資興高速順谷嶺隧道出口古滑坡分析與治理

高 龍

(中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043)

0 前 言

古滑坡指在更新世或更早的時(shí)代曾有滑動(dòng)，而在現(xiàn)代已相對(duì)穩(wěn)定的滑坡。在道路選線的過程中對(duì)古滑坡一定要引起足夠的重視，施工單位在施工過程中，對(duì)邊坡的開挖和隧道的爆破，或者遭遇連續(xù)暴雨，都有可能導(dǎo)致古滑坡的平衡與穩(wěn)定性遭到破壞，從而引起古滑坡的再次滑動(dòng)并可能引發(fā)一系列的次生災(zāi)害[1]。廣西地區(qū)地形地貌特征就是山體眾多，山勢(shì)陡峻，溝谷河流遍布于山體之中，與之相互切割[2]，形成眾多的具有足夠滑動(dòng)空間的斜坡體和切割面，廣泛存在滑坡發(fā)生的基本條件[3]。而古滑坡由于年代較久遠(yuǎn)，而且長(zhǎng)期處于穩(wěn)定狀態(tài)，再加上本身山區(qū)地形地貌起伏變化較大，因此在地勘調(diào)查中易被忽略。

本工點(diǎn)資興高速順谷嶺隧道出口古滑坡的位置具有其特殊性:首先位于隧道出口，處理措施要考慮隧道的安全穩(wěn)定；另外緊挨著古滑坡體旁就有一處村落，更要保證村落的安全。本文通過分析古滑坡的成因，并對(duì)古滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，做出了有效的綜合治理措施[4]。

1 工程概況

本工點(diǎn)古滑坡，位于廣西壯族自治區(qū)資興高速順谷嶺隧道出口左側(cè)，勘測(cè)里程為K9+850～K10+040。古滑坡寬度約200 m，長(zhǎng)度約250 m，滑坡后緣高程為475 m，前緣高程為425 m，相對(duì)高差約50 m，滑坡表面多為水田，坡度6(°)～13(°)，滑體厚度約8～12 m不等，規(guī)模約50萬m3?；轮骰瑒?dòng)方向與路線走向呈小角度相交。天然狀態(tài)下該滑坡及滑坡體邊緣上的順谷嶺村(磚混房屋約10戶)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

順谷嶺隧道主體開挖支護(hù)工程已施工完成后，在施工隧道出口K9+979～K9+991段時(shí)，隧道出口左上方山體出現(xiàn)了裂縫。裂縫長(zhǎng)度約100 m，寬度約10～40 cm，可視深度約1～2 m。有1戶磚混結(jié)構(gòu)房屋受影響出現(xiàn)了位移開裂，房屋整體向線路大里程側(cè)位移約3 cm。

在順谷嶺隧道施工完成二襯、仰拱及洞門翼墻后，根據(jù)監(jiān)測(cè)資料，裂縫及房屋變形趨于穩(wěn)定。施工K10+001～K10+040段路基邊坡時(shí)，路基邊坡發(fā)生滑塌，同時(shí)已施工完畢的隧道出口翼墻受滑塌引起的山體變形影響，發(fā)生位移與偏轉(zhuǎn)。

邊坡發(fā)生滑塌后，在關(guān)鍵位置布置了3個(gè)觀測(cè)點(diǎn)群。通過1年期的觀測(cè)，自滑坡體開裂發(fā)生位移后，滑坡體及其上部房屋目前處于穩(wěn)定狀態(tài)，上部電線桿由于邊坡滑塌，造成較大位移。該滑坡體開裂及滑塌對(duì)隧道工程本體未造成損害，僅對(duì)隧道口翼墻造成了損壞。

2 地質(zhì)概況及成因分析

2.1 地層巖性

1)第四系全新統(tǒng):粉質(zhì)黏土(Q4dl):主要分部于地表，土質(zhì)不均，含角礫及碎石，滑坡體上部厚約5.6 m，中部厚約11 m，下部厚約8 m，硬塑。

2)糜棱巖(Ml):該滑坡體主要基巖，灰綠色，糜棱結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，礦物成分以石英和暗色礦物為主，巖石節(jié)理裂隙不發(fā)育，巖體完整。按風(fēng)化程度分為:強(qiáng)風(fēng)化糜棱巖，灰綠色，巖芯呈短柱狀及塊狀，錘擊較易碎，斷口可見云母，揭示厚度約1 m，中風(fēng)化糜棱巖，灰綠色，糜棱狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，其礦物成分主要為石英和暗色礦物等，巖芯呈柱狀、短柱狀，節(jié)長(zhǎng)10～20 cm，最長(zhǎng)30 cm，屬硬質(zhì)巖。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

線路左側(cè)發(fā)育次新斷裂，為低角度正斷層，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及鉆探揭示有糜棱巖，未見上盤物質(zhì)。該斷層對(duì)路基工程影響較小。

2.3 水文地質(zhì)

地表水在勘測(cè)期間，滑坡體周圍分布較多水稻田，其中主要為灌溉用水。由于坡體開裂地表水下滲已無明顯地表水。

基巖裂隙水賦存于糜棱巖強(qiáng)風(fēng)化層及基巖結(jié)構(gòu)面中，主要接受大氣降水補(bǔ)給。

2.4 古滑坡滑動(dòng)成因分析

現(xiàn)場(chǎng)勘探結(jié)果表明:工點(diǎn)區(qū)域地層單一，主要為第四系粉質(zhì)黏土及糜棱巖?；麦w的主要地層第四系粉質(zhì)黏土由于施工及連續(xù)降雨影響，導(dǎo)致上部粉質(zhì)黏土層前緣坡腳開挖臨空，受降雨入滲后沿基巖層匯集，軟化后沿穩(wěn)定基巖面發(fā)生蠕動(dòng)，造成滑坡體開裂及路塹邊坡滑塌。

3 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算與分析

3.1 巖土工程參數(shù)的選擇

滑坡體主要受滑面粉質(zhì)黏土的抗剪強(qiáng)度控制，它的取值根據(jù)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)資料、極限平衡反算值和工程地質(zhì)類比等綜合分析確定[5]。各巖土層物理力學(xué)參數(shù)詳見表1。

表1 巖土層物理力學(xué)參數(shù)

3.2 穩(wěn)定性分析

滑坡剩余下滑力采用傳遞系數(shù)法，計(jì)算公式如下。

Ti=FsWisinαi+ψiTi-1-Wicosαitanφi-ciLi

(1)

Ψi=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanφi

(2)

式中:Ti，Ti-1為第i和第i-1滑塊剩余下滑力，kN/m；Fs為穩(wěn)定安全系數(shù)；Wi為第i滑塊的自重力，kN/m；αi，αi-1為第i和第i-1滑塊對(duì)應(yīng)滑面的傾角，(°)；φi為第i滑塊滑面內(nèi)摩擦角，(°)；ci為第i滑塊滑面巖土粘聚力，kN/m；Li為第i滑塊滑面長(zhǎng)度，m；ψi為傳遞系數(shù)。

計(jì)算工況采用兩個(gè)工況:一為正常工況(天然工況)，荷載組合為滑體重力，滑帶土抗剪強(qiáng)度取天然值，滑體重度取飽和重度，穩(wěn)定安全系數(shù)取1.3；二為非正常工況(暴雨或連續(xù)降雨工況)，荷載組合為滑體重力，滑帶土抗剪強(qiáng)度取飽和值，滑體重度取飽和重度，穩(wěn)定安全系數(shù)取1.15。

計(jì)算得到危險(xiǎn)工況為非正常工況(暴雨或連續(xù)降雨工況)，剩余下滑力為1 207.063 kN/m。滑塊對(duì)應(yīng)滑面傾角為11.2(°)，滑坡推力1 184.046 kN/m。

4 滑坡治理設(shè)計(jì)

滑坡治理前，要根據(jù)地形、地質(zhì)和水文條件，認(rèn)真的研究滑坡的類型，并確定它的發(fā)展階段[6]；分析滑坡的主要和次要因素并考慮彼此的聯(lián)系；結(jié)合公路的等級(jí)、施工條件及其他各種情況綜合考慮，可以采取減載、反壓、支擋工程與排水相結(jié)合的綜合治理措施。由于此處古滑坡范圍較大，如采用減載方式，廢方較大，需占用大量用地，對(duì)順古嶺村的安全也會(huì)造成極大隱患。古滑坡的前緣抗滑段距離較短不適合反壓處理。綜合考慮，此處古滑坡采用設(shè)置抗滑樁和抗滑擋墻等支擋工程與截排地表水相結(jié)合的綜合治理措施。順谷嶺隧道出口古滑坡綜合治理平面總體示意圖見圖1，順谷嶺古滑坡主軸斷面設(shè)計(jì)圖見圖2。

4.1 抗滑樁

此處古滑坡主滑動(dòng)軸較長(zhǎng)有250 m，滑坡體平均厚度約9 m，以粉質(zhì)黏土為主，滑動(dòng)面坡度約11.2(°)，考慮在滑體中下部滑動(dòng)面較緩的位置設(shè)置一排抗滑樁，并在下部路塹坡腳位置設(shè)置抗滑擋土墻聯(lián)合防治。

抗滑樁錨固端內(nèi)力采用“K”法計(jì)算，彈性抗力系數(shù)“K”取480 000 kN/m3；滑坡推力按矩形分布，抗滑樁樁底支撐采用鉸接。

通過計(jì)算，在滑坡中下部設(shè)置一排1～11號(hào)抗滑樁，共11根，樁截面尺寸采用矩形2.0 m×3.0 m。錨固深度為10 m，樁長(zhǎng)20 m，樁間距為5.0 m。最大彎矩為33 174 kN·m，距離樁頂12.2 m；最大剪力為5 920 kN，距離樁頂10.0 m。抗滑樁采用C30鋼筋混凝土澆筑。

圖1 順谷嶺隧道出口古滑坡綜合治理平面總體示意圖

圖2 順谷嶺古滑坡主軸斷面設(shè)計(jì)圖

4.2 抗滑擋土墻

此處古滑坡抗滑樁下部仍有部分滑塌體需要擋護(hù)，但是剩余滑塌體的體積和下滑力已較小?，F(xiàn)場(chǎng)開挖的路塹坡腳基巖裸露，滑動(dòng)面交于路塹邊坡中部，考慮在路塹坡腳設(shè)置抗滑擋土墻作為古滑坡治理的聯(lián)合處治措施。

在K9+991～K10+035段左側(cè)挖方坡腳和從K10+035挖方坡腳開始沿與主線成45(°)夾角方向15 m長(zhǎng)范圍增設(shè)重力式抗滑擋土墻，擋土墻采用C20片石混土澆筑，擋土墻高度5～8 m，擋土墻基礎(chǔ)(墻趾)置于路肩設(shè)計(jì)標(biāo)高以下2.0 m的穩(wěn)定地層?？够瑩跬翂斣O(shè)置0.8 m×0.8 m矩形截水溝，連接滑坡截水溝，將水引排至滑坡體以外。

抗滑擋土墻墻頂按1∶1.5放坡，邊坡采用拱形骨架護(hù)坡防護(hù)。

4.3 施工順序

施工順序:a作好地表截排水系統(tǒng)，對(duì)地表裂縫開挖并分層夯填粘土，施工滑坡后緣及兩側(cè)截水溝；b開挖樁井，應(yīng)間隔兩樁跳槽開挖；c及時(shí)澆筑抗滑樁；d抗滑樁施工完畢后，分段跳槽開挖抗滑擋土墻基坑；e及時(shí)澆筑抗滑擋土墻；f施工抗滑擋土墻頂拱形骨架護(hù)坡防護(hù)。

4.4 邊坡防治監(jiān)測(cè)

為確保施工安全，對(duì)整個(gè)滑坡體、抗滑樁、抗滑擋土墻、順古嶺隧道出口靠滑坡測(cè)洞頂和順古嶺村靠近滑坡體的所有房屋設(shè)置地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)?？够瑯兜膽?yīng)力、應(yīng)變觀測(cè)點(diǎn)，沿樁身選取有代表性的3～5點(diǎn)布置。運(yùn)營(yíng)期監(jiān)測(cè)周期為公路建成運(yùn)營(yíng)后不少于1年。目前本工點(diǎn)已施工完4個(gè)月，監(jiān)測(cè)結(jié)果一切正常。

5 結(jié) 語

在早期路線選線過程中，應(yīng)盡量避免通過古滑坡位置。確實(shí)避讓不了，應(yīng)正確判斷古滑坡的存在及其規(guī)模和滑動(dòng)方向，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地形地貌、地質(zhì)和水文情況分析在施工過程中可能導(dǎo)致古滑坡再次滑動(dòng)的因素，并提前采取有效防治措施避免古滑坡再次滑動(dòng)。古滑坡體的暫時(shí)穩(wěn)定也要引起足夠重視，在施工過程中，一定要重視地表截排水系統(tǒng)的施工質(zhì)量；對(duì)爆破工藝嚴(yán)格要求，避免因爆破量太大導(dǎo)致古滑坡的“復(fù)活”。如果發(fā)現(xiàn)古滑坡再次滑動(dòng)，要盡快停止施工，人與機(jī)具迅速撤離危險(xiǎn)區(qū)，并采取切實(shí)有效的應(yīng)急處理措施。認(rèn)真做好現(xiàn)場(chǎng)人工巡視檢查、邊坡及周邊沉降、位移監(jiān)測(cè)。當(dāng)古滑坡再次穩(wěn)定后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地形地貌、地質(zhì)條件、性質(zhì)、成因類型、規(guī)模等，分析評(píng)價(jià)滑坡穩(wěn)定狀況、發(fā)展趨勢(shì)和對(duì)工程的危害程度，選擇最合適的治理措施，保證工程能夠繼續(xù)施工和通車運(yùn)營(yíng)后邊坡的安全穩(wěn)定。