省道S308將樂縣梅花至玉華段邊坡水毀病害分析與治理

蔣威

（中科博通工程設(shè)計建設(shè)有限公司，福建福州 350001）

0 引言

福建省以臺地、低山和丘陵等地形為主，山谷交錯縱橫，連綿起伏，地質(zhì)構(gòu)造活動強烈，尤其是三明地區(qū)的巖質(zhì)成分較為復(fù)雜，山谷以泥巖、粉砂巖和碳酸鹽巖等巖層為主，天然陡坡較為發(fā)育，巖層厚度較大，季節(jié)性降水充沛。巖層在開挖期間如果遇到強降雨天氣，伴隨著雨水的不斷滲透和浸泡，泥巖和粉砂巖等巖體很容易出現(xiàn)吸水軟化和膨脹現(xiàn)象，導(dǎo)致巖層抗滑強度驟降，一旦遇到順層巖層，則泡水的巖層很容易出現(xiàn)順層滑坡現(xiàn)象。受規(guī)劃和地形等方面的限制，在山區(qū)公路建設(shè)中，單側(cè)路塹邊坡越來越多，而山區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜多變，一旦出現(xiàn)持續(xù)強降雨或者大暴雨，很容易出現(xiàn)邊坡水毀失穩(wěn)滑塌現(xiàn)象。因此，本文以省道S308(縱七線）將樂縣梅花至玉華K2+930—K3+020 段公路邊坡滑坡治理為例，詳細剖析病害產(chǎn)生的原因，并提出對應(yīng)的治理方案，以取得良好的公路邊坡滑坡治理效果。

1 工程概況

省道S308(縱七線)將樂縣梅花至玉華段公路的起點順接于省道204 線K241+703.94 處，位于將樂縣古鏞鎮(zhèn)下村，終點在省道204 線K248+208.18 處。其中，K2+930—K3+020 段邊坡設(shè)計最高為23m，高為3 級，第1～第3 坡率分別為1∶0.75、1∶0.75、1∶1.0，邊坡支護方式為拱形骨架植灌防護。為了保證邊坡的穩(wěn)定性，加固邊坡為刷坡方案，第1～第3 級刷坡坡率分別為1∶1.0、1∶1.0、1∶1.2，并將3m 寬平臺設(shè)置在第1、第2 級邊坡上。當邊坡基本刷坡到位時，剛好遭遇雨季，在連續(xù)數(shù)日的強降水影響下，該邊坡發(fā)生了水毀病害。在K2+960—K2+980 段第1～第3 級中間坡面出現(xiàn)塌方（見圖1），第3 級邊坡塌陷厚度已達2～3m，第1 級邊坡發(fā)現(xiàn)一處順隙裂縫，裂縫寬度5～10cm，且有繼續(xù)擴展的趨勢（見圖2），邊坡頂部約10m 處有高壓電鐵塔，邊坡如無法止住塌陷，則可能導(dǎo)致塔毀斷電等重大事故。

圖1 邊坡塌方圖

圖2 邊坡順隙裂縫圖

2 地形和地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

該公路地處武夷山區(qū),地勢呈西北高東南低,海拔為400～700m，全區(qū)屬中低山地貌,山脈走向以北西向為主,植被茂盛，區(qū)內(nèi)水系發(fā)育,金溪及其支流遍布全區(qū),構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)狀密集水系,河床切割劇烈。

2.2 地質(zhì)條件

場地內(nèi)的地層從上到下依次鉆探揭露如下：一是粉質(zhì)黏土，呈可塑狀態(tài)，飽和，主要成分為黏粉粒，土紅色，韌性中等，干強度中等，無搖振反應(yīng)，稍有光澤，局部混有礫石，粒徑為10～23mm。該土層力學強度一般，屬于中壓縮性土，工程地質(zhì)性能一般，層厚為4.80～7.70m。二是含泥碎石，主要成分為砂巖，土紅色，碎石呈棱角狀，主要粒徑為20～80mm，個別為115～130mm，碎石含量約占60%～80%，泥質(zhì)主要為黏性土，該層力學強度一般，屬于中壓縮性土，工程地質(zhì)性能一般，層厚為3.10～5.80m。三是粉砂巖殘積黏性土，呈可塑-硬塑狀態(tài)，飽和，淺紫色，礦物成分基本已經(jīng)風化成黏土狀，組織結(jié)構(gòu)全部被破壞殆盡，韌性中等，干強度中等，無搖振反應(yīng)，稍有光澤，局部混有粉砂巖強風化碎塊，碎塊含量約為5%。該層力學強度一般，屬于中壓縮性土，工程地質(zhì)性能一般，層厚為9.70～11.70m。四是砂土狀強風化粉砂巖，屬于極軟巖，巖芯呈堅硬的黏性土狀，灰黃色，巖體極破碎，局部混有碎塊狀強風化粉砂巖，數(shù)量較少，約占2% 左右，該地層組織結(jié)構(gòu)大部分破壞，力學強度較高，屬于低壓縮性土，工程地質(zhì)性能較高，質(zhì)量等級為V 級，層厚為6.50～20.10m。

3 病害產(chǎn)生原因分析

導(dǎo)致邊坡出現(xiàn)滑坡病害的主要因素有地層地質(zhì)條件、邊坡開挖和氣候影響等。

3.1 地層地質(zhì)條件

邊坡地層表面覆蓋粉質(zhì)黏土和粉砂巖殘積黏性土，同時夾雜含泥碎石，下伏砂土狀強風化粉砂巖，邊坡上陡下緩，含泥碎石開挖后容易出現(xiàn)滑塌現(xiàn)象。表層粉質(zhì)黏土層為高液限土，吸水后強度驟降[1]，失水則容易出現(xiàn)收縮開裂現(xiàn)象，且邊坡存在順隙裂縫，地表水下滲到坡面進入裂縫，從而向整個坡體滲透和掏蝕，致使裂縫所在的坡體被軟化成為滑動面。

3.2 邊坡開挖

一方面，邊坡開挖和坡率修整會破壞原有的應(yīng)力平衡狀態(tài)，在坡腳位置形成臨空面，致使邊坡坡體的前緣支撐被大幅度削弱，刷坡后邊坡容易出現(xiàn)裂縫，為地表水的滲透提供了便利的通道，導(dǎo)致滲透坡體成為軟弱帶[2]，從而打破坡體的受力平衡，極大地影響邊坡的穩(wěn)定性。另一方面，在刷坡過程中，施工人員未嚴格按照工藝流程進行施工，且當雨季來臨時，在坡頂沿邊坡線未及時設(shè)置排水溝對山體匯水進行截流，坡體也未使用彩條布進行遮蓋，導(dǎo)致坡面積水，邊坡土體進一步軟化。

3.3 氣候影響

連續(xù)的強降雨是誘發(fā)邊坡滑坡的主要因素。邊坡位于丘陵地貌區(qū)山坳下部，所處地形相對較為緩和，連續(xù)強降雨不斷對坡體進行沖刷和軟化，致使坡體的裂隙進一步擴展，而坡體內(nèi)的水分又無法及時排出，同時，降雨致使地下水位短時間內(nèi)迅速升高，在孔隙水壓力的循環(huán)交替作用下[3]，坡面上的裂縫得以漸進性擴展，進而導(dǎo)致坡面形成滑坡體。邊坡坡面上的巖體因雨水滲透呈飽和軟化狀態(tài)，邊坡抗滑力急劇下降，隨著巖體吸水自重不斷增加，最終沿著滑動面形成滑坡。

4 邊坡穩(wěn)定性分析

4.1 定性分析

對現(xiàn)場邊坡滑塌情況進行分析可知，坡體在臨空面擠壓變形，順滑塌邊界線呈貫通下滑狀態(tài)，裂縫寬度有擴展趨勢，坡體后方有約1.9m 下錯量。經(jīng)測算得知該邊坡穩(wěn)定系數(shù)為0.979，而根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30—2015）[4]，公路等級為二級公路的，在正常工況下與非正常工況下的邊坡穩(wěn)定系數(shù)分別為1.15～1.25 和1.05～1.15，因此，根據(jù)目前的邊坡變形狀態(tài)分析得出如下結(jié)論：K2+930—K3+020 段左側(cè)邊坡判定為處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

4.2 定量分析

該工程采用巖土分析軟件Geo-Slope 對K2+990 處斷面邊坡穩(wěn)定性進行計算，計算方法采用剛體極限平衡方法[5]。根據(jù)地勘報告中地層相關(guān)參數(shù)和主滑面當前狀態(tài)，反算出主滑面巖土層強度指標（見表1），再結(jié)合土體力學參數(shù)可以推算出滑坡推力和邊坡穩(wěn)定系數(shù)[6]，從而進一步計算出路塹所需的抗滑力，并確定預(yù)應(yīng)力錨索的軸力。在Geo-Slope 軟件中進行邊坡穩(wěn)定性模擬，經(jīng)過計算可知加固前邊坡穩(wěn)定系數(shù)為0.979，邊坡穩(wěn)定性較差。根據(jù)邊坡目前的不穩(wěn)定狀態(tài)反算出邊坡的巖土層相關(guān)參數(shù)，按照正常工況進行驗算，計算得知穩(wěn)定系數(shù)為1.185，滿足設(shè)計規(guī)范要求。

表1 主滑面巖土層強度指標

5 滑坡病害治理

5.1 治理方案確定

出于邊坡滑塌范圍較大、坡頂高陡、坡體地層風化不均勻以及治理造價、邊坡穩(wěn)定性和施工工期等方面的考量，遵守減載、強腰和固腳等設(shè)計理念，堅持減載和防護相結(jié)合的治理方陣，決定采用刷坡放緩結(jié)合坡面錨固的治理方案，如下：一是對滑坡體進行刷坡卸載，第1～第3 級刷坡坡率分別為1∶1.0、1∶1.0和1∶1.25；二是第1 級邊坡設(shè)置8m 高C20 片石混凝土擋墻；三是第2 級K2+940—K3+012 段邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨索框架進行加固；四是第3 級邊坡采用小導(dǎo)管注漿結(jié)合坡面植草綠化防護。典型斷面滑坡治理方案如圖3 所示。

圖3 典型斷面滑坡治理方案

5.2 坡體加固

第1 級邊坡采用片石混凝土擋墻作為坡腳支擋，擋墻高度為8m，墻底寬為2.952m，墻頂寬為2.5m，地下埋深為1.8m，地面以上為6.2m。第2 級邊坡采用寬為6m 和高為8m 的錨索框架進行加固，框架嵌入坡面35cm，外露25cm，鋼絞線直徑為15.24mm，錨索設(shè)置2 排，第1 排長度為22m，第1 排長度為30m，錨固長度為12m，錨索選用壓力分散型錨索，錨孔直徑為130mm，4 根錨索分為2 個單位，設(shè)計軸力為350kN。為了防止雨水沖刷坡面土體導(dǎo)致水土流失，在坡面上進行噴播植草。第3 級邊坡坡面上打入4 排注漿小導(dǎo)管，導(dǎo)管選用外徑為50mm 的無縫鋼管，導(dǎo)管打入坡面深度為8m，導(dǎo)管布設(shè)間距為2.0m×2.0m，漿液采用純水泥漿，水灰比為1.0∶0.5，注漿壓力為0.5～1.0MPa，坡面采用拱形骨架植草進行防護，以避免坡面出現(xiàn)風化現(xiàn)象，增強坡體的穩(wěn)定性。

5.3 排水設(shè)計

排水在邊坡治理工程中占據(jù)重要地位，在刷坡前應(yīng)做好坡頂截流排水溝。平臺寬度為2.0m，平臺邊沿設(shè)置排水溝和寬度為1.0m 的急流槽，排水溝與截流排水溝應(yīng)保持連通狀態(tài)，所有地表水均應(yīng)匯入路基排水系統(tǒng)。在片石擋墻上設(shè)置直徑為7.5mm 的PVC排水孔，呈“品”字形交錯布置，間距為2.0m×2.0m，向外傾斜4%，讓擋墻后坡體內(nèi)的地下水能夠順利排出。拱形骨架則設(shè)置3 道“人”字形排水槽，槽寬為0.8m，讓坡面上積水及時排入平臺排水溝。

6 結(jié)語

為了更好地收集和分析滑坡動態(tài)變化趨勢，本文對邊坡穩(wěn)定性進行了評價，在K2+970 處距離坡頂5～10m 位置設(shè)置1 個深層位移監(jiān)測孔，在第2 級邊坡上設(shè)置3 個錨索預(yù)應(yīng)力監(jiān)測孔，每周觀測1 次。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，邊坡未出現(xiàn)明顯位移，錨索預(yù)應(yīng)力未出現(xiàn)明顯損失，滑坡體趨于穩(wěn)定；工程竣工后經(jīng)歷了數(shù)次極端大暴雨，邊坡未出現(xiàn)明顯裂縫和滑移現(xiàn)象，滑坡病害治理效果顯著。