廣東省龍川至懷集公路邊坡滑坡機理及加固措施

陳記 袁坤 張玉芳

（1.廣東省南粵交通投資建設(shè)有限公司，廣州 510101；2.中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司鐵道建筑研究所，北京 100081）

邊坡滑坡影響因素多，每一個都有起到?jīng)Q定作用的內(nèi)部基礎(chǔ)條件和外部誘發(fā)因素，內(nèi)部基礎(chǔ)條件主要是地形、地層巖性和地質(zhì)構(gòu)造，外部誘發(fā)因素主要是切坡和降雨［1-3］?；轮卫硎潜Ｕ细咚俟方ㄔO(shè)及運營安全的重要措施，近年來涌現(xiàn)出一些新型治理方式，其中注漿鋼花管技術(shù)能夠提高邊坡穩(wěn)定性，并縮短施工周期［4-6］。

本文根據(jù)廣東省龍川至懷集公路某邊坡調(diào)查及勘察情況，結(jié)合現(xiàn)場深部位移監(jiān)測對邊坡穩(wěn)定性進行分析，并提出治理方案。此外，對治理方案進行模擬以驗證鋼花管群樁+斜向預(yù)應(yīng)力鋼錨管框架梁加固措施的有效性，從而為滑坡整治提供新的選擇。

1 工程概況

1.1 邊坡設(shè)計

龍川至懷集公路K111+770—K111+950 段右側(cè)邊坡原設(shè)計為2 級邊坡，分級坡高10 m，平臺寬2 m。第一級邊坡坡率1∶1，采用客土噴播植草。第二級邊坡坡率1∶1.25，采用人字型骨架+三維網(wǎng)植草。施工過程中因邊坡多次淺層溜滑，對K111+770—K111+870 和K111+870—K111+950 兩段分別進行了設(shè)計變更。

K111+770—K111+870 段由 2 級 邊坡調(diào)整為 4 級邊坡，坡率分別為1∶1.75，1∶1.25，1∶1.50 和1∶1.50，坡高分別為6，8，8 m，平臺寬分別為6，4，2 m。第一級邊坡坡面采用客土噴播植草，平臺處設(shè)抗滑樁。第二至四級邊坡坡面采用錨索框架+三維網(wǎng)植草。增設(shè)仰斜式排水孔。

K111+870—K111+950 段第一級邊坡坡面增設(shè)錨索框架梁防護，其余維持原設(shè)計。

1.2 邊坡滑動情況

2019 年5 月，受高強度連續(xù)降雨影響路塹邊坡滑塌，且部分錨索框架梁有進一步下滑跡象。其中，K111+792—K111+823 段第一級抗滑樁前土體整體下錯，坡腳排水邊溝溝壁外傾。K111+871—K111+921段塹頂水溝外出現(xiàn)1 條圓弧形閉合裂縫，最大縫寬約50 cm，最大錯臺高度約1.94 m，距中央分隔帶約65 m。圓弧形裂縫外出現(xiàn)3條裂縫，最長約50 m，距中央分隔帶約86 m。

2019年9月，受前期降雨繼續(xù)影響邊坡（卸載后為6級邊坡）塹頂再次滑塌，且病害呈不斷發(fā)展趨勢。其中，塹頂截水溝外側(cè)出現(xiàn)環(huán)狀裂縫，縫長約150 m，縫寬30 cm，最大錯臺高度0.5 m，裂縫最遠段距離塹頂水平距離約65 m。第三級平臺內(nèi)側(cè)地表出現(xiàn)局部隆起。

1.3 工程地質(zhì)

滑坡區(qū)屬于碎屑巖剝蝕低山地貌，沖溝發(fā)育，地勢左低右高，地形起伏較大。斜坡自然坡度在20°～30°。

滑坡體垂向分布地層由新到老依次為含碎石粉質(zhì)黏土、碎石、全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、強風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、中風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r、全風(fēng)化頁巖和強風(fēng)化頁巖。

滑坡區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，滑坡區(qū)下伏基巖為石炭系下統(tǒng)大塘階測水組泥質(zhì)砂巖、頁巖、泥質(zhì)灰?guī)r，覆蓋層較厚，基巖露頭少量出露。滑坡區(qū)基巖巖層產(chǎn)狀為295°∠38°。主要發(fā)育三組節(jié)理：J1，210°∠83°；J2，130°∠72°；J3，345°∠68°［4］。

滑坡區(qū)地表水不發(fā)育，未見明顯地表水體，但降雨時滑坡所在斜坡低洼地段可匯聚少量地表水。地下水主要為松散覆蓋層內(nèi)孔隙水，賦存于含碎石粉質(zhì)黏土及碎石層中，其水量受大氣降水控制。

2 滑坡分析

根據(jù)調(diào)查，造成滑坡的直接原因是短時強降雨導(dǎo)致全風(fēng)化層強度降低，誘發(fā)因素是前期對邊坡特征認識不足，放坡開挖造成坡腳剪出口貫穿。

2.1 滑坡周界

滑坡微地貌單元屬低山地貌，斜坡坡向約160°，坡腳因卸載開挖，第五、六級邊坡坡向約40°?；聶M向?qū)捈s55 m，縱向長約100 m，滑動方向約190°?；潞蟊诰嚯x第六級邊坡坡頂約65 m，高度約0.6 m，拉裂縫寬度約0.3 m，大部分裂縫均已采用黏土回填；滑坡右邊界為一條全貫通的拉裂縫，寬度0.2～0.4 m，局部錯臺高度約0.4 m；左邊界為裂縫，未完全貫通到已開挖坡面，裂縫至滑坡中部位置未出露。滑坡前緣剪出口位于第四級邊坡坡面上，剪出口出露明顯，剪出角度2°～25°，剪出面光滑，擦痕明顯，局部呈波浪形。中部剪出口位置反翹，剪出口產(chǎn)狀（325°～340°）∠（2°～8°）。在未降雨情況下剪出口處尚可見微小地下水滲出?；轮胁堪l(fā)育多條橫向裂縫，裂縫寬度0.1～0.3 m。

2.2 滑動面確定

圖1 滑坡區(qū)域位移監(jiān)測曲線

圖2 滑面位置示意（單位：m）

在滑坡地段布置測斜孔進行監(jiān)測，位移監(jiān)測曲線見圖1，滑面位置如圖2 所示。第二級平臺在深8.7 m和18.0 m 處垂直于邊坡方向累計位移發(fā)生較大變化。根據(jù)第三級平臺8#鉆孔（BZK08）23.5 m處和第五級坡面9#鉆孔（BZK09）24.5m 處芯樣軟化，得出滑動面Ⅰ為潛在滑動面。結(jié)合后緣張拉裂縫位置及剪出口位置，可基本推測出滑動面Ⅱ為主滑動面。根據(jù)以上分析得出潛在滑動面傾角為24°，主滑動面傾角為17°。

3 滑坡穩(wěn)定性計算

3.1 參數(shù)確定

視暴雨工況為最不利工況，滑坡仍繼續(xù)緩慢變形，取穩(wěn)定系數(shù)為0.99，根據(jù)反算滑面指標方法［7］進行參數(shù)反算，結(jié)果見表1。

表1 反算指標參數(shù)

3.2 滑坡推力計算

沿著滑動方向利用不平衡推力法計算滑坡推力，根據(jù)現(xiàn)場情況取暴雨工況下安全系數(shù)為1.15，各滑面剩余下滑力計算結(jié)果見表2?；瑒用姊蚴Ｓ嘞禄Υ螅孑^深，采用卸載清方輔以支護的處治方法。

表2 高邊坡變形推力計算結(jié)果

3.3 防治措施

根據(jù)初步設(shè)計及方案比選結(jié)果計算穩(wěn)定性安全系數(shù)并建立數(shù)值模型。

卸載后邊坡為6 級邊坡，第一、二級邊坡坡率為1∶1.25，第三至六級邊坡坡率為1∶1.5，分級高度為8 m；第一至五級平臺寬依次為8，3，20，6，2 m。第一、二級邊坡增設(shè)錨索格梁，第三至六級邊坡增設(shè)錨桿格梁，第一級平臺設(shè)置3排豎向注漿鋼花管，第四級平臺設(shè)置4排，坡頂設(shè)置4排，樁頂均設(shè)置橫系梁+錨索。

3.4 穩(wěn)定性安全系數(shù)計算

第一、二級邊坡錨索設(shè)計張拉力為500 kN，由5φ15.24 mm 高強度低松弛普通鋼絞線制作，強度為1 860 MPa。第一級邊坡錨索長26～40 m，第二級長22～32 m，錨固段進入強風(fēng)化巖不小于8 m，進入中風(fēng)化巖不小于5 m。第一級平臺設(shè)置3 根φ89 mm 斜向注漿鋼花管，長16～18 m，與格梁連接成整體；第四、五級平臺設(shè)置φ50 mm 斜向注漿鋼花管，長18 m；在BZK10號孔附近設(shè)4排φ108 mm注漿鋼花管，長30 m。

根據(jù)以上參數(shù)求得主滑動面穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.361，潛在滑動面穩(wěn)定性系數(shù)為1.235。

4 治理效果分析

4.1 模型建立

根據(jù)主滑動面建立簡化數(shù)值模型［8］，將滑坡巖性分布簡化為全風(fēng)化頁巖、強風(fēng)化泥質(zhì)砂巖和中風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r3層，見圖3。

圖3 主滑斷面簡化數(shù)值模型

4.2 參數(shù)選擇

滑坡體利用Mohr-Coulomb 本構(gòu)關(guān)系建立模型，重力加速度取9.8 m/s2。主滑動面3 種巖性參數(shù)選擇見表3［9］。結(jié)構(gòu)單元中錨索采用cable 單元模擬，注漿鋼花管采用pile 單元模擬，鋼花管上部承臺采用C25 混凝土澆筑。

4.3 數(shù)值模擬分析

加固后位移矢量云圖見圖4。最大位移在第五級邊坡上部，為0.104 m，整體加固效果良好，鋼花管+錨索對滑坡體穩(wěn)定性起到積極的作用。

圖4 矢量位移云圖

豎向鋼花管剪力及彎矩見圖5。在第三級平臺（2 根）、第四級平臺（4 根）、第六級平臺（6 根）共3 組豎向鋼化管中，剪力和彎矩分布與邊坡受力特性基本相符，最大剪力在第二組豎向鋼花管28～30 m處，未造成鋼花管剪切破壞，最大彎矩在第三級平臺12～18 m處。

圖5 豎向鋼花管剪力及彎矩

5 結(jié)論

1）通過現(xiàn)場調(diào)查及地質(zhì)勘察對邊坡滑動進行分析，表明該滑坡災(zāi)害直接原因是短時強降雨造成土層強度降低，誘發(fā)因素是前期對滑坡特征認識不足，放坡開挖造成坡腳剪出口貫穿。

2）通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)及對滑坡周界的分析，確定了該滑坡的主滑動面和潛在滑動面，主滑動面傾角17°，潛在滑動面傾角24°。

3）提出了豎向鋼花管群樁+斜向預(yù)應(yīng)力鋼錨管框架梁加固治理措施，加固后主滑動面穩(wěn)定性系數(shù)為1.361，潛在滑動面穩(wěn)定性系數(shù)為1.235。

4）數(shù)值模擬驗證了加固效果。豎向鋼花管群樁+斜向預(yù)應(yīng)力鋼錨管框架梁加固治理措施是一種施工快速、安全高效、機械化程度高的應(yīng)急搶險加固措施。