桂林市萬福路滑坡穩(wěn)定性分析及防治措施探討

張 崴, 鑒倩倩, 秦志明, 李成慶

(1.廣西壯族自治區(qū)桂林水文工程地質(zhì)勘察院有限公司，廣西 桂林 541002；2.桂林航天工業(yè)學(xué)院，廣西 桂林 541004)

滑坡概況桂林市萬福路K5+735—K5+930段左側(cè)公路邊坡中的K5+793—K5+815段發(fā)生突發(fā)性滑坡地質(zhì)災(zāi)害，滑坡體主要為中等風(fēng)化灰?guī)r，沿高陡人工邊坡滑塌崩落，造成過往的一輛貨車側(cè)翻、破損嚴(yán)重，司機(jī)受傷，并對路面及部分公共設(shè)施造成不同程度的毀壞。2 滑坡區(qū)地質(zhì)環(huán)境桂林市位于中亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，該區(qū)雨量充沛，多年平均降雨量1 524.4 mm，最大年降雨量為2 032.6 mm，日最大降雨量為283.2 mm；4—7月為雨季，降雨量約占全年降雨量的50%。滑坡區(qū)的地貌單元為峰林平原區(qū)的石峰段，石峰坡面為陡斜坡或坎坡及緩斜坡，山體自然坡度30°～50°，無地下水出露。邊坡出露地層有第四系溶蝕殘余堆積(Qkl)紅黏土及泥盆系上統(tǒng)桂林組(D3g)灰?guī)r。其中紅黏土主要分布于山體局部自然斜坡坡面，褐黃色，可塑狀，層厚0.5～2.0 m；灰?guī)r呈灰白色，中等風(fēng)化，中—厚層狀，巖石質(zhì)堅性脆。由于滑坡區(qū)位于太平圩斷層和蘆笛巖斷層交匯處，受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響，滑坡區(qū)巖石裂隙發(fā)育，巖體破碎。3 滑坡及邊坡的特征K5+735—K5+930段左側(cè)公路邊坡山體自然坡度為30°～50°，修建萬福路時，經(jīng)人工削坡形成一段長約195 m、最高約40 m的高陡巖質(zhì)邊坡，坡向?yàn)?66°，坡度為70°。削坡后坡面未采取任何防護(hù)加固措施。經(jīng)勘查發(fā)現(xiàn)，除了K5+793—K5+815段已崩滑外，K5+815—K5+872段邊坡也存在變形破壞跡象，邊坡穩(wěn)定性差。邊坡的基本特征分述如下：K5+793—K5+815段邊坡坡眉與坡腳萬福路高差為28～35 m，為現(xiàn)狀滑坡段，滑坡平面呈“簸箕”形，滑坡的前緣剪出口高程約197.5 m，后緣高程約219.2 m，主滑方向?yàn)?66°，滑坡的長度約37 m，寬度約25 m，面積約600 m2，滑坡體的平均厚度約5.5 m，體積約3 300 m3。滑坡體物質(zhì)主要為中等風(fēng)化灰?guī)r。滑面呈折線型。在K5+793—K5+807段邊坡前部巖體滑坡后形成高約15 m的陡崖，陡崖處坡面光滑，巖體完整，坡眉線以上未見有明顯張拉裂隙發(fā)育，該段邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。但在K5+807—K5+815段邊坡形成高約15 m、厚約4～8 m的破碎邊壁，該處巖體被裂隙切割成多個鍥形體，且存在縱向拉裂縫,隨時都有向臨空面滑塌的可能(圖1)。

圖1 K5+793—K5+815段邊坡照片

K5+815—K5+872段邊坡坡眉與坡腳萬福路高差為33～40 m?，F(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在該段坡眉線后方1～5 m處發(fā)育有一條長57 m、寬0.5～1.0 m的構(gòu)造裂隙，裂隙傾向?yàn)?70°，傾角約73°，裂隙內(nèi)充填可塑—軟塑狀紅黏土。坡面縱向裂隙發(fā)育，產(chǎn)狀主要有118°∠53°、95°∠86°，長度10.0～30.0 m不等。裂隙切割坡面形成多處松動的巖塊，破碎帶厚度約1.5 m。在坡腳綠化帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)有數(shù)塊落石，塊體方量在0.2～0.5 m3之間。經(jīng)現(xiàn)場勘查分析，該段邊坡穩(wěn)定性差，在降雨等不利因素影響下很可能出現(xiàn)巖石墜落甚至滑塌現(xiàn)象(圖2)。

圖2 K5+815—K5+872段邊坡照片

4 滑坡的影響因素及形成機(jī)制

萬福路滑坡是由多種因素共同影響所造成的，其主要影響因素有：地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、雨水、人類工程活動等。

(1)地形地貌：原山體地形較平緩，植被發(fā)育，地形坡度30°～50°，后因修路削坡，將原平緩、自穩(wěn)的邊坡開挖形成高陡邊坡，形成新臨空面，為滑坡的形成創(chuàng)造了有利的地形條件。

(2)地質(zhì)構(gòu)造作用：受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，使邊坡的整體和局部穩(wěn)定性降低。

(3)地層巖性：坡體主要為中等風(fēng)化灰?guī)r，裂隙發(fā)育，巖體破碎，有利于降雨、地表水的入滲，邊坡巖土體及結(jié)構(gòu)面在水的作用下，其抗剪強(qiáng)度顯著降低。并且，裂隙內(nèi)充填的紅黏土在浸水后膨脹，加快了裂隙的變形發(fā)展。邊坡巖土體受外在因素影響后其自身物理力學(xué)性質(zhì)顯著降低，不利于邊坡的穩(wěn)定。

(4)雨水：滑坡區(qū)雨量充沛，一部分雨水形成地面流，對邊坡巖土體具有沖刷、侵蝕等破壞性作用；另一部分雨水沿結(jié)構(gòu)面下滲轉(zhuǎn)化為地下水，長期滯留在結(jié)構(gòu)面處，對結(jié)構(gòu)面具有軟化作用，使結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度降低，抗滑力減??；同時，滯留在裂隙中的地下水既產(chǎn)生孔隙水壓力，又增加了坡體的重量，使下滑力增大，對邊坡穩(wěn)定性影響極大。因此，降雨是引發(fā)滑坡的主要誘發(fā)因素[1]。

(5)人類工程活動：萬福路的修建對邊坡進(jìn)行爆破開挖后，形成高陡的人工邊坡，由于未及時進(jìn)行防護(hù)加固治理，巖體應(yīng)力重分布，加劇了裂隙發(fā)育。另外，對自然斜坡坡腳的開挖，即清除了邊坡的抗滑段，并提供了滑動位移的空間，促進(jìn)了滑動變形的進(jìn)程。因此，人類工程活動是加劇邊坡變形破壞的主要因素。

5 邊坡穩(wěn)定性分析

5.1 定性分析

根據(jù)勘查結(jié)果，邊坡坡向166°，坡角70°，巖層產(chǎn)狀S0：10°∠8°，K5+807—K5+872段邊坡主要發(fā)育的結(jié)構(gòu)裂隙及其巖層產(chǎn)狀：J1為 170°∠73°、J2為118°∠53°、J3為95°∠86°。采用赤平極射投影法對該邊坡整體穩(wěn)定性進(jìn)行定性分析(圖3)。

由赤平投影圖可知，邊坡在J1、J2結(jié)構(gòu)面不利組合下處于不穩(wěn)定狀態(tài)；其余結(jié)構(gòu)面不利組合下切割體處于穩(wěn)定—基本穩(wěn)定狀態(tài)。在不利因素影響下，該邊坡極有可能再次發(fā)生滑坡或坡面落石現(xiàn)象。

5.2 定量分析

(1)計算模型。根據(jù)現(xiàn)場勘查結(jié)果分析，該滑坡主要沿不利結(jié)構(gòu)面滑動失穩(wěn)，滑動面可以簡化為折線型，在K5+807—K5+872段邊坡選取最不利剖面(1-1′、2-2′、3-3′)采用折線法—傳遞系數(shù)法計算邊坡穩(wěn)定系數(shù)及剩余下滑力[1-3]。

折線法—傳遞系數(shù)法穩(wěn)定系數(shù)Kf計算公式：

(1)

第n條塊抗滑力：

Rn=Wn((1-rU)cosαn-Asinαn)-RDn)tanφn+ciLi

(2)

第n條塊下滑力：

Tn=Wn(sinαn+Acosαn)+TDn

(3)

傳遞系數(shù)：

(4)

孔隙水壓力：

Nwi=γwhiwLi

(5)

滲透壓力平行滑面的分力：

TDi=γwhiwLicosαisinβicos(αi-βi)

(6)

滲透壓力垂直滑面的分力：

RDi=γwhiwLicosαisinβisin(αi-βi)

(7)

式中：Kf為穩(wěn)定系數(shù)；Wi為第i條塊的重量，kN/m；rU為孔隙壓力比；αi、βi分別為第i條塊滑面傾角和地下水流向，(°)；A為地震加速度，g；φi為第i條塊內(nèi)摩擦角，(°)；ci為第i條塊黏聚力，kPa；Li為第i條塊滑面長度，m；ψj為第i的剩余下滑力傳遞至第i+1塊段時的傳遞系數(shù)(j=i)；γw為水的容重，kN/m3；hiw為第i條塊孔隙水的高度，m。

剩余下滑力計算公式：

Pi=Pi-1×ψ+Ks×Ti-Ri

(8)

下滑力：

Ti=Wi(sinαi+Acosαi)+TDi

(9)

抗滑力：

Ri=(Wi(cosαi-Asinαi)-Nwi-RDi)tanφi-ciLi

(10)

傳遞系數(shù)：

ψ=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanφi

(11)

式中：Ks為設(shè)計的安全系數(shù)；其余注釋同上。

(2)工況組合。持續(xù)的強(qiáng)降雨是誘發(fā)邊坡變形破壞的最重要因素，對坡體穩(wěn)定性影響較大，擬采用兩種工況對邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析及剩余下滑力計算，即：工況Ⅰ—自重(天然狀態(tài))、工況Ⅲ—自重+暴雨(飽和狀態(tài))。

(3)計算參數(shù)選取。根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)成果、當(dāng)?shù)仡愃乒こ碳暗貐^(qū)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合反演分析結(jié)果，綜合確定邊坡穩(wěn)定性計算參數(shù)(表1)。

表1 各巖土層物理力學(xué)參數(shù)表

(4)邊坡穩(wěn)定性、剩余下滑力計算與結(jié)果評述。通過采用選定計算方法及參數(shù)，計算三個剖面的穩(wěn)定系數(shù)和剩余下滑力。計算結(jié)果見表2。

表2 滑坡穩(wěn)定系數(shù)及剩余下滑力計算結(jié)果一覽表

根據(jù)滑坡穩(wěn)定系數(shù)計算結(jié)果，K5+807—K5+872段邊坡在天然狀態(tài)下(工況Ⅰ)處于穩(wěn)定—基本穩(wěn)定狀態(tài)，在暴雨狀態(tài)下(工況Ⅲ)處于基本穩(wěn)定—欠穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)剩余下滑力計算結(jié)果，將工況Ⅰ與工況Ⅲ的剩余下滑力進(jìn)行比較，取較大值作為邊坡治理的設(shè)計推力。

6 治理方案設(shè)計

根據(jù)滑坡及邊坡的結(jié)構(gòu)特征、形成機(jī)制及邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)，制定K5+807—K5+872段邊坡的治理方案為：對邊坡滑坡堆積的石方采用機(jī)械破碎后清運(yùn)至指定地點(diǎn)后，K5+807—K5+815段邊坡自高程197.5 m至坡眉頂采用鋼管樁+鎖梁+C25砼+錨索格構(gòu)梁防護(hù)加固；K5+815—K5+872段邊坡人工清除坡面松動浮石后，采用錨索格構(gòu)梁+錨桿掛主動防護(hù)網(wǎng)防護(hù)加固。經(jīng)設(shè)計及驗(yàn)算確定各支護(hù)結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計如下：

6.1 錨桿掛主動防護(hù)網(wǎng)工程

(1)錨桿掛網(wǎng)布置：為防止局部因裂隙發(fā)育而發(fā)生巖石剝落垮塌，在K5+815—K5+872段邊坡，自高程200.0 m至坡眉頂以上3 m處采取錨桿掛主動防護(hù)網(wǎng)防護(hù)加固。

(2)錨桿設(shè)計：錨桿設(shè)計抗拔力為60 kN，錨桿選用2A16鋼筋，長度為3.0 m，在K5+815—K5+872段邊坡錨桿布設(shè)間距為3.0 m×3.0 m，傾角為25°，孔徑為90 mm，孔內(nèi)灌注M30水泥砂漿或純水泥漿。

(3)GAR2型主動柔性鋼絲繩防護(hù)網(wǎng)設(shè)計：掛網(wǎng)采用GAR2型主動柔性鋼絲繩防護(hù)網(wǎng)，防護(hù)網(wǎng)鋼絲繩直徑為8 mm，網(wǎng)格為200 mm，橫、縱向支撐繩采用Φ12 mm鋼絲繩。

6.2 錨索格構(gòu)梁工程

為確保邊坡的整體和局部穩(wěn)定。在K5+815—K5+872段自高程197.5 m至坡眉頂采取錨索格構(gòu)梁對邊坡進(jìn)行重點(diǎn)防護(hù)[4]。錨索的設(shè)計抗拔力為450 kN；主筋采用4Φ15.2 mm鋼絞線，長度19.0 m、26.0 m，水平間距與垂直高差均為3.0 m；錨索傾角為25°；孔徑為130 mm；錨索孔灌注M30水泥砂漿。格構(gòu)梁采用400 mm×400 mm現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁(C25砼)；縱筋為6B16，箍筋為A8@100 mm；梁中心預(yù)留錨索孔。

6.3 鋼管樁+鎖梁+C25混凝土防護(hù)工程

對K5+807—K5+815段邊坡，自高程197.5 m至坡頂區(qū)域采取鋼管樁+鎖梁+C25混凝土進(jìn)行防護(hù)加固。鋼管樁選用DZ40地質(zhì)無縫鋼管(壁厚4.5 mm)，長度為9.0 m，錨固段長度為4.0 m；樁中心距1.5 m×1.5 m；樁的孔徑為127 mm，孔內(nèi)灌注M30水泥砂漿，入射角為10°；基礎(chǔ)2排支撐鋼管樁垂直入射。鋼管樁之間采用鎖梁連結(jié)，鎖梁為400 mm×400 mm現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁(C25砼)，縱向受力鋼筋為6B16；箍筋為A8@100 mm，梁中心預(yù)留鋼管樁孔。K5+807—K5+815段邊坡(滑坡處)坡面采用C25混凝土充填，充填高度與K5+815里程位置坡面持平。待鋼管樁施工完成后現(xiàn)澆2 m寬、5 m高的混凝土板，鎖梁置于混凝土板內(nèi)。

6.4 M30水泥砂漿固結(jié)裂隙工程

邊坡后緣裂隙采用M30水泥砂漿灌漿固結(jié)，灌注時的壓力為200～250 kPa。

7 結(jié)語

桂林市萬福路滑坡為巖質(zhì)滑坡，事發(fā)突然、危害性大，通過對地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)進(jìn)行實(shí)地詳細(xì)調(diào)查及穩(wěn)定性分析，遵循地質(zhì)災(zāi)害防治的基本原則，提出滑坡治理方案。由于邊坡的巖體破碎，整體穩(wěn)定性及局部穩(wěn)定性均較差，設(shè)計采用了多種治理方式，確保治理后的邊坡整體和局部均處于穩(wěn)定狀態(tài)。