某山區(qū)高速公路高邊坡滑塌分析及治理措施研究

作者簡(jiǎn)介：

張廣照（1987—），高級(jí)工程師，主要從事道路橋梁的施工管理和技術(shù)研究工作。

文章以廣西某山區(qū)高速公路K271+250～K271+410段右側(cè)高邊坡為例，對(duì)山區(qū)土質(zhì)邊坡滑塌成因進(jìn)行分析并優(yōu)化治理方案。該邊坡土質(zhì)為第四系殘坡積層紅黏土，坡體飽水后具備膨脹及軟化潛勢(shì)，現(xiàn)澆拱形骨架及漿砌片石護(hù)面墻施作后仍無(wú)法有效穩(wěn)固坡面，通過(guò)進(jìn)一步勘察分析和方案優(yōu)化，提出鋼花管格子梁防護(hù)方案，固坡效果顯著，可為同類工程提供參考。

邊坡滑塌；紅黏土；拱形骨架；鋼花管格子梁

中圖分類號(hào)：U416.1+4 A 07 018 3

0 引言

山區(qū)高速公路建設(shè)中難以避免大挖方、填方工程，會(huì)形成大量裸露高邊坡［1］。山區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜多樣，受水體浸入與人工擾動(dòng)等影響，邊坡失穩(wěn)滑塌現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

預(yù)防和迅速治理邊坡災(zāi)害，可有效消除或減輕后續(xù)危害，保障人民生命財(cái)產(chǎn)和重要設(shè)施安全［2］。本文以廣西某山區(qū)高速公路項(xiàng)目K271+250～K271+410段右側(cè)邊坡治理為例，分析施工過(guò)程中邊坡滑塌的原因，制定應(yīng)急處治措施及方案，優(yōu)化設(shè)計(jì)及技術(shù)參數(shù)，以監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)為依靠，實(shí)現(xiàn)迅速治理，保證后期施工及運(yùn)營(yíng)的安全。

1 工程概況

該項(xiàng)目K271+250～K271+410段右側(cè)路塹邊坡土質(zhì)為第四系殘坡積紅黏土，原設(shè)計(jì)為三級(jí)挖方邊坡，最大坡高為21.57 m，坡率均為1∶1.25，設(shè)計(jì)防護(hù)類型為一級(jí)、二級(jí)拱形骨架+噴播灌籽防護(hù)，三級(jí)噴播植草防護(hù)。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

工程區(qū)屬于構(gòu)造剝蝕、溶蝕丘陵-低山地貌區(qū)。線路從山腳較平緩的區(qū)域通過(guò)，地形坡角一般為5°～15°，斜坡地帶地形坡角一般為15°～35°，局部達(dá)45°，路塹段整體地形呈南西高、北東低，地面高程為200～280 m，相對(duì)高差約為80 m。

2.2 地層巖性

項(xiàng)目區(qū)出露的地層為第四系殘坡積層（Q4dl+el）及石炭系下統(tǒng)巖關(guān)階（C1y），其特征及分布由新到老分述如下。

2.2.1 第四系全新統(tǒng)殘坡積層（Q4el+dl）

粉質(zhì)黏土：黃褐色，可塑狀，主要成分以黏粒為主，粉粒次之。用手指捏揉，有明顯的滑膩感，刀切面較光滑，稍有光澤，無(wú)搖振反應(yīng)，干強(qiáng)度為中等，韌性為中等。巖芯呈土柱狀，厚度為11.50～33.30 m，鉆孔揭露最大厚度為33.30 m，主要分布在坡腳已建成高速公路及其兩側(cè)地形較緩地帶。

2.2.2 石炭系下統(tǒng)巖關(guān)階（C1y）

石灰?guī)r：灰白色，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，中-厚層狀構(gòu)造，質(zhì)硬，錘擊聲脆，巖芯完整，呈短柱狀-長(zhǎng)柱狀；為中風(fēng)化帶，部分鉆孔可見(jiàn)溶洞。

2.3 水文條件

區(qū)段內(nèi)水文地質(zhì)條件較為簡(jiǎn)單，地下水以第四系松散巖類孔隙水和基巖裂隙水為主。第四系松散巖類孔隙水主要賦存于斜坡表層殘積層內(nèi)，存儲(chǔ)空間有限，水量不大，主要依賴大氣降雨補(bǔ)給，并向沖溝下游及下伏基巖裂隙滲透排泄。場(chǎng)地斜坡地帶土體厚度較大，分布不均，第四系孔隙水覆蓋層的富水性較弱。

2.4 堆積體基本特征

經(jīng)過(guò)地面調(diào)查及鉆探揭示，該段路塹位于一個(gè)堆積體中部，堆積體長(zhǎng)約為180～200 m，寬約200 m，平面面積約為4.0×104 m2，本次變形范圍寬度約為80 m。堆積體主要物質(zhì)組成為第四系全新統(tǒng)殘坡積層粉質(zhì)黏土，厚度為11.50～33.30 m，鉆孔揭示的最大厚度為33.30 m，平均厚度約為20 m，堆積體總方量約為80×04 m3。下伏基巖為石炭系下統(tǒng)巖關(guān)階石灰?guī)r，工程區(qū)內(nèi)石灰?guī)r除地表露頭處局部存在強(qiáng)風(fēng)化層外，鉆孔揭露的均為中等風(fēng)化石灰?guī)r，部分鉆孔可見(jiàn)溶洞。

3 滑塌原因分析

3.1 滑塌過(guò)程

該邊坡在施工階段曾出現(xiàn)兩次開(kāi)裂和坍塌現(xiàn)象。2021年10月，坡面拱形骨架及噴薄植草防護(hù)施工完成，后續(xù)一周當(dāng)?shù)卦庥鲞B續(xù)強(qiáng)降雨，雨水滲入邊坡土體無(wú)法迅速排出，導(dǎo)致邊坡K271+290～K271+340段出現(xiàn)滑塌，已完工的拱型骨架遭受破壞，滑動(dòng)發(fā)生后天氣轉(zhuǎn)晴，未發(fā)生連續(xù)滑塌。

2021年11月進(jìn)行第一次設(shè)計(jì)變更，將滑塌區(qū)域的防護(hù)形式調(diào)整為漿砌片石窗式護(hù)面墻+深層導(dǎo)水管，并增設(shè)3 m路塹墻以加固坡腳。2022年4月，該邊坡相同位置再次發(fā)生滑塌，坡頂出現(xiàn)多處張拉裂縫。同時(shí)，坡面擋墻頂部出現(xiàn)大面積鼓脹變形，雨后變形進(jìn)一步加劇，部分土體沿墻頂平臺(tái)剪出。主要滑坡物質(zhì)為紅黏土，呈黃褐色硬塑狀，黏粒為主，粉粒次之，含少量碎石。

3.2 原因分析

路塹邊坡穩(wěn)定性受多種因素影響，主要分為內(nèi)因和外因。內(nèi)因包括地形地貌因素、巖性因素、構(gòu)造因素和水文因素；外因主要有持續(xù)強(qiáng)降雨和人類活動(dòng)。

3.2.1 內(nèi)因

（1）地形地貌：路塹區(qū)為構(gòu)造溶蝕-丘陵洼地地貌區(qū)，邊坡區(qū)自然坡體為斜坡，匯水面積較大。加上坡體植被茂盛，地表徑流不暢，具備滑坡發(fā)生的地貌特征。

（2）巖性、構(gòu)造：邊坡巖性為紅黏土，具有膨脹潛勢(shì)、遇水軟化等不良特性，透水性一般-較好，巖土物理力學(xué)指標(biāo)因溫度、濕度反復(fù)產(chǎn)生變化影響，抗剪強(qiáng)度變化具有衰減性，易形成滑坡。

（3）水文：水滲入紅黏土后，上部巖土體的下滑力增大，且原土體巖土物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，抗剪強(qiáng)度降低，坡體巖土層沿最大剪應(yīng)力帶產(chǎn)生滑帶。

3.2.2 外因

（1）降雨：連續(xù)強(qiáng)降雨，雨水不斷滲入和沖刷，不但破壞了土體原始結(jié)構(gòu)，使土體重度增大，而且使滑帶土飽水軟化，降低抗剪強(qiáng)度，導(dǎo)致滑體沿滑動(dòng)面發(fā)生剪切破壞。

（2）工程活動(dòng)：施工組織安排不當(dāng)，工序銜接不暢，邊坡截排水系統(tǒng)未得到及時(shí)完善。

滑坡嚴(yán)重影響了該段路基填筑施工，滑坡已形成新的臨空面和巖土結(jié)構(gòu)破壞，如不及時(shí)治理可能導(dǎo)致更大范圍滑坡，給下方路基施工安全和公路運(yùn)營(yíng)后期治理帶來(lái)更大困難。因此對(duì)該滑坡進(jìn)行專項(xiàng)治理是迫切且必要的。

4 穩(wěn)定性分析

4.1 計(jì)算參數(shù)分析

4.1.1 重度指標(biāo)

飽和工況重度參數(shù)粉質(zhì)黏土取20 kN/m3。

4.1.2 c、φ值的確定

本次共取樣10組粉質(zhì)黏土樣本，物理力學(xué)指標(biāo)均由室內(nèi)試驗(yàn)測(cè)定，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。根據(jù)巖土試驗(yàn)結(jié)果，飽和工況工程區(qū)角礫土c、φ值分別取20.4 kPa、7.7°。

4.2 穩(wěn)定性計(jì)算

取K271+302、K271+342剖面（見(jiàn)圖1、圖2），分別沿?fù)跬翂Φ准舫鲞M(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算（均考慮折線型滑面，考慮現(xiàn)狀深層滑面尚未形成，對(duì)巖土界面及土體內(nèi)部c、φ值取同一參數(shù)），計(jì)算結(jié)果如表2所示。

4.3 穩(wěn)定性分析

根據(jù)以上穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果和反算情況，結(jié)合現(xiàn)狀變形，邊坡土體沿?fù)跬翂准舫觯陲柡凸r下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。隨著現(xiàn)狀邊坡土體變形加劇，內(nèi)部滑面貫通加深，淺部土體內(nèi)部（已形成的滑面）c、φ值將進(jìn)一步降低，邊坡易沿土體內(nèi)部產(chǎn)生整體滑動(dòng)失穩(wěn)。

5 滑塌治理

5.1 治理原則

由于該段路塹邊坡土體變形嚴(yán)重，局部已處于臨滑狀態(tài)。結(jié)合勘察揭示，可能滑動(dòng)的土體主要為堆積體中上部淺部土體，沿?fù)跬翂ο虏炕瑒?dòng)。為確保邊坡在施工過(guò)程和后期運(yùn)營(yíng)中的穩(wěn)固，保障施工和運(yùn)營(yíng)安全，決定采用削方減載、強(qiáng)身固腳的方法，并疏通邊坡防排水系統(tǒng)。

5.2 治理方案

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及廣西地區(qū)膨脹土邊坡治理經(jīng)驗(yàn)［3］，綜合考慮防護(hù)效果、施工難易度、工期和工程造價(jià)等因素，決定采用混凝土鐵絲網(wǎng)（臨護(hù)）+鋼花管格子梁防護(hù)方案，其典型斷面如圖3所示。

為盡量控制高邊坡變形的進(jìn)一步發(fā)展，降低后續(xù)工程處治難度，對(duì)已發(fā)生滑塌變形范圍內(nèi)的路塹墻坡腳采用填土反壓，再及時(shí)進(jìn)行必要的減載，挖除滑體，并施作臨時(shí)防護(hù)設(shè)施（掛網(wǎng)噴射混凝土封閉層）。

針對(duì)二級(jí)坡面，即滑塌最嚴(yán)重的部位，重新采用鋼花管格子梁防護(hù)形式對(duì)其進(jìn)行加固。以地勘資料為依據(jù)，重新計(jì)算錨固長(zhǎng)度，確保鋼花管穿過(guò)潛在最不利滑動(dòng)面并嵌入巖體。同時(shí)，為防止邊坡潛在滑動(dòng)面向下發(fā)展，在一級(jí)平臺(tái)范圍布置豎向鋼花管注漿，鋼管采用直徑為89 mm、壁厚為6.0 mm的無(wú)縫鋼管，鉆孔深度為17 m，橫向間距為1.73 m，樁頂設(shè)置鋼筋混凝土承臺(tái)，并與二級(jí)邊坡格子梁組合為整體，進(jìn)一步提高邊坡巖土體整體抗剪性能。

該邊坡加固施工完成后，經(jīng)過(guò)了雨季的考驗(yàn)，結(jié)果表明采用的加固防護(hù)措施是合理且可行的。

6 結(jié)語(yǔ)

某山區(qū)邊坡因地質(zhì)地貌復(fù)雜、持續(xù)強(qiáng)降雨以及原地勘深度不足等原因，在施工過(guò)程中發(fā)生了多次滑坡。本文結(jié)合工程實(shí)例，分析了粉質(zhì)黏土邊坡滑塌的特征和成因，在充分計(jì)算、綜合分析后，確定采用鋼花管注漿加固等綜合治理方案。實(shí)際處治效果顯著，為其他山區(qū)高速公路邊坡滑塌病害治理提供參考。

參考文獻(xiàn)

［1］白 朋.復(fù)雜地質(zhì)條件下路塹高邊坡滑塌治理［J］.石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018（S2）：212-215.

［2］張玉芳，王春生，張從明.邊坡病害及治理工程效果評(píng)價(jià)［M］.北京：北京科學(xué)出版社，2009.

［3］范秋雁，徐炳連，朱 真.廣西膨脹巖土滑坡治理工程實(shí)錄［J］.巖土力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2013（Z2）：3 812-3 820.

收稿日期：2022-10-10