天龍山路1號橋K2+180～K2+215段崩塌成因機(jī)制與治理設(shè)計(jì)

莫 江 濤

(太原市住建局城市建設(shè)管理中心，山西 太原 030009)

1 工程概況

該崩塌位于天龍山路K2+180～K2+215段左側(cè)邊坡，該段道路以橋梁形式通過，影響路線長35 m。受近期持續(xù)降雨及邊坡上側(cè)綠化灌溉影響，2019年11月1日早晨，該邊坡發(fā)生崩塌破壞，崩塌體沿巖體層面發(fā)生滑移，脫落巖體底部卡入橋梁與邊坡之間，垮塌方量為320 m3，部分巖體垮塌墜入橋底，該崩塌災(zāi)害給該段公路行車安全帶來嚴(yán)重威脅，急需進(jìn)行工程治理。崩塌全貌見圖1。

2 崩塌基本特征

2.1 形態(tài)特征

K2+180～K2+215段邊坡主要為挖方基巖邊坡，為1號橋修建時開挖形成，坡率從1∶0.75～1∶0.1漸變，坡高10 m，坡面方向219°～225°，邊坡上部平臺寬約2 m，平臺上部為二級邊坡，二級邊坡小樁號側(cè)為開挖基巖邊坡，大樁號側(cè)為綠化景觀樹，地表受園林綠化澆灌較為潮濕。該段道路以橋梁形式通過，橋墩高1 m～4 m，橋梁邊界距離邊坡1 m～5 m。已發(fā)生崩塌位于K2+193～ K2+200段橋梁內(nèi)側(cè)(如圖2所示)，坡口線后側(cè)邊坡以人工種植林木為主。該崩塌影響路線長約10 m，危巖體高約10 m，寬約8 m，厚約4 m，體積320 m3，為小型崩塌。一二級基巖邊坡已進(jìn)行掛網(wǎng)防護(hù)，已發(fā)生的崩塌體與邊坡脫離，撕裂主動防護(hù)網(wǎng)卡在橋梁與邊坡的空隙中。

2.2 結(jié)構(gòu)特征

該段崩塌體主要為強(qiáng)風(fēng)化砂巖，巖層產(chǎn)狀280°∠30°，路線走向315°，巖層傾向與路線走向呈現(xiàn)35°相交。強(qiáng)風(fēng)化砂巖層厚0.5 m～1 m，風(fēng)化強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，坡面不平整。

2.3 變形特征

受綠化澆灌和雨水下滲等不利因素作用，崩塌巖體沿巖層層面發(fā)生向下滑移(見圖3)，其中崩塌體后部2 m寬巖體發(fā)生拉裂垮塌，巖體墜入至橋下，受巖體滑移的側(cè)向張拉作用，崩塌體與邊坡之間形成寬約30 cm凹凸不平的張拉裂縫。目前崩塌體受下部橋梁的阻擋作用，卡于橋梁與邊坡之間，對該段橋梁產(chǎn)生橫向推力，對橋梁受力產(chǎn)生較為不利的影響，危巖體對橋梁安全運(yùn)營形成重大威脅，急需進(jìn)行工程治理。

同時，崩塌段小樁號側(cè)邊坡上部約9 m高位置存在一條寬約10 cm、長約8 m的裂縫(見圖4)，該裂縫向下錯動約5 cm。

該段崩塌災(zāi)害發(fā)生后，在坡體上方設(shè)置3處地表移動變形監(jiān)測點(diǎn)，經(jīng)過數(shù)日定時監(jiān)測，未發(fā)現(xiàn)這3處監(jiān)測點(diǎn)發(fā)生明顯移動變形。

3 崩塌形成機(jī)制分析

該段崩塌的形成、發(fā)生和發(fā)展主要受邊坡結(jié)構(gòu)、構(gòu)造作用和地表水下滲等因素影響。

1)邊坡結(jié)構(gòu)、構(gòu)造作用。該崩塌地處構(gòu)造較為發(fā)育地段，巖體受到構(gòu)造作用較為破碎，可見構(gòu)造揉皺現(xiàn)象，邊坡發(fā)育產(chǎn)狀為280°∠30°的近外傾層面，該層面與邊坡坡面呈一定角度相交，對坡體穩(wěn)定形成不利影響。

2)地表水下滲。該崩塌體所處邊坡后部為山體低洼過水區(qū)域，地表水較為發(fā)育，同時，邊坡上部存在綠化單位種植的景觀樹，綠化單位對其的灌溉導(dǎo)致邊坡巖體富水，在長期浸泡沖刷作用下，導(dǎo)致巖體結(jié)構(gòu)面之間強(qiáng)度參數(shù)較低，從而發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害。

綜上所述，復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造條件是崩塌形成的主要內(nèi)因，地表水下滲是崩塌形成的主要外因，在內(nèi)外因共同作用下，形成該處崩塌災(zāi)害。

4 崩塌災(zāi)害評價

根據(jù)JTG C20—2011公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范，該崩塌按體積、形成機(jī)理以及組成物質(zhì)劃分為小型滑移式崩塌。

4.1 定性分析

通過對該崩塌的地質(zhì)勘察揭露，該段開挖邊坡較陡，在自重作用下，部分巖體沿外傾層面發(fā)生滑移，進(jìn)而與邊坡脫離，形成凹凸不平的后緣近豎直的張拉裂縫。區(qū)內(nèi)巖石大部分為沉積巖，以厚層砂巖為主，風(fēng)化嚴(yán)重較為破碎，存在不利的外傾層面，且多夾有泥化軟弱夾層，同時受地表降水、綠化澆灌的下滲等影響，崩塌體穩(wěn)定性將越來越差，對邊坡下方公路通行車輛帶來嚴(yán)重威脅。根據(jù)對該崩塌災(zāi)害點(diǎn)詳細(xì)的工程地質(zhì)勘察，采用地質(zhì)類比法及赤平投影圖(如圖5所示)對其穩(wěn)定性進(jìn)行定性判斷。

由赤平投影圖可知，巖層層面與坡面呈一定角度相交，但是由于坡面臨空且近直立，加之巖層層面外傾，巖體在不利因素下有沿層面滑動的可能。

同時，巖層層面與節(jié)理1形成不穩(wěn)定楔形體，在不利因素下可能發(fā)生滑動。

4.2 巖土物理力學(xué)參數(shù)分析與評價

4.2.1計(jì)算工況

根據(jù)JTG D30—2015公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范及JTG B02—2013公路工程抗震規(guī)范規(guī)定，邊坡穩(wěn)定性計(jì)算應(yīng)考慮下列三種工況(如表1所示)進(jìn)行分析。

表1 計(jì)算工況和荷載一覽表

4.2.2穩(wěn)定性計(jì)算

1)計(jì)算模型。

目前，按照不同的標(biāo)準(zhǔn)，危巖分類系統(tǒng)多樣，但是，從工程防治的角度按照危巖失穩(wěn)類型進(jìn)行分類更有價值，可將危巖概化分為滑移式危巖、傾倒式危巖和墜落式危巖3類。當(dāng)軟弱結(jié)構(gòu)面傾向坡外，上覆蓋體后緣裂隙與軟弱結(jié)構(gòu)面貫通，在動水壓力和自重力作用下，緩慢向前滑移變形，形成滑移式危巖，其模式見圖6；當(dāng)軟弱夾層形成巖腔后，上覆蓋體重心發(fā)生外移，在動水壓力和自重作用下，上覆蓋體失去支撐，拉裂破壞向下傾倒，形成傾倒式危巖(見圖7)；根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，本次崩塌采取的計(jì)算模型為滑移式。

2)計(jì)算公式。

后緣有陡傾裂隙、滑面緩傾時，滑移式危巖穩(wěn)定性按相關(guān)規(guī)范公式計(jì)算。

3)巖土物理力學(xué)參數(shù)分析與評價。

計(jì)算參數(shù)主要包括危巖塊體物理力學(xué)參數(shù)、幾何形狀參數(shù)、裂隙和滑面參數(shù)以及地震水平系數(shù)。

a.危巖塊體物理力學(xué)參數(shù)。危巖塊體物理力學(xué)參數(shù)主要是依據(jù)已發(fā)生滑動巖體結(jié)構(gòu)面參數(shù)進(jìn)行反算、類比修正后確定，具體參數(shù)見表2。

表2 危巖體穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)一覽表

b.幾何形狀參數(shù)。幾何形狀參數(shù)主要包括危巖體重心、面積、重心到傾覆點(diǎn)的水平和垂直距離、與基座接觸面傾角等，可從計(jì)算剖面中量取。

c.裂隙和滑面參數(shù)。裂隙和滑面參數(shù)主要包括后緣裂隙高度、裂隙充水高度、滑面長度、滑面傾角、裂隙粘聚力和內(nèi)摩擦角等，主要從計(jì)算剖面中量取和采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

d.地震力水平作用系數(shù)。項(xiàng)目區(qū)基本地震烈度為8度，地震動峰值加速度為0.2g。

4)穩(wěn)定性與評價。

該崩塌變形破壞模式為滑移式，通過計(jì)算，其穩(wěn)定性結(jié)果見表3。

表3 三種工況下各危巖塊體整體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

5)綜合穩(wěn)定性分析評價。

根據(jù)危巖體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，按照DZ/T 0218—2006滑坡防治工程勘查規(guī)范中危巖體穩(wěn)定程度等級劃分表對其進(jìn)行穩(wěn)定程度劃分，具體見表4。

表4 危巖體穩(wěn)定程度等級劃分表

根據(jù)表3計(jì)算結(jié)果可知，計(jì)算滑動巖體各種工況下均處于不穩(wěn)定狀態(tài)。崩塌體受下部橋梁的阻擋作用，懸于橋梁與邊坡之間，脫落巖體有發(fā)生斷裂垮塌的危險，危及行人安全，同時，根據(jù)上文計(jì)算，該段邊坡在不利工況下極易發(fā)生進(jìn)一步崩塌變形，對道路安全運(yùn)營形成重大威脅，故對該災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行病害治理顯得十分緊迫和必要。

5 崩塌治理工程設(shè)計(jì)

5.1 治理原則

1)治理工程應(yīng)做到經(jīng)濟(jì)合理、安全有效、施工可行。

2)治理工程措施盡量有利于環(huán)境保護(hù)和路容美觀。該段公路為旅游防火通道，為避免對環(huán)境造成大的破壞，以坡面防護(hù)結(jié)合局部清理的措施對崩塌災(zāi)害進(jìn)行處治，不再采取大量開挖的方案。

3)設(shè)計(jì)方案應(yīng)充分考慮施工過程中對原有路面的保護(hù)，并盡量保持施工期間道路可供施工車輛通行。

5.2 治理工程設(shè)計(jì)

本次災(zāi)害治理工程設(shè)計(jì)先進(jìn)行了應(yīng)急工程施工，再在詳細(xì)勘察以后，進(jìn)行局部危巖體清除，再采用錨索地梁+主動防護(hù)網(wǎng)+護(hù)面墻+截水溝的工程措施進(jìn)行綜合治理。

5.2.1應(yīng)急工程

清除已脫離邊坡的崩塌堆積體，對危巖體進(jìn)行清理，清方量為380 m3。在該段邊坡上設(shè)置3處地表變形觀測點(diǎn)，每天監(jiān)測兩次直至施工結(jié)束。

5.2.2主要工程設(shè)計(jì)

1)坡面危巖體清理。

對K2+180～K2+210段邊坡裂縫張開，存在安全隱患的危巖體進(jìn)行清理，同時，對坡面進(jìn)行整平處理，共計(jì)清理危巖體300 m3。

2)錨索地梁。

在K2+170～K2+230段上邊坡采取22根錨索地梁進(jìn)行防護(hù)，其中錨索長15 m～25 m，錨固段8 m～10 m，橫向間距3 m，豎向間距2.5 m，共計(jì)布設(shè)84根錨索。其中K2+170～K2+180段錨索地梁設(shè)置在原設(shè)擋墻頂上，每根地梁設(shè)置3根錨索，地梁高7 m；其余段落錨索地梁設(shè)置于本次新建擋墻頂上，每根地梁設(shè)置4根錨索，地梁高10 m。

由于清除危巖體位置出現(xiàn)巨大凹腔，需對凹腔兩側(cè)進(jìn)行坡面整平處理，錨索地梁視地形設(shè)置于凹腔中心兩側(cè)位置。

3)護(hù)面墻。

在K2+182～K2+230段設(shè)置4 m高C20混凝土護(hù)面墻，共長53 m，護(hù)面墻依地形而建，墻背需緊貼坡面，埋深1.5 m，墻頂設(shè)置本次擬建錨索地梁。

4)截水溝。

該段崩塌后側(cè)的地形為一洼地，地表降雨匯集后對該段基巖邊坡不利外傾層面的軟化是該段邊坡發(fā)生滑坡的一個重要原因，因此，為防止坡體后部山體低洼區(qū)域匯水繼續(xù)滲入該段邊坡，降低其穩(wěn)定性，在該段邊坡中部平緩處上部增設(shè)100 m長C20混凝土截水溝，將地表匯水引至原有截水溝。

5)拆除、重新安裝主動防護(hù)網(wǎng)。

拆除原設(shè)一級邊坡已破壞主動防護(hù)網(wǎng)450 m2，對完好原有主動防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行二次利用，本次對K2+180～K2+210段設(shè)置主動防護(hù)網(wǎng)，新增主動防護(hù)網(wǎng)150 m2。

6 結(jié)語

以天龍山路K2+180～K2+215段崩塌為實(shí)例，分析了本次崩塌產(chǎn)生的原因，并對滑動巖體的穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算，得出滑動巖體各種工況下均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，并提出了不同階段的治理措施：

1)由于邊坡巖體較破碎，且存在外傾結(jié)構(gòu)面，地表水下滲后，在內(nèi)外因共同作用下，形成崩塌災(zāi)害。

2)經(jīng)過計(jì)算，該段邊坡在自然工況、暴雨工況和地震工況下均處于不穩(wěn)定狀態(tài)，極易發(fā)生進(jìn)一步崩塌變形，對道路安全運(yùn)營形成重大威脅，故對該災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行病害治理十分必要。

3)在清除危巖體的基礎(chǔ)上采用錨索地梁+主動防護(hù)網(wǎng)+護(hù)面墻+截水溝的工程措施對該崩塌坡體進(jìn)行綜合治理。定期監(jiān)測資料顯示，崩塌坡體已經(jīng)穩(wěn)定，滑坡病害治理取得了圓滿成功。