高速公路地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急處治研究

黃 巖，覃 周，楊喬珍

(1.廣西交通投資集團(tuán)百色高速公路運(yùn)營有限公司，廣西 百色 533000；2.廣西交通投資集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530022)

0 引言

近年來，廣西高速公路建設(shè)和運(yùn)營進(jìn)入了較快的發(fā)展時(shí)期。受廣西多山區(qū)、高海拔、大坡向、多斷裂帶、氣候復(fù)雜多樣等因素影響，區(qū)內(nèi)高速公路多個(gè)路段均發(fā)生過大規(guī)模水毀滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，使高速公路的安全運(yùn)營環(huán)境受到嚴(yán)重威脅。因此，高速公路地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急處治的效果，直接關(guān)系到高速公路后續(xù)的維護(hù)成本、運(yùn)營安全環(huán)境及人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全[1]。本文以百色至隆林高速公路K1370+659～899段地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急處治工程為依托，開展了高速公路典型地質(zhì)災(zāi)害形成機(jī)理及處治方案研究，比選最優(yōu)應(yīng)急處治方案進(jìn)行科學(xué)實(shí)踐，對(duì)高速公路地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急處治提供工程研究新思路和實(shí)踐參考。

1 地質(zhì)災(zāi)害概況

百色至隆林高速公路K1370+659～899段受山體滑坡影響，路段內(nèi)平中中橋出現(xiàn)了橋臺(tái)及橋墩開裂、蓋梁擋塊破壞等嚴(yán)重病害，與平中中橋相鄰的路基段出現(xiàn)明顯下沉，路面開裂嚴(yán)重[2]。

1.1 平中中橋病害

受滑坡影響，平中中橋變形主要表現(xiàn)為橋墩傾斜開裂、梁體旋轉(zhuǎn)移位、橋臺(tái)錯(cuò)位及開裂、橡膠支座受剪變形、蓋梁擋塊破壞等。見下頁圖1～2。

圖1 平中中橋變形示意圖

圖2 平中中橋1#墩墩柱裂縫示意圖(mm)

部分裂縫觀測(cè)記錄如表1所示，從中可以看出，部分裂縫寬度已經(jīng)嚴(yán)重超出規(guī)范容許值[1]。

根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)型式及上述變形現(xiàn)象，結(jié)合平中中橋所處滑坡部位綜合分析橋梁變形規(guī)律及機(jī)理：

(1)0#橋臺(tái)、1#橋墩受滑坡推力作用向下游側(cè)產(chǎn)生了顯著位移，表現(xiàn)為上游側(cè)橋臺(tái)臺(tái)身裂縫、橋墩地系梁處環(huán)向裂縫、橡膠支座與梁底相對(duì)滑移、蓋梁擋塊破壞等變形現(xiàn)象。2#橋墩、3#橋臺(tái)未發(fā)生明顯位移。

(2)橋梁梁板體系表現(xiàn)為以3#橋臺(tái)為圓心整體逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的變形模式，其變形的外力來源于0#橋臺(tái)及1#橋墩處所受的滑坡推力(從橡膠支座與梁底的相對(duì)位移痕跡可以判斷推力方向約為220°～230°)。

(3)0#臺(tái)處橋臺(tái)與梁板總體表現(xiàn)為整體向下游側(cè)的位移(或曰“旋轉(zhuǎn)”)。

綜合位移數(shù)據(jù)，結(jié)合變形機(jī)理，最終推算橋梁的總位移量達(dá)17 cm左右。

經(jīng)查閱竣工資料[2]，上行線1#墩墩高11 m，蓋梁高1.35 m，視其與滑動(dòng)面(埋深約15 m)以上的樁基礎(chǔ)一起在滑坡推力下產(chǎn)生傾斜，則其傾斜度為：0.17/(11+1.35+15)=0.62%，傾斜變形程度已極為嚴(yán)重。

表1 平中中橋部分裂縫觀測(cè)記錄表

1.2 路基病害

平中中橋往隆林方向K1370+719～899段高速公路路基也出現(xiàn)了明顯的變形破壞現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為：路基下邊坡多處滑塌、局部路基段下沉開裂以及少量橫向裂縫。本路段下邊坡位于山體滑坡前緣，高達(dá)30余m，一坡到頂，局部坡角60°以上，實(shí)施處治前未設(shè)置任何防護(hù)措施，存在極大安全隱患。

2 應(yīng)急處治方案的比選

根據(jù)勘察報(bào)告、橋梁檢測(cè)報(bào)告及前期邊坡橋梁的監(jiān)測(cè)成果，綜合對(duì)比各項(xiàng)方案，明確了本地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急處治工程以消除平中中橋安全隱患、力保高速公路正常運(yùn)營為目的，對(duì)平中中橋?qū)嵤┎鸪臑樘罘铰坊?duì)相鄰路基段下邊坡進(jìn)行加固，消除路基下沉隱患。在本路段布置地表與深部相結(jié)合的綜合監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，開展長期監(jiān)測(cè)預(yù)警工作，以不中斷高速公路通行為前置條件，綜合安全風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)濟(jì)效益等因素對(duì)比，最終確定了橋改路地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)急處治方案[3]。

橋改路應(yīng)急處治方案具體包括：平中中橋橋墩臨時(shí)加固、新建路基路面、橋梁拆除、路基下沉加固、綜合排水、綠化及監(jiān)測(cè)預(yù)警工程等。

3 橋改路應(yīng)急處治工程的實(shí)施

綜合考慮高速公路營運(yùn)要求及現(xiàn)場(chǎng)地形、交通條件，橋改路應(yīng)急處治工程總體實(shí)施順序?yàn)椋簶蚨占庸獭练教钪忾]下行線半幅路→拆除下行線橋梁→新建下行線涵洞→路面施工→封閉上行線半幅路→拆除上行線橋梁→新建上行線涵洞→路面施工→路基下沉段加固→綜合排水→綠化交安。

3.1 平中中橋橋墩臨時(shí)加固

為減緩實(shí)施過程中施工振動(dòng)對(duì)在運(yùn)營橋梁的影響，首先對(duì)平中中橋橋梁墩柱進(jìn)行臨時(shí)加固，采用在墩柱變形開裂段外包50 cm厚鋼筋混凝土的施工方案。

3.2 新建路基工程

平中中橋拆除改路后，相應(yīng)路段將形成高約30 m的高填方路基。利用前期應(yīng)急搶險(xiǎn)工程已建成的擋墻，采用加筋土填筑方案，以維持較陡的填方邊坡坡率(1∶0.5)。該方案可增加土方填筑量，增強(qiáng)坡腳反壓效果，同時(shí)可在坡頂提供較寬的平臺(tái)為后期橋梁拆除工作創(chuàng)造空間。

為防止填方工程造成地下水位壅高從而影響滑坡整體穩(wěn)定性，填方區(qū)底部10 m厚度范圍內(nèi)以透水性良好的碎石進(jìn)行回填，其他碎石土填筑區(qū)填筑前在原地表回填如卵礫石等透水性良好的填料。為便于填筑并減小對(duì)病害橋梁的影響，在平中中橋橋墩柱附近采用輕質(zhì)混凝土填充方案。為減輕后期差異沉降，在原橋臺(tái)及蓋梁附近加鋪雙向土工格柵進(jìn)行處理。

路堤應(yīng)分層填筑、分層壓實(shí)。分層最大松鋪厚度應(yīng)≤30 cm，填筑土含水量應(yīng)控制在最佳壓實(shí)含水量的±2%以內(nèi)，壓實(shí)度應(yīng)滿足規(guī)范要求。路基下部級(jí)配碎石最大粒徑為4 cm，卵礫石最大粒徑為6 cm，碎石土最大粒徑為10 cm。

3.3 橋梁拆除

為充分利用平中中橋橋墩的抗滑作用，橋梁僅拆除上部空心板部分，余下橋臺(tái)、蓋梁及橋墩均保留。路基填筑至平中中橋梁底以下約3 m時(shí)可進(jìn)行交通管制，封閉半幅路實(shí)施橋梁拆除。

橋梁拆除順序按建橋相反順序進(jìn)行。在清除橋面鋪裝層后，采用整片梁吊裝的形式予以拆除。在路基兩側(cè)均預(yù)留了較寬的平臺(tái)，用于臨時(shí)堆放拆除的建筑垃圾。

3.4 路基下沉加固

3.4.1 路基下邊坡防護(hù)

路基下邊坡采用樁板墻方案對(duì)病害路段路基下邊坡進(jìn)行防護(hù)。在坡腳設(shè)置抗滑樁防護(hù)結(jié)構(gòu)，抗滑樁采用圓樁，以便利用機(jī)械成孔。共設(shè)樁34根，樁徑為2.0 m，間距為4.5 m，樁長為25 m。樁間設(shè)擋板，頂部設(shè)置冠梁以加強(qiáng)整體性。

樁板墻以上邊坡結(jié)合地形回填土方，并加設(shè)錨桿框架梁加固邊坡。土方回填前將原地表開挖成臺(tái)階狀，臺(tái)階寬度≥2 m。開挖的表土用于后期綠化及植被恢復(fù)，其余用于回填。該方案可防止邊坡坡腳進(jìn)一步破壞，同時(shí)有效降低百花寨路邊坡高度，減緩整體坡率，提高其整體穩(wěn)定性。

3.4.2 主線路基下沉處治

該高速公路主線下行線近平中中橋隆林端橋臺(tái)段約50 m長度范圍路基下沉段，出現(xiàn)多條縱向及橫向裂縫，瀝青路面起伏現(xiàn)象嚴(yán)重，對(duì)行車安全性及舒適度均造成很大影響。綜合地形地質(zhì)條件及施工條件，采用微型鋼管樁加固方案，在下沉范圍內(nèi)共設(shè)置3排微型樁，按梅花形布置，樁間距為1 m，樁長為15 m。

3.5 綜合排水、綠化工程

為防止后期降雨對(duì)滑坡穩(wěn)定性造成進(jìn)一步破壞，除在各新建工程處同步實(shí)施完善的防排水系統(tǒng)外，在原滑坡體相對(duì)低洼匯水處重新修建排水體系，同時(shí)采用黏性土封堵地表裂縫，以使雨季降水盡快排出滑坡以外。改建路基段及百花寨路邊坡防護(hù)工程實(shí)施完畢后，對(duì)邊坡進(jìn)行綠化，采用骨架植草方案。

3.6 橋梁、邊坡監(jiān)測(cè)預(yù)警工程

3.6.1 監(jiān)測(cè)預(yù)警工程布置

監(jiān)測(cè)工作主要為施工期間施工安全監(jiān)測(cè)和營運(yùn)期監(jiān)測(cè)，內(nèi)容包括地表變形監(jiān)測(cè)、深部變形監(jiān)測(cè)及樁板墻動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，以到達(dá)預(yù)警作用。

在滑坡布置7個(gè)測(cè)斜孔進(jìn)行深部位移監(jiān)測(cè)，分兩個(gè)剖面，其一為滑坡主滑剖面，其二為平中中橋1#墩對(duì)應(yīng)的剖面。地表預(yù)警系統(tǒng)共布置13個(gè)點(diǎn)，三橫三縱6條剖面。另外，在平中中橋上也布置了1個(gè)高精度變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

3.6.2 監(jiān)測(cè)預(yù)警工程實(shí)施

第一階段的監(jiān)測(cè)為施工期間動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、地面監(jiān)測(cè)，主要借助地表監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，隨時(shí)掌握滑坡體的變形位移特征，并指導(dǎo)施工。

第二階段的監(jiān)測(cè)為實(shí)施后效果監(jiān)測(cè)，地表變形監(jiān)測(cè)與深部變形監(jiān)測(cè)相結(jié)合，主要借助地表變形實(shí)施監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。

3.6.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

3.6.3.1 地表位移監(jiān)測(cè)結(jié)果

各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間-累積位移曲線見圖3。

圖3 滑坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)地表累積位移-時(shí)間曲線圖

3.6.3.2 深部位移監(jiān)測(cè)結(jié)果

滑坡各深部位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)主滑方向深部位移-時(shí)間曲線見圖4。

圖4 滑坡深部位移-時(shí)間曲線圖

3.6.3.3 監(jiān)測(cè)成果分析

根據(jù)收集的氣象資料可知，3次密集預(yù)警均發(fā)生在強(qiáng)降雨之后，從地表監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以說明該滑坡變形具有以下特征：

(1)雨水是該滑坡發(fā)生變形破壞的主要誘發(fā)因素。

(2)滑坡變形對(duì)強(qiáng)降雨有一定的滯后效應(yīng)，具體滯后時(shí)間與滑坡成因機(jī)理、巖土體類型、降雨強(qiáng)度、降雨持續(xù)時(shí)間、滑坡所處變形階段等有關(guān)。

(3)滑坡變形表現(xiàn)出“階躍型”滑坡特征。

(4)深部位移監(jiān)測(cè)曲線呈現(xiàn)“D”型、“V”型、“鐘擺”型等曲線特征，基本可以揭示滑坡的滑動(dòng)面埋置深度。

(5)實(shí)施橋改路應(yīng)急處治方案后，滑坡變形數(shù)據(jù)逐漸呈平穩(wěn)狀態(tài)。

從觀測(cè)數(shù)據(jù)來說，在橋改路方案實(shí)施后，邊坡的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定，新建路基路面工程保持良好的運(yùn)營效果，抗滑樁及微型樁充分發(fā)揮了作用，邊坡穩(wěn)定，從而驗(yàn)證了橋改路應(yīng)急處治工程良好的處治效果。

4 結(jié)語

橋改路方案在確保高速公路安全的大前提下，既減少了為處治大型滑坡而導(dǎo)致大面積征地帶來的諸多問題，又優(yōu)化了工序，滿足了應(yīng)急搶險(xiǎn)工程對(duì)于快速處治進(jìn)度的要求，還大幅減少了處治投資額。在地質(zhì)災(zāi)害處治中創(chuàng)新地使用“橋改路”處治方案，為廣西高速公路運(yùn)營史上首例，在全國范圍內(nèi)已通車運(yùn)營的高速公路地質(zhì)災(zāi)害處治案例中也較為少見，其工藝和經(jīng)驗(yàn)具有較強(qiáng)的參考價(jià)值和借鑒意義。