某隧道進(jìn)口段滑坡支擋防護(hù)方案研究

陳 海 劉 歡 胡興堯 劉 品

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 貴陽 550081)

貴州省地理位置特殊，地形復(fù)雜，在公路修建過程中難免誘發(fā)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，給施工帶來麻煩并嚴(yán)重影響周邊人們的出行活動(dòng)[1-2]，且在雨水的誘發(fā)下，滑坡的規(guī)模還會(huì)更大更嚴(yán)重[3]。為根治滑坡隱患，需結(jié)合定性分析進(jìn)行定量計(jì)算并采取治理措施[4]。通常治理滑坡的方法包括設(shè)置截水溝，增設(shè)擋土墻，加設(shè)錨桿錨索，掛網(wǎng)噴射混凝土及設(shè)置抗滑樁等，以加強(qiáng)滑坡的整體穩(wěn)定性[5-6]。同時(shí)，也可以采用2種或2種治理方案聯(lián)合使用，廖俊等[7]曾經(jīng)研究格構(gòu)錨索與排樁聯(lián)合使用的治理方案，并用于實(shí)際工程。本文結(jié)合小朋坡隧道進(jìn)口段滑坡的實(shí)際情況，通過理論分析，對(duì)該滑坡段治理方案進(jìn)行探討。

1 工程概況

本滑坡治理工程位于杭瑞高速公路貴州境內(nèi)遵義至畢節(jié)段第19合同段小朋坡隧道進(jìn)口段(YK1721+770-YK1721+950)。

小朋坡隧道為分幅隧道，左幅起訖樁號(hào)ZK1721+815-ZK1722+890，全長(zhǎng)1 075 m，最大埋深90 m，進(jìn)口設(shè)計(jì)高程1 662.57 m，出口設(shè)計(jì)高程1 682.61 m；右幅起訖樁號(hào)YK1721+810-YK1722+870，全長(zhǎng)1 060 m，最大埋深80 m，進(jìn)口設(shè)計(jì)高程1 662.57 m，出口設(shè)計(jì)高程1 682.61 m，滑坡平面位置見圖1。

圖1 滑坡平面位置圖

2 滑坡特征

1) 隧道洞口滑坡區(qū)位于大方縣鳳山鄉(xiāng)東南方向約4 km處，屬長(zhǎng)江流域?yàn)踅?，滑坡體右側(cè)沖溝內(nèi)有流水，雨季大氣降水形成地表徑流，流量不大，區(qū)內(nèi)水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。場(chǎng)區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，災(zāi)害性天氣有凝凍、冰雹、倒春寒、伏旱等。年平均降雨量1 150.4 mm，年內(nèi)分配不均，多集中于4-9月份；最大日降雨量149.4 mm。

2) 隧道位于黔北臺(tái)隆遵義斷拱畢節(jié)北東向構(gòu)造變形區(qū)，路線與苗寨向斜走向大角度相交，進(jìn)口位于向斜南東翼，出口位于北西翼。苗寨向斜位于百納以西4 km，傾角10°～30°，軸向北段近南北向，南段30°，長(zhǎng)度26 km。隧道進(jìn)口段綜合產(chǎn)狀280°∠13°，出口段綜合產(chǎn)狀95°∠25°。根據(jù)GB18306-2015 《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》及JTG B02-2013 《公路工程抗震規(guī)范》[8]，場(chǎng)區(qū)地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，地震動(dòng)峰值加速度值為0.05g，場(chǎng)區(qū)地震基本烈度為6度。

3) 該滑坡后緣距開挖斷面YK1721+830處106 m，滑坡的最大寬度有145 m，裂縫基本閉合，滑坡后緣的張拉裂縫寬約20 cm，局部位置有30 cm的錯(cuò)臺(tái)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查和前期的地勘資料判斷，該滑坡屬于牽引式的覆蓋層滑坡，主滑方向沿隧道縱向從隧道仰坡頂自上而下滑動(dòng)，牽引左右兩側(cè)的坡體，產(chǎn)生拉伸裂縫，滑面位于土石分界線，滑體平均厚度約為11 m，滑坡體積約18萬m3，屬中型滑坡。

4) 滑坡段主要地層巖性為：①黏土，呈黃褐色，可塑，厚0～17 m；①1碎石土，呈黃色，碎石成分為砂巖，粒徑40～80 mm，含量大于50%，稍密、稍濕；②基巖，隧道區(qū)出露地層為三疊系下統(tǒng)夜郎組第一段粉砂質(zhì)泥巖、二疊系上統(tǒng)長(zhǎng)興大隆組灰?guī)r、二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M煤系地層泥質(zhì)粉砂巖、炭質(zhì)泥巖及煤。

3 滑坡穩(wěn)定性分析

結(jié)合小朋坡隧道的前期勘察資料和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)繪情況綜合分析，該滑坡為覆蓋層滑坡，滑面位于土石分界線上，主滑方向沿隧道縱向從隧道仰坡至上而下滑動(dòng)，牽引左右兩側(cè)的坡體，產(chǎn)生拉伸裂縫。選取隧道右側(cè)縱斷面作為參數(shù)反算典型斷面，由于該滑坡正處于等速滑動(dòng)階段，取安全系數(shù)為0.97進(jìn)行反算；左幅邊坡采用清方方案，但考慮到路塹開挖后形成臨空面，將產(chǎn)生新的潛在滑面。根據(jù)反算結(jié)果，并參考地質(zhì)資料，推薦滑面及潛在滑面的物理參數(shù)見表1?？紤]到路塹開挖后左右兩側(cè)坡體存在橫向滑移的趨勢(shì)，右側(cè)邊坡的巖土體與縱向反算斷面巖土體相近。

表1 滑面及潛在滑面物理參數(shù)

選取典型斷面YK1721+860見圖2。取安全系數(shù)K=1.3，按上述滑動(dòng)面的力學(xué)參數(shù)，計(jì)算得選取該斷面路基右側(cè)擬設(shè)抗滑樁位置的剩余下滑推力為1 001 kN/m；同理計(jì)算得路基左側(cè)位置斷面ZK1721+880剩余下滑推力為385 kN/m。斷面YK1721+860及ZK1721+880斷面的剩余下滑力變化趨勢(shì)見圖3。

圖2 YK1721+860橫斷面(單位：m)

圖3 YK1721+860，ZK1721+880斷面塊體下滑力曲線圖

結(jié)果表明，斷面所處地段處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，需要進(jìn)一步進(jìn)行治理。

4 治理方案研究

根據(jù)滑坡的重要性及特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘地質(zhì)調(diào)匯及地質(zhì)鉆探資料，對(duì)滑坡提出不同的治理方案，并進(jìn)行比選。

4.1 抗滑樁+擋墻+清方方案(方案一)

4.1.1路基部分主要治理措施

1) 右側(cè)邊坡YK1721+770-YK1721+822段設(shè)置6 m高上擋墻，擋墻上部留10 m平臺(tái)后按1∶1.5放坡。

2) 在YK1721+822-YK1721+872段設(shè)置抗滑樁，共9根，樁編號(hào)為A1～A9，樁間和樁前采用墻包樁，抗滑樁中心距路中線17.15 m，樁長(zhǎng)18 m,樁間距6 m，截面尺寸2 m×3 m,與隧道部分的抗滑樁相接?？够瑯俄斠陨狭?0 m平臺(tái)后按坡比1∶1.5放緩邊坡。

3) 左側(cè)邊坡ZK1721+790-YK1721+885設(shè)置6 m高擋墻，在擋墻后先設(shè)置2 m的平臺(tái)后再進(jìn)行放坡，第二級(jí)邊坡坡比為1∶1.5，留10 m平臺(tái)后，最后一級(jí)邊坡按1∶2.5進(jìn)行放緩。

4) 在邊坡外側(cè)5 m左右處設(shè)置截水溝，將邊坡外的地表水引至滑坡體外。各級(jí)邊坡按照坡比放坡后及時(shí)對(duì)坡面進(jìn)行噴播植草防護(hù)。

4.1.2隧道部分主要治理措施

1) 綜合考慮清方方案及保證隧道洞口線形滿足規(guī)范要求，將原設(shè)計(jì)隧道洞口樁號(hào)向大里程方向后移5 m，即左幅隧道洞口樁號(hào)由原設(shè)計(jì)ZK1721+880調(diào)整為ZK1721+885，右幅隧道洞口樁號(hào)由YK1721+867調(diào)整為YK1721+872。

2) 調(diào)整隧道暗洞樁號(hào)，左幅隧道設(shè)置10 m明洞，暗洞樁號(hào)由原設(shè)計(jì)ZK1721+890調(diào)整為ZK1721+895，右幅隧道設(shè)置15 m明洞，暗洞樁號(hào)由原設(shè)計(jì)YK1721+877調(diào)整為YK1721+887。

3) 隧道邊仰坡采取清方方案，滑體清除后采用噴播草籽植草防護(hù)。

4) 隧道洞口左側(cè)設(shè)置4根抗滑樁，編號(hào)為B1～B4，樁號(hào)為ZK1721+889-ZK1721+904，樁間距5 m，截面尺寸2 m×3m，樁長(zhǎng)16 m；隧道明洞的右側(cè)設(shè)置4根抗滑樁，樁編號(hào)為A10～A13，樁號(hào)為YK1721+876-YK1721+891，截面尺寸2 m×3 m，樁長(zhǎng)18 m，樁間距5 m(中對(duì)中)，與洞外路基部分抗滑樁相接。

5) 隧道洞口左右兩側(cè)邊坡順接路基部分的邊坡，左側(cè)洞口抗滑樁以上邊坡坡比為1∶2.5，右側(cè)洞口抗滑樁以上邊坡坡比為1∶1.5，放緩邊坡后采用噴播草籽植草防護(hù)。

6) 隧道仰坡采用1∶1.25坡率由上向下逐級(jí)清方放緩仰坡，清方放緩后的仰坡采用噴播草籽植草防護(hù)。

7) 在洞口邊仰坡刷坡線以外5 m處設(shè)置截水溝，洞口截水溝與路基截水溝銜接，將邊仰坡以外的地表水截流并引至滑坡體外，設(shè)計(jì)平面見圖4。

圖4 設(shè)計(jì)平面圖

4.1.3抗滑樁及擋墻參數(shù)

選取右側(cè)典型斷面YK1721+860計(jì)算抗滑樁參數(shù)，要求抗滑樁嵌入中風(fēng)化地層不少于5 m，采用K法進(jìn)行計(jì)算，剩余下滑力按1 001 kN/m計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 抗滑樁計(jì)算結(jié)果

縱筋采用直徑為32 mm的HRB500鋼筋(橫截面面積為804.2 mm2)，計(jì)算得出面?zhèn)扰浣頽1≥12 588/804.2≥15.65，取16根；背側(cè)縱筋n2≥43 391/804.2≥53.96，取54根，結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)，樁的有效嵌固深度為樁長(zhǎng)的1/3～1/2較合適，上述樁長(zhǎng)滿足要求。

本次采用抗滑擋墻墻高6 m，墻身及基礎(chǔ)采用C15片石混凝土，片石含量小于20%，片石強(qiáng)度不低于MU30；截水溝規(guī)模為0.3 m×0.3 m。

4.2 抗滑擋墻+清方方案(方案二)

路基左、右側(cè)采取設(shè)置抗滑擋墻與清方相結(jié)合的方案，根據(jù)方案一反算的參數(shù)，選取YK1721+860右側(cè)斷面進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算得清方后設(shè)置擋墻處的滑坡推力為310 kN/m；ZK1721+880路基左側(cè)的滑坡推力為285 kN/m ，具體方案簡(jiǎn)要布置如下。

1) 隧道部分同方案一。

2) 右側(cè)抗滑擋墻高6 m，寬4.5 m，在抗滑擋墻后施作5 m的平臺(tái)后再按1∶3放緩邊坡。

3) 左側(cè)抗滑擋墻高6 m，寬4.5 m，在抗滑擋墻后施作5 m的平臺(tái)后再按1∶2放緩邊坡。清方典型斷面見圖5。

4) 路基放緩邊坡后采取灌木護(hù)坡。邊坡外無環(huán)形截水溝。

5) 該方案施工順序?yàn)?，先自上而下放緩邊坡，待明洞與暗洞之間的抗滑樁施工完成后再進(jìn)行隧道施工。

圖5 ZK1721+880左側(cè)典型橫斷面(單位：m)

4.3 方案比選

根據(jù)上述分析，方案一抗滑樁設(shè)置處剩余下滑力較方案二擋墻處下滑力大，結(jié)合地層條件，由于場(chǎng)區(qū)出露有粉砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖及煤等地層，土質(zhì)比較軟弱，在雨水的浸泡下存在一定的流動(dòng)性。

方案一，在主要滑動(dòng)位置處設(shè)置了抗滑樁，并且采用墻包樁的形式，避免了樁與樁之間存在支擋薄弱帶，包裹了兩樁之間的土地，有效防止土體在水的作用下的潛蝕，消除了對(duì)路基造成的威脅，并且該抗滑樁方案能夠有效減少開挖量，節(jié)省土地資源，安全性更高。但是此方案對(duì)于施工工藝要求較高，造價(jià)較高。

方案二，全段落采用抗滑擋墻，由于該工程巖性特點(diǎn)，可能會(huì)在地下水的作用下發(fā)生潛蝕，因此存在“不耐久”的隱患，該方案在抗滑擋墻基礎(chǔ)施工時(shí)容易產(chǎn)生新的滑裂面，存在著安全隱患，所以對(duì)于施工工藝要求較高，且開挖土石方量大，浪費(fèi)土地。

經(jīng)分析對(duì)比，考慮滑坡治理的“永久性”原則，保證路基的穩(wěn)定性，并且有效減少土體的開挖，滑坡主要采取方案一，即清方和抗滑樁支擋加擋墻相結(jié)合的綜合治理方案，并且增設(shè)排水設(shè)施和進(jìn)行坡面防護(hù)。

5 結(jié)語

1) 滑坡是公路建設(shè)過程中的災(zāi)害之一，及時(shí)有效地對(duì)潛在滑坡處理對(duì)于保證施工安全及減少財(cái)產(chǎn)損失極其關(guān)鍵。在公路建設(shè)施工過程中應(yīng)該采取動(dòng)態(tài)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在危害并及時(shí)處理。

2) 通過對(duì)小朋坡隧道進(jìn)口段滑坡進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)該段為覆蓋層滑坡，滑面位于土石分界線上，主滑方向沿隧道縱向從隧道仰坡自上而下滑動(dòng)，牽引左右兩側(cè)的坡體，產(chǎn)生拉伸裂縫，需要及時(shí)處理。

3) 在滑坡治理方案的設(shè)計(jì)過程中，需要結(jié)合滑坡地層的特點(diǎn)，考慮治理過后的“耐久性”，在方案合理的同時(shí)，還需考慮節(jié)約土地資源。結(jié)合該工程的特點(diǎn)，主要采取清方和抗滑樁支擋相結(jié)合的綜合治理方案，并且在適當(dāng)位置設(shè)置截水溝。

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