泥質(zhì)粉砂巖斜坡路堤滑坡成因與處治技術(shù)研究

黃巖峰，林京松，盧章天

(廣西交通設(shè)計集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 532029)

0 引言

在我國廣西、貴州、云南等地廣泛分布著大面積的泥質(zhì)粉砂巖等軟質(zhì)巖，該類巖具有遇水易軟化變形、失水收縮等工程特性[1-2]。泥質(zhì)粉砂巖的風(fēng)化層一般具有一定的膨脹性，其形成的土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性相對較差，容易受到氣溫、降水等因素的影響而產(chǎn)生較大變化，嚴(yán)重威脅路堤邊坡的穩(wěn)定與安全，給公路工程造成極大危害[3-4]。

為有效處治泥質(zhì)粉砂巖斜坡路堤的滑坡問題，本文以廣西玉林至鐵山港高速公路(以下簡稱“玉鐵高速公路”)K2768+524～K2768+624段路堤滑坡治理為例，通過地質(zhì)勘探進(jìn)行其地形地貌、地層巖性和水文地質(zhì)分析，并在此基礎(chǔ)上剖析滑坡的形成因素和形成機(jī)理，對滑坡穩(wěn)定性和剩余下滑力進(jìn)行計算分析，進(jìn)而針對此類泥質(zhì)粉砂巖斜坡路堤的滑坡問題提出有效的處治技術(shù)。

1 工程概況

玉鐵高速公路K2768+524～K2768+624段路堤在原地面橫坡坡度約為15°～35°、縱坡約為4°的坡地上。該路段屬于半填半挖路段，左側(cè)為填方路段，右側(cè)為挖方路段，原地面地勢左低右高，中樁填土高度為2.0～4.5 m。左側(cè)為漿砌片石路肩擋土墻，沿路段里程增加方向擋墻高度由2.2 m逐級增高至10.5 m。

2020年8月，受臺風(fēng)影響，該路段地域出現(xiàn)多場強(qiáng)降雨，K2768+574～K2768+615段左側(cè)路肩漿砌片石擋墻出現(xiàn)坍塌，坍塌區(qū)域從路肩擋墻至硬路肩與行車道交界處，以近似垂直于公路走向發(fā)生整體滑動；K2768+570～K2768+574段路肩漿砌片石擋墻外側(cè)墻體中間隆起變形；K2768+615至樁板墻接頭漿砌片石擋墻下部隆起變形，部分勾縫開裂，擋墻上部混凝土護(hù)欄出現(xiàn)斜向裂縫。

在勘察現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，坍塌擋墻遺留墻腳(可見部分)及坍塌段前后擋墻墻腳部位未見明顯滑移擾動，坍塌點(diǎn)附近路堤邊坡以及坡腳民房未見明顯異常；坍塌處存在持續(xù)變形破壞的趨勢，滑坡后緣拉裂縫不斷往道路中部發(fā)育，滑坡處于滑動階段，嚴(yán)重影響了路基的穩(wěn)定性。根據(jù)滑坡及影響區(qū)實(shí)物指標(biāo)調(diào)查結(jié)果，由《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(GB/T 32864-2016)(以下簡稱《勘查規(guī)范》)確定，該滑坡危害對象等級為二級。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

K2768+524～K2768+624段滑坡場地原始地貌為低山，擋土墻位于山腳，地形坡度為15°～35°。擋墻北側(cè)為高速公路，路肩為低山，山頂高度約為150 m，修建有人工邊坡，采用格構(gòu)錨索進(jìn)行護(hù)坡；擋墻南側(cè)為村莊，與村莊之間為斜坡，坡度約為20°，斜坡有植被覆蓋。

2.2 地層巖性

2.3 水文情況

地下水類型為第四系松散類孔隙水、基巖裂隙水，補(bǔ)給來源均為大氣降水?？紫端谟昙靖患鶐r裂隙水較為貧乏。場地地下水對鋼筋混凝土具微腐蝕性，對鋼筋混凝土中的鋼筋也具微腐蝕性。

表1 巖土層物理力學(xué)指標(biāo)表

3 滑坡成因及穩(wěn)定性分析

3.1 滑坡形態(tài)特征

滑坡前緣以擋墻底部為界，后緣以高速路分道線旁的拉張裂縫和剪切裂縫走向為界，平面形態(tài)總體呈“似半月”形。主滑方向約為160°，滑坡體軸長約為90 m，前緣寬度約為13 m，滑坡平面面積約為850 m2，滑坡體積約為3 400 m3，屬淺層牽引式小型滑坡。如圖1所示為滑坡平面示意圖。

圖1 滑坡平面示意圖

3.2 滑坡形成因素分析

該路段路側(cè)擋土墻滑坡的形成是由多種因素共同作用的結(jié)果[5-7]。影響滑坡的因素主要有降雨、人類工程活動、地層巖性、地形地貌等。

(1)強(qiáng)降雨：降雨是導(dǎo)致滑坡產(chǎn)生的主要誘發(fā)因素，尤其是強(qiáng)降雨或持續(xù)性降雨。高速公路北側(cè)上部山體雨水沖刷坡體，地下水沿土體向下滲入滑坡體中，入滲形成的地下水增加了滑坡體的重度，軟化了滑坡體的抗剪強(qiáng)度，并提供了水壓力，不利于斜坡的穩(wěn)定性。

(2)人類工程活動：人類的工程活動是產(chǎn)生滑坡的重要原因。在高速公路建設(shè)時，該路段路面北側(cè)為原始地貌，南側(cè)為回填區(qū)域，將其修建成臺階狀進(jìn)行回填，回填后北側(cè)邊坡表層裸露。高速公路修建時在坡腳部分地段設(shè)置了9.5～10.5 m的毛石擋土墻，暴雨使回填的素填土經(jīng)過日積月累發(fā)生軟化，導(dǎo)致該毛石擋墻未能完全防止滑坡的發(fā)展。

(3)滑坡體巖性：滑坡體為素填土，素填土的成分為全-強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，當(dāng)遇強(qiáng)降雨或持續(xù)降雨時，雨水可滲入土體，土體遇水浸泡后會發(fā)生軟化，抗剪強(qiáng)度大大降低，容易在回填土與原狀土接觸面附近和土體內(nèi)部產(chǎn)生軟弱帶，造成土體沿軟弱面向臨空面下滑。

(4)地形：滑坡所處山體自然地形坡度約為15°～35°，滑坡整體坡度為35°左右，由于削坡在滑坡前緣形成陡坡，且局部地段呈直立狀，為滑坡的形成提供了有利的地形條件。

3.3 穩(wěn)定性分析

3.3.1 定性分析

通過地表變形特征、剪出口位置等對滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性定性分析，評價結(jié)果如表2所示。

表2 滑坡整體穩(wěn)定性定性評價結(jié)果表

由表2及現(xiàn)場調(diào)查可知，滑坡體在天然工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)?；聟^(qū)前緣臨空條件好，但在暴雨情況下仍有發(fā)生小規(guī)?；碌嫩E象，故可定性判斷該滑坡在暴雨工況下處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

3.3.2 定量評價

因滑動面呈近似折線型，故按照《勘查規(guī)范》推薦的公式E.9對滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行計算[8]。根據(jù)鉆探揭露結(jié)果，滑坡場地地下水位埋深較深，位于滑面之下，因此不考慮地下水滲透壓力作用。穩(wěn)定性驗算公式如式(1)所示。式中各參數(shù)名稱及計算取值詳見文獻(xiàn)[8]。

(1)

滑坡滑帶通過鉆探揭露軟弱層和工程類比法等方法綜合確定?；滤趨^(qū)域抗震設(shè)防烈度為7度，屬一級滑坡防治工程，故滑坡穩(wěn)定性采用自重工況、暴雨工況及地震工況三種，計算方法采用傳遞系數(shù)法進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

由于滑坡已發(fā)生過一次垮塌，現(xiàn)地表變形主要表現(xiàn)為后緣出現(xiàn)拉張裂縫，坡體上出露滑坡臺坎，現(xiàn)狀強(qiáng)降雨時仍有變形現(xiàn)象。故反演參數(shù)時根據(jù)經(jīng)驗綜合確定滑坡在工況Ⅰ(天然狀態(tài))下穩(wěn)定性系數(shù)取1.00(基本穩(wěn)定狀態(tài))、在工況Ⅱ(暴雨狀態(tài))下穩(wěn)定性系數(shù)取0.80(不穩(wěn)定狀態(tài))作為穩(wěn)定性系數(shù)進(jìn)行參數(shù)反演。

通過對滑帶土取不同的粘聚力(c)值和內(nèi)摩擦角(φ)值進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性分析可知，該滑坡穩(wěn)定性受φ值與c值的變化影響幅度較大，故確定c值進(jìn)行參數(shù)反演，最終確定滑帶的c和φ值如表3所示。

表3 滑帶抗剪強(qiáng)度參數(shù)取值表

根據(jù)已經(jīng)確定的滑坡滑帶抗剪參數(shù)，對現(xiàn)狀滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行計算，通過計算可知：在不考慮現(xiàn)有擋土墻的情況下，滑坡在天然工況下，穩(wěn)定系數(shù)為1.00～1.06，處于基本穩(wěn)定-欠穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨工況下其穩(wěn)定系數(shù)為0.79～0.85，在地震工況下其穩(wěn)定系數(shù)為0.93～0.99，均處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

3.4 滑坡剩余下滑力計算

根據(jù)規(guī)范相關(guān)規(guī)定，滑坡防治工程等級為Ⅰ級，設(shè)防烈度為7度。通過現(xiàn)場取樣試驗、反演推算現(xiàn)狀分析，結(jié)合工程地質(zhì)類比，確定滑坡體天然重度為19.2 kN/m3，飽和重度為20.2 kN/m3，土體飽和工況下粘聚力c值取10.0 kPa，內(nèi)摩擦角φ值取12.0°。

根據(jù)滑坡失穩(wěn)條件，暴雨狀態(tài)或連續(xù)降雨狀態(tài)下為滑坡最不利工況，同時考慮行車載荷的影響，滑坡推力計算工況為暴雨狀態(tài)+自重+行車載荷影響，穩(wěn)定安全系數(shù)取1.25。根據(jù)計算，暴雨+行車載荷的工況條件下滑坡最大剩余推力為413.9 kN/m。

4 處治方案設(shè)計

為避免該段路基進(jìn)一步破壞，應(yīng)立即對該段病害路基進(jìn)行搶險加固處治。通過現(xiàn)場勘察，結(jié)合相關(guān)資料，在總結(jié)工程經(jīng)驗及滑塌成因的基礎(chǔ)上，綜合考慮滑坡特征、穩(wěn)定性及其剩余下滑力，提出了適合本段路堤的處治方案[9-11]。

4.1 臨時處治方案

考慮到當(dāng)時正值雨季，路堤填土有發(fā)生二次坍塌的可能，故盡快進(jìn)行了臨時性及結(jié)合后期施工作業(yè)面要求的放坡支護(hù)處治方案。

具體處治方案為：沿行車道與超車道交界處進(jìn)行放坡，坡率為1∶1，在坡腳用鋼板樁作為臨時支護(hù)，鋼板樁打入原地面長度與懸臂段按3∶1進(jìn)行控制，支護(hù)完成后進(jìn)行拆除擋墻及其他施工工序。坡面采用掛網(wǎng)噴射5 cm厚的C20混凝土防護(hù)，在開挖過程中做好監(jiān)測，密切關(guān)注裂縫發(fā)展情況以及鋼板樁位移情況。

4.2 處治方案

本方案按抗滑樁+混凝土擋土墻+肋墻支擋形式進(jìn)行處治，具體設(shè)計見圖2。

4.2.1 抗滑樁

為確保村莊群眾生命財產(chǎn)安全及道路行車安全，采用圓形抗滑樁支護(hù)塌方段?？够瑯稑稄綖?.2 m，樁中心距為3.05～4 m，其中受14#樁施工作業(yè)面及周邊房屋影響，將10#～14#樁中心距進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整：10#至13#樁中心距為3.75 m，13#至14#樁中心距為3.05 m，1#至9#樁中心距為4 m。

抗滑樁設(shè)計樁長為32.25 m，嵌固端約為22 m，樁端嵌入強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖層深度≥4 m。樁體采用旋挖鉆孔工藝施工，樁身混凝土采用C30混凝土，受力鋼筋保護(hù)層厚度≥10 cm。樁間設(shè)置現(xiàn)澆擋土板，擋土板強(qiáng)度不低于C30，板內(nèi)預(yù)留泄水孔?？够瑯稑俄斣O(shè)置1 m冠梁，樁頂預(yù)留0.8 m縱向鋼筋與冠梁進(jìn)行搭接；同時冠梁頂設(shè)置墻式混凝土護(hù)欄，新建混凝土護(hù)欄與兩側(cè)原混凝土護(hù)欄平順過渡。

4.2.2 混凝土擋土墻

因滑坡處距離祠堂較近，受當(dāng)?shù)仫L(fēng)俗影響，祠堂正后方采用路肩衡重式混凝土擋土墻支護(hù)，長度約為4 m，墻高為9.5 m，擋土墻基礎(chǔ)采用換填碎石為1.5 m，地基承載力要求≥290 kPa。擋土墻墻頂設(shè)置冠梁與抗滑樁連接，兩側(cè)抗滑樁預(yù)埋鋼筋，以便與擋土墻連接成一個整體。

4.2.3 肋墻支擋

考慮到連接抗滑樁的漿砌片石墻高為5.5～9.0 m，具有一定的安全隱患，擬采用在墻外側(cè)設(shè)置肋墻加固漿砌片石墻體。肋墻每5 m設(shè)置一道，肋墻高為現(xiàn)有漿砌片石墻高的2/3，支護(hù)長度為30 m。肋墻位置可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，應(yīng)避開沉降縫；肋墻施工時不破壞原有漿砌片石擋墻基礎(chǔ)。

圖2 處治方案平面圖(cm)

4.3 路基路面及附屬設(shè)施恢復(fù)

填筑前先對舊路基邊坡進(jìn)行清坡處理，并開挖寬度≥2 m的臺階，路床范圍采用土工格柵加筋。鑒于路面出現(xiàn)不同程度裂縫，采用路基注漿加固土體，平均進(jìn)尺8 m，單孔注漿深度深入原地面≥2 m?；謴?fù)后的路面結(jié)構(gòu)層見表4[12]。

表4 恢復(fù)后的路面結(jié)構(gòu)層組成表

按原路面結(jié)構(gòu)層恢復(fù)路面，恢復(fù)路面標(biāo)線及混凝土護(hù)欄以保障行車安全。為減少水對路基土體的影響，在抗滑樁以及擋墻外側(cè)新建混凝土排水溝，同時恢復(fù)路面橫向排水管。

4.4 處治效果

該邊坡處治工程完工后，經(jīng)過檢測，抗滑樁及擋土墻施工質(zhì)量符合要求，路基路面各結(jié)構(gòu)層符合相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)及規(guī)范要求。檢測情況表明，樁頂、擋墻的水平和垂直位移均在設(shè)計的合理范圍內(nèi)。由此可見，采用抗滑樁+混凝土擋土墻+肋墻支擋形式為主的處治技術(shù)可有效整治此類泥質(zhì)粉砂巖路堤滑坡，達(dá)到了安全、經(jīng)濟(jì)合理、施工快捷的處治目的。

5 結(jié)語

本文通過分析玉鐵高速公路K2768+524～K2768+624段泥質(zhì)粉砂巖斜坡路堤滑坡的形態(tài)特征、形成因素、穩(wěn)定性及剩余下滑力，提出了針對此類路堤滑坡的處治方案，得出以下結(jié)論：

(1)降雨是導(dǎo)致滑坡產(chǎn)生的主要誘發(fā)因素，尤其是強(qiáng)降雨或持續(xù)性降雨。人類的工程活動是產(chǎn)生滑坡的重要原因。

(2)進(jìn)行路堤滑坡工程治理設(shè)計時應(yīng)綜合考慮路面靜荷載及動荷載，計算剩余下滑力時應(yīng)采用不同工況下確定的最大值。

(3)加強(qiáng)地表水管理和設(shè)置系統(tǒng)排水治理工程，是治理工程的關(guān)鍵。為防止渠水滲入滑體影響滑坡穩(wěn)定，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)水渠防滲漏措施和監(jiān)測工作。

(4)采用先放坡支護(hù)臨時處治，后按抗滑樁+混凝土擋土墻+肋墻支擋方案處治的治理技術(shù)，可有效整治此類泥質(zhì)粉砂巖路堤滑坡，可為今后類似滑坡的因素分析、穩(wěn)定性分析、剩余下滑力計算及處治技術(shù)提供參考。