半成巖地層高邊坡失穩(wěn)成因分析與治理

崔躍飛

摘 要：為研究半成巖類型高邊坡的失穩(wěn)機(jī)理和破壞模式，選取某高速某半成巖地層高邊坡失穩(wěn)工點(diǎn)，從工程地質(zhì)、氣象條件、變形特征等多方面對(duì)失穩(wěn)成因進(jìn)行分析，并根據(jù)潛在滑面進(jìn)行了邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，據(jù)此提出了該高邊坡加固治理措施。

關(guān)鍵詞：高速公路;軟巖高邊坡;失穩(wěn);半成巖地層;軟弱面;治理措施

中圖分類號(hào)：U416.14 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 工程概況

哈達(dá)鋪停車區(qū)BK0+400～K271+650段右側(cè)邊坡位于停車區(qū)加速車道與主線的過渡段，最高邊坡為6級(jí)，最大邊坡高度43 m。邊坡高度采用8 m分級(jí)，平臺(tái)寬度2 m，平臺(tái)設(shè)排水溝，第一，第二級(jí)坡率均為1：0.75，第三，第四級(jí)坡率取1：1.00，第五級(jí)坡率取1：1 25，第六級(jí)放緩邊坡坡率1：5.00，坡腳設(shè)置2 m寬碎落臺(tái)。第一，第四級(jí)邊坡采用錨桿框架梁防護(hù);第二，第三級(jí)邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨索框架梁防護(hù)，錨索長(zhǎng)度28 m，錨固段長(zhǎng)度10 m，單孔設(shè)計(jì)拉力600 kN;第五級(jí)邊坡采用拱形骨架防護(hù)，第六級(jí)采用植草防護(hù)，框架內(nèi)采用植生袋護(hù)面。

2 邊坡變形過程及特征

該段邊坡自2019 年 9 月開始施工，至 2020 年5 月路中線及左半幅開挖至第 1 級(jí)平臺(tái)標(biāo)高處，第 2～ 第 4 級(jí)預(yù)留了部分邊坡土體，未一次性開挖至設(shè)計(jì)坡面，第 5 和第 6 級(jí)邊坡已開挖成型，并施工完骨架防護(hù)。邊坡開挖后總體基本穩(wěn)定，至 2020年5 月底，該地區(qū)進(jìn)入雨季，第 5 級(jí)和第 6 級(jí)邊坡出現(xiàn)第一次滑塌，K271+500 ～+535 段坡面出現(xiàn)局部失穩(wěn)、拱形骨架垮塌現(xiàn)象，至 6 月 29 日，出現(xiàn)第二次滑塌，并發(fā)展為較大范圍的工程滑坡。該滑坡周界清晰，總體平面形態(tài)呈 “馬蹄”狀，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，可見明顯后壁，后壁最大高差約 1 m，中上部見大量張拉裂縫斷續(xù)分布，裂縫一般寬約 3 cm～10 cm，局部裂縫較寬，已施工的邊坡防護(hù)工程垮塌嚴(yán)重，兩側(cè)側(cè)緣見明顯剪切縫，工程滑坡于第 1 級(jí)坡頂部平臺(tái)附近剪出，剪出后越過第1 級(jí)邊坡的滑塌體呈散體狀覆蓋于前緣[1]。

3 失穩(wěn)成因分析

3.1 邊坡巖體結(jié)構(gòu)

邊坡巖性主要為粉質(zhì)黏土、成巖程度低-較低的泥質(zhì)粉砂巖、砂巖。均為半成巖，泥質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)程度差，巖體及結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度低。

邊坡區(qū)局部分布灰白色砂巖，成巖程度非常低，手易捏散，遇水易崩解。該層呈透鏡體狀分布，透水性好，相對(duì)富水，且局部存在貫通可能性。雨季砂巖層為含水層，砂巖層界面處泥質(zhì)粉砂巖受水浸潤(rùn)軟化，易形成泥化軟弱面，在邊坡開挖形成臨空面后易形成坡面垮塌[2]。

邊坡區(qū)發(fā)育的三組節(jié)理裂隙，J1： 345°∠80°，J2： 25°∠65°，J3： 160°∠80°。結(jié)構(gòu)面組合沿巖層層面切割巖體形成的楔形體傾向路基，邊坡開挖后形成臨空面，楔形體在重力作用下易貫通形成滑裂面。根據(jù)已發(fā)生邊坡變形發(fā)展特征及勘察成果分析，本段邊坡潛在滑動(dòng)面主要為泥質(zhì)含量高、成巖程度低、富水的軟弱夾層、砂巖與泥質(zhì)粉砂巖界面、貫通性較好的節(jié)理面等，坡體開挖卸荷后在重力作用及動(dòng)水壓力作用下，不同物理界面可能貫通形成滑動(dòng)面。

3.2 人為誘發(fā)因素

該坡體系因路基開挖切削坡腳，在斜坡體中下部形成一定的臨空面，改變了原有的坡體應(yīng)力平衡，遇雨季后，大氣降水下滲轉(zhuǎn)化為地下水，軟化下部易風(fēng)化的巖土體，使巖土層抗剪強(qiáng)度指標(biāo)降低，并增加其重度而導(dǎo)致的失穩(wěn); 同時(shí)施工過程中由于臨時(shí)排水措施不到位，導(dǎo)致局部坡腳積水進(jìn)而降低了邊坡穩(wěn)定性。

4 邊坡穩(wěn)定性分析與治理

4.1 邊坡穩(wěn)定性分析

4.1.1 計(jì)算剖面及模型的建立

計(jì)算剖面按最不利情況控制，以過鉆孔 BKHZK11，BKHZK12 的主滑剖 面 A-A' 及 過 鉆 孔 BKHZK13， BKHZK14，BKHZK15，BKHZK16 的主滑剖面 B - B' 進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)已發(fā)生滑塌的滑面形態(tài)分析，后緣拉裂面較陡立，前緣面較平緩，近似于圓弧面，以此建立計(jì)算模型[3]。

4.1.2 計(jì)算參數(shù)的確定

邊坡土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)滑體土的飽和重度取 γsat= 20.0 kN/m3; 潛在滑面滑帶土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)：半成巖性質(zhì)的泥質(zhì)粉砂巖綜合黏聚力平均值 A-A' 剖面 c=30.0 kPa、內(nèi)摩擦角 φ=16.4°，B-B'剖面c=28.0 kPa、φ = 15.8°。

4.1.3 計(jì)算工況的選定

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，邊坡穩(wěn)定性計(jì)算分為以下三種工況： ①正常工況： 邊坡處于天然狀態(tài)下; ②非正常工況：邊坡處于暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)下; ③非正常工況Ⅱ：邊坡處于地震等荷載作用狀態(tài)下。

4.1.4 穩(wěn)定性分析

該邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)合定性分析和定量分析，定性分析是綜合坡體巖性組成、風(fēng)化程度、巖土體強(qiáng)度、主要結(jié)構(gòu)面與路線走向的空間關(guān)系等對(duì)穩(wěn)定性進(jìn)行初步分析，預(yù)測(cè)邊坡可能發(fā)生破壞形式、破壞強(qiáng)度，目前發(fā)生淺層的坡面滑塌變形，但隨著時(shí)間的推移，在暴雨等不利工況下，將會(huì)發(fā)生大規(guī)模整體的邊坡滑塌情況。

4.2 治理措施

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形，邊坡頂附近有高壓線塔，不宜采用設(shè)置寬平臺(tái)卸載方案，經(jīng)綜合比選后采用行強(qiáng)支擋的設(shè)計(jì)思路，結(jié)合小里程側(cè)滑坡治理方案，將滑坡治理的抗滑樁往大里程側(cè)方向順延，在第三級(jí)平臺(tái)處設(shè)置抗滑樁以保證邊坡整體穩(wěn)定，同時(shí)加強(qiáng)坡面防護(hù)防止局部失穩(wěn)，再完善坡面及坡體排水措施進(jìn)行綜合處治。

5 結(jié)語

本文對(duì)半成巖高邊坡的失穩(wěn)成因、破壞模式分析和治理措施進(jìn)行了研究。以成巖程度低的泥質(zhì)粉砂巖為主的地層，當(dāng)存在松散狀砂巖且呈多層透鏡體分布時(shí)，在砂巖層界面處泥質(zhì)粉砂巖受水浸潤(rùn)軟化，易形成泥化軟弱面，隨著邊坡的開挖將可能出現(xiàn)多層、多級(jí)局部失穩(wěn)，甚至整體失穩(wěn)。 應(yīng)加強(qiáng)對(duì)半成巖砂泥巖地層的認(rèn)識(shí)，施工過程中應(yīng)嚴(yán)格按照 “逐級(jí)開挖、逐級(jí)防護(hù)” 的原則，嚴(yán)禁邊坡開挖后長(zhǎng)時(shí)間暴露，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)排水措施，嚴(yán)禁坡腳積水浸泡，以免降低邊坡的穩(wěn)定性而引發(fā)邊坡垮塌、滑動(dòng)等人為不良地質(zhì)災(zāi)害。現(xiàn)行規(guī)范對(duì)于半成巖尚無明確的定義和勘察技術(shù)要求，如何評(píng)價(jià)和分析其對(duì)工程的不利影響，并提出合理、安全的工程措施是亟待解決的問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳其偉，李天池.半成巖大型滑坡機(jī)制和滑速分析[J].山地研究，1986（01）47-53.

[1]嚴(yán)松，王運(yùn)生，羅永紅，等.云南隴川半成巖地層滑坡的成因機(jī)制及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)[J]長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)（自科版），2017，14（21）：61-68+5.

[3]陳志敏，朱烜.砂泥巖互層邊坡膨脹性泥巖力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J].路基工程，2017（03）：97-102.