深度≥9 m，錨索采用6φ15.24，強(qiáng)度1 860 MPa的高強(qiáng)度低松弛無粘結(jié)鋼絞線，孔徑150 mm，單根錨索錨固力設(shè)計(jì)值為600 kN。抗滑樁樁頂均采用寬2.2 m，高1.5 m的C30現(xiàn)澆鋼筋混凝土系梁連接?？够瑯稑堕g采用厚0.30 m，每塊寬2.9 m的C30鋼筋混凝土擋土板，擋土板頂部與系梁底部持平，底部入土深度為50 cm，防止樁間土擠出。

5 治理效果評(píng)價(jià)

為了檢測滑坡在治理過程中的安全，對(duì)滑坡布設(shè)了檢測點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測，在K49+550、K49+590、K49+630、K49+670斷面布設(shè)觀測點(diǎn)，每個(gè)斷面沿橫斷面間隔10 m布設(shè)4個(gè)測點(diǎn)，共計(jì)16個(gè)測點(diǎn)，觀測測點(diǎn)各周期的水平位移和沉降量的大小，結(jié)果如表3所示。

表3 K49+540～K49+760路塹左側(cè)滑坡治理觀測結(jié)果表 (單位：mm)

從觀測數(shù)據(jù)來看，在施工完成后隨著時(shí)間的推移，該段邊坡水平位移和沉降量逐步趨于穩(wěn)定，在施工后的1個(gè)月后基本趨于穩(wěn)定，抗滑樁充分發(fā)揮了作用，樁體穩(wěn)定，從而驗(yàn)證了該段邊坡處治效果較好，處治方案是合理有效的。

6 結(jié)語

通過對(duì)河池至百色高速公路K49+540～K49+760路塹左側(cè)滑坡分析，得到了以下結(jié)論：

(1)滑坡體結(jié)構(gòu)疏松，碎石遇水易軟化、易崩解，粘性差，抗剪能力差，滑帶土為土夾碎石狀的全風(fēng)化粉砂巖，雨水滲入后，使得滑面巖土體的抗剪強(qiáng)度降低。

(2)滑坡形成的原因是不利的地形、巖土結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)條件和路基開挖等綜合因素作用的結(jié)果。

(3)滑坡體在未擾動(dòng)前整體處于基本穩(wěn)定～臨界蠕動(dòng)狀態(tài)，暴雨以及高速公路路基開挖導(dǎo)致滑坡體出現(xiàn)滑移，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

(4)根據(jù)滑坡自然地質(zhì)環(huán)境條件和穩(wěn)定性分析計(jì)算結(jié)果，提出了采用削坡減荷+坡面防護(hù)+排水或抗滑樁+坡面防護(hù)+排水等治理方案。施工完成后，通過后期觀測驗(yàn)證了該方案是合理可行的，對(duì)類似高速公路滑坡治理有一定的借鑒意義。

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