G4216仁沐新高速公路新市互通區(qū)巨型滑坡處治方案

， ， ， ，有成

(1.四川省交通運輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院， 四川 成都 610041；2.西華大學能源與環(huán)境學院， 四川 成都 610039)

1 工程概況

G4216線仁壽經(jīng)沐川至新市高速公路是《國家公路網(wǎng)規(guī)劃》新增展望路線成都至麗江公路的重要組成部分。成都至麗江公路起于成都，經(jīng)仁壽、犍為、金陽、會東、攀枝花，止于云南省麗江市[1]。

同時作為四川省高速公路規(guī)劃網(wǎng)中的組成部分，與 “遂寧-資陽-眉山”、“樂山-自貢”、“樂山-宜賓”及“宜賓-攀枝花”等高速公路形成“十字”型的高速公路為主骨架的現(xiàn)代化區(qū)域公路交通網(wǎng)絡(luò)體系，對完善四川省高速公路網(wǎng)及區(qū)域公路網(wǎng)，有效實現(xiàn)成都、攀西、川南三大經(jīng)濟區(qū)之間的便捷連接，帶動三大經(jīng)濟區(qū)之間的交通運輸和經(jīng)濟往來，使成都、攀西、川南三大經(jīng)濟區(qū)資源共享、產(chǎn)業(yè)互補、實現(xiàn)經(jīng)濟一體化，促進區(qū)域社會經(jīng)濟快速發(fā)展意義重大[2]。

新市節(jié)點高速公路規(guī)劃布局圖見圖1。

圖1 新市結(jié)點高速公路規(guī)劃布局圖

2 地質(zhì)概況

測區(qū)位于四川盆地西南邊陲向云貴高原過渡地帶，地勢總體南高、北低。場地屬侵蝕構(gòu)造單面山中山區(qū)，溝谷呈“V”型，臨近最高峰為五指山脈，海拔可達2 008.7 m。

線路走廊帶場地附近海拔高程360～740 m，互通區(qū)附近相對高差約380 m。中都河從場地的左側(cè)通過，位于線位的左側(cè)，距離線位最近約450 m，由于此處中都河位于金沙江向家壩水電站庫區(qū)尾部，河面寬闊，在200～500 m，水深一般在5 m以上，水流較為靜止。

擬建新市互通位于中都河右側(cè)斜坡中下部，斜坡呈折線狀，下緩上陡，緩坡地帶多為第四系松散層多覆蓋，最大厚度可達74 m，被墾為旱地，局部有少量的冬水田，陡坡地帶多為基巖裸露，出露巖性為砂泥巖互層[3]。場地不良地質(zhì)主要有滑坡、崩坡堆積體及裂隙，分布有4個滑坡、1個崩坡堆積體及危巖體(見圖2)，分別為④號滑坡、⑤號滑坡、⑥號滑坡、⑦號滑坡和①號崩坡堆積體，其中④號滑坡可分為④-1滑坡、④-2滑坡、④-3滑坡和④-4滑坡。滑坡與堆積體位置見圖2。

3 ④號巨型滑坡穩(wěn)定性評價

④號滑坡規(guī)模最大，且新市互通場址位于其中部，這種巨型滑坡的穩(wěn)定性對路線方案的成立與否起決定性作用[4-6]；因此也是本文的研究重點。

根據(jù)滑坡特征及成因?qū)ⅱ芴柣路殖散?1滑坡、④-2滑坡、④-3滑坡和④-4滑坡(見圖3)。④-1滑坡和④-2滑坡作為一個整體來評價，其余兩個分開進行評價。④號滑坡和⑤號滑坡的現(xiàn)場航拍照片見圖3。

3.1 滑坡的分布位置、形態(tài)特征及規(guī)模

3.1.1 ④-1滑坡和④-2滑坡

滑坡分布在中都河右岸的斜坡中下部，該滑坡縱向長約280 m，橫向約500 m，鉆探揭露滑體厚度9.4～66.80 m，平均厚度約40 m，約560萬m3，屬巨型滑坡。滑體出露為滑動變形的粉砂質(zhì)泥巖夾細砂巖塊體，下伏穩(wěn)定基巖亦為該套地層。

整個滑坡平面形態(tài)呈方形，滑動方向為114°，與巖層傾向正交。滑坡體部位地形起伏稍有變化，前緣突出，形成陡坡，橫坡約40°～45°，高約10～20 m，基巖未解體完全，可見成片的粉砂質(zhì)泥巖塊體。滑坡中后緣為一平臺，橫坡約10°～15°，平臺的后緣為基巖陡坎，坎高30～60 m，出露巖性為粉砂質(zhì)泥巖夾薄層細砂巖，滑體上現(xiàn)被開墾為旱地，種植有玉米和橘子樹。

圖2 滑坡與堆積體位置示意圖

圖3 ④號滑坡和⑤號滑坡地形示意圖

3.1.2 ④-3滑坡

整個滑坡平面形態(tài)呈錐形，滑動方向為114°，與巖層傾向正交，滑體整體向外凸出，橫坡約30°～40°，坡表被墾為旱地，局部有灌木，滑體兩側(cè)發(fā)育內(nèi)凹微沖溝，滑體上發(fā)育眾多下挫式裂縫，裂縫寬5～10 cm，下挫5～20 cm(見圖4)，現(xiàn)處于蠕動變形狀態(tài)。

圖4 下挫變形照片

3.1.3 ④-4滑坡

整個滑坡平面形態(tài)上呈圓弧圈椅狀，前緣形成陡坡，坡高2～5 m，陡坡直接與砂巖陡坎接觸，滑坡后緣為圓弧形平臺，呈內(nèi)凹，平臺后緣為2～4 m的泥巖陡坎，滑體中部經(jīng)后期改造強切，現(xiàn)在都被開墾為旱地，種植有玉米等莊稼。地表未見有任何拉裂變形等痕跡，據(jù)當?shù)乩相l(xiāng)介紹，近100 m也未曾復(fù)活變形過，現(xiàn)狀處于整體基本穩(wěn)定狀態(tài)。

由于④-4滑坡距離線位較遠，且與④-1、④-2和④-3滑坡沒任何關(guān)系；因此只要不對④-4滑坡和滑坡前緣的陡坡進行施工擾動的話，可以對④-4滑坡僅做監(jiān)測即可。如果對④-4滑坡前緣陡坡(即④-1滑坡及其后緣)進行清方而不采取預(yù)加固措施，可能會導(dǎo)致④-4滑坡復(fù)活從而影響新市互通。

3.2 滑坡的穩(wěn)定性評價

根據(jù)滑坡現(xiàn)有狀態(tài)及分布規(guī)律，根據(jù)上述穩(wěn)定性分析，④-1、④-2、④-3和④-4滑坡現(xiàn)天然和暴雨工況下均處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

擬建互通從④-1滑坡和④-2滑坡中部穿過，④-3和④-4滑坡位于線位的左側(cè)，對擬建互通存在影響的是④-1、④-2和④-4滑坡。擬建互通的修建勢必影響④-1滑坡和④-2滑坡的穩(wěn)定性，極易使④-1滑坡和④-2滑坡產(chǎn)生復(fù)活，將會對互通產(chǎn)生破壞性影響；④-4滑坡位于擬建互通的高位，④-4滑坡在極端天氣下易出現(xiàn)失穩(wěn)，其失穩(wěn)將對互通的修建和營運產(chǎn)生極大的破壞。

4 滑坡推力計算

4.1 參數(shù)的確定

4.1.1 試驗參數(shù)

據(jù)鉆探揭示，滑坡滑帶(面)土為全風化粉砂質(zhì)泥巖，十分破碎，呈角礫狀，局部夾有黏土層。根據(jù)現(xiàn)場采取原狀土樣試驗成果，結(jié)合現(xiàn)階段滑坡體穩(wěn)定性特征反算求得C、φ值。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，地下水的不良作用明顯，滑坡土體呈軟塑狀-可塑狀，因此蠕滑帶(面)土的參數(shù)結(jié)合《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTG D30—2015)及經(jīng)驗參數(shù)取得。

滑坡帶土天然快剪試驗參數(shù)：φ=17°～22.6°，C=45～70 kPa；飽和剪切實驗參數(shù)：φ=10.5°，C=13 kPa；滑坡以塊石為主，天然密度2.1 g/cm3，飽和密度2.2 g/cm3。

按照《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTG D30—2015)推薦的公式，采用傳遞系數(shù)法對1-1’和2-2’剖面滑體進行穩(wěn)定性驗算[7]。

Ti=FSWisinαi+ψiTi-1-Wicosαitanφi-ciLi

(1)

ψi=cos(αi-αi+1)-sin(αi-αi+1)tanφi+1

(2)

式中：Ti為第i滑塊剩余下滑力，kN/m；FS為穩(wěn)定系數(shù)；Wi為第i條塊的重力，浸潤線上取天然重度，浸潤線以下取飽和重度，kN/m；αi為第i條塊的重力線與通過此條塊底面中點半徑之間的夾角,(°)；Li為第i條塊的滑動面長度,m；ci為第i條塊滑面黏聚力,kPa；φi為第i條塊滑面內(nèi)摩擦角(°)；ψi為傳遞系數(shù)。

地震力計算：由于滑坡區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度，計算時應(yīng)考慮地震力的影響[8]。驗算結(jié)果見表1。

表1 主滑剖面驗算表

由表1可知，利用試驗室得到的c、φ值計算出來的滑體的安全系數(shù)小于1，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，與實際調(diào)查情況(現(xiàn)場調(diào)查該滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài))不符，因此該滑坡的滑體強度參數(shù)不能用試驗參數(shù)，應(yīng)結(jié)合滑坡實際穩(wěn)定情況進行反算。

4.1.2 反算參數(shù)

鑒于④號滑體整體處于基本穩(wěn)定狀況，對主滑剖面按1.1進行參數(shù)反算，得到天然工況下滑體力學參數(shù)如下：λ=21 kN/m3，c=19 kPa，φ=18.5°；暴雨工況下參照經(jīng)驗，適當降低參數(shù)：λ=22 kN/m3，c=18 kPa，φ=17.5°。

4.1.3 參數(shù)確定

因此處滑帶土很薄，部分含有較多角礫，鉆探中取得的樣品無法完全代表整個滑帶土的真實情況，因此，取按反算得到的滑帶抗剪參數(shù)。

4.2 剩余推力計算

對①-④號滑坡剖面(見圖5)分別進行天然工況(安全系數(shù)取1.3)、暴雨工況(安全系數(shù)取1.2)的剩余推力，計算結(jié)果如表2所示。

圖5 4條計算剖面平面圖

可以看出，主滑剖面和3-3剖面處剩余推力巨大，遠超一般工程措施承受限度。在比選了“直接支擋方案(滑坡前緣直接設(shè)抗滑樁防護，無法處治)”“完全清方方案(清方量約300萬m3，工期無法保證，施工組織困難，易誘發(fā)次生災(zāi)害)”后，選擇了清方+抗滑樁+錨索防護的綜合手段。

表2 ①-④號滑坡剖面推力計算成果表 kN/m

5 處治方案設(shè)計

由于滑坡規(guī)模巨大，在清方設(shè)計中采用的理念是“清方后確保整體穩(wěn)定，即清方后不做其他防護即可滿足天然工況(安全系數(shù)取1.3)、暴雨工況(安全系數(shù)1.2)、地震工況(安全系數(shù)1.2)的安全儲備”。在確?；麦w整體穩(wěn)定的情況下，采用瑞典圓弧法搜索最危險次級滑面。

結(jié)合地勘土層劃分，對上下兩層土體(上層為含碎石粉質(zhì)黏土，下層為碎石、塊石)分別取參數(shù)如下：上層土體λ=21 kN/m3，c=20 kPa，φ=22°、下層土體λ=22 kN/m3，c=20 kPa，φ=30°。通過搜索最不利滑面，得到最不利局部滑面位置如圖6所示。

圖6 最不利局部滑面位置

經(jīng)計算該滑面天然工況安全系數(shù)為1.1，在天然工況安全系數(shù)取1.3、地震及暴雨工況安全系數(shù)取1.2的情況下，得到最大剩余推力約1 100 kN/m。

在此基礎(chǔ)上，針對影響互通方案的4號滑坡制定如下處治方案。

5.1 ④-1、④-4區(qū)滑坡處治

該區(qū)定義為滑坡1區(qū)。

對K155+770～K156+050段采取沿530.00高程按15%橫坡清方至巖土界面，后沿巖土界面清方至滑坡后緣，同時對后部清方形成的高邊坡采取豎梁錨桿、錨索防護?；w中前部設(shè)一排抗滑樁對坡體進行預(yù)加固，同時預(yù)防次級滑面的產(chǎn)生；此外，清方后緣15 m處設(shè)30根1.5 m×2 m截面、樁長20 m抗滑樁對后部④-4高位中型滑坡堆積體進行預(yù)加固。

對應(yīng)典型斷面1-1、2-2如圖7、圖8示。

圖7 主滑斷面1-1處治設(shè)計方案

圖8 2-2斷面處治設(shè)計方案圖

對應(yīng)左右線橋位處清方處治方案如圖9、圖10所示。

圖9 右線橋位處清方處治方案圖

圖10 左線橋位處清方處治方案圖

5.2 ④-2、④-3區(qū)滑坡處治

該區(qū)定義為滑坡2區(qū)。

對此段沿最外側(cè)的B匝道設(shè)計標高進行清方(原設(shè)計B匝道最大挖深約30 m)，單個斷面增加清方量約1 900 m3，同時對后部形成的高邊坡采取豎梁錨桿、錨索防護；在滑坡前緣、橋梁外8 m左右設(shè)一排預(yù)加固圓形抗滑樁。對應(yīng)典型斷面3-3、4-4如圖11、圖12示。

圖11 3-3斷面處治設(shè)計方案圖

圖12 4-4斷面處治設(shè)計方案圖

5.3 方案總體布置圖

具體施工順序為：1)施工坡口外預(yù)加固抗滑樁；2)進行1區(qū)、2區(qū)清方的同時，進行后緣高邊坡防護清方；3)完成滑坡前緣預(yù)加固抗滑樁；4)按互通區(qū)設(shè)計圖紙施工橋、路工程。其平面布置見圖13。

圖13 互通區(qū)巨型滑坡處治總體方案平面布置圖

5.4 處治費用估算

主要處治工程數(shù)量粗估如下：抗滑樁C30砼20 380 m3，約4 100萬元；豎梁錨桿、錨索25 000 m，約900萬元；增加清方100萬m3～110萬m3，約2 000萬元。總計處治費用約7 000萬元。

6 結(jié)論

G4216線仁壽、沐川至新市高速公路止點新市互通場址區(qū)發(fā)育多處巨型滑坡，且新市鎮(zhèn)作為仁沐新高速、宜新高速、新金高速、串新高速等4條高速公路交接的重要結(jié)點，有設(shè)落地互通的需求；因此，給互通區(qū)的工程防護、處治設(shè)計提出了巨大挑戰(zhàn)。

整個處治的理念可以概括為“清方減載實現(xiàn)整體穩(wěn)定，前緣設(shè)樁加固次級滑面，后緣錨桿(索)加固清方形成的高邊坡，小截面抗滑樁支擋頂部中小型滑坡，結(jié)合坡面截排水措施共同防護”。該方案經(jīng)相關(guān)專家多方論證，可以達到確?；ネüこ痰陌踩\營的目的。

另一方面，由于處治費用高昂、施工組織難度巨大，該方案也在與多個路線繞避方案進行綜合比選。