某高鐵站公路連接線邊坡滑塌原因分析及處治設(shè)計(jì)

趙志超

摘要 我國交通基礎(chǔ)設(shè)施對社會發(fā)展有著顯著的促進(jìn)作用，其中，公路作為連接區(qū)域之間的紐帶，起著不可替代的作用。為了解決公路建設(shè)邊坡施工過程中出現(xiàn)的滑塌現(xiàn)象，文章采用案例分析法，針對某一公路邊坡開挖過程中出現(xiàn)的滑塌跡象，通過折線形滑面對邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析。通過分析得出，該滑坡剩余下滑力在正常工況、暴雨工況、地震工況下安全性均不足。根據(jù)計(jì)算結(jié)果及場邊環(huán)境提出相應(yīng)的處治方案，該方法可以為同類邊坡處治提供借鑒。

關(guān)鍵詞 一級公路；邊坡滑塌；處治設(shè)計(jì)

中圖分類號 U418.55文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）05-0096-03

0 引言

在公路建設(shè)工作中，經(jīng)常遇到邊坡滑塌的情況。導(dǎo)致邊坡滑塌的原因有很多，因此需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行分析，才能找到科學(xué)合理的處治方法。為了更加有效地處理邊坡滑塌問題，接下來結(jié)合具體工程實(shí)踐進(jìn)行探討。

1 工程概況

該工程為某高鐵站與縣城之間新建公路連接線項(xiàng)目，公路等級為一級公路。該項(xiàng)目主線與既有省道采用互通立交的方式交叉。既有省道為二級路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，項(xiàng)目實(shí)施對互通范圍內(nèi)既有省道進(jìn)行改造，該段邊坡坡頂平臺建有當(dāng)?shù)鼐蠢显?，挖方邊坡最大挖深?7.2 m。原施工圖設(shè)計(jì)在左側(cè)第一級邊坡設(shè)置C20片石混凝土路塹擋土墻，該路塹擋土墻頂寬為120 cm，面坡為1∶0.75，背坡為1∶0.4。在開挖該段路塹邊坡的過程中，發(fā)現(xiàn)該段路塹邊坡頂?shù)木蠢显涸簝?nèi)，出現(xiàn)多處裂縫，裂縫寬度約0.8 cm，裂縫落差高度約2 cm。為避免邊坡進(jìn)一步滑塌，影響敬老院的安全，施工單位對裂縫進(jìn)行了封閉處理、對邊坡采用臺階形混凝土澆體進(jìn)行反壓處理，臨時(shí)維護(hù)邊坡的穩(wěn)定。具體情況如圖1所示。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形、地貌

該路塹建設(shè)場地在地貌單元上屬黃土丘陵區(qū)，微地貌主要為黃土梁、黃土峁、黃土陡坎、沖溝等為主，整體地勢南北兩側(cè)低中間高，梁頂為塬峁?fàn)?，地形相對較緩，梁側(cè)沖溝較發(fā)育，溝岸較陡，以陡坡—陡坎為主。該路塹范圍內(nèi)為既有省道開挖形成的人工地形，地形起伏變化不大，地面標(biāo)高介于1 011.04～1 028.29 m之間，相對高差約17.3 m；區(qū)內(nèi)斜坡多為陡坡及陡坎，自然邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，局部坡面存在崩塌現(xiàn)象。區(qū)內(nèi)地表植被稀少，主要為雜草及小型灌木。

2.2 地層巖性

根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪和鉆探資料，邊坡地層由第四系下更新統(tǒng)洪積（Q1pl）粉質(zhì)黏土、粉砂；新近系（N2）泥巖、粉砂；上更新統(tǒng)（Q2pl）粉質(zhì)黏土及全新統(tǒng)（Q4ml）填筑土組成?，F(xiàn)將各地層具體巖性特征分述如下：

①填筑土（Q4ml）：雜色，稍濕，稍密，成分以碎石、粉土為主，表層0.4 m為水泥板及瀝青層。

②粉質(zhì)黏土（Q2pl）：紅褐色，可塑，含云母及砂質(zhì)，土質(zhì)不均勻，局部夾薄層粉砂。

③粉砂（Q1pl）：褐黃色，中密，顆粒成分以石英、長石為主，砂質(zhì)不純，夾薄層粉土、粉質(zhì)黏土，混有大量粉土。

④粉質(zhì)黏土（Q1pl）：青灰色，可塑，含黑色條紋及銹黃色條紋，刀切面較光滑。

⑤粉質(zhì)黏土（Q1pl）：青灰色夾灰黃色，可塑—硬塑，含云母及黑色條紋，刀切面較光滑，局部夾薄層粉砂。

⑥粉砂（Q1pl）：褐黃色，中密，顆粒成分以石英、長石為主，砂質(zhì)不純，夾薄層粉土、粉質(zhì)黏土，混有大量粉土。

⑦泥巖（N2）：黑灰色灰白色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，具水平層理，局部夾紫紅色黏土。

⑧粉砂（N2）：灰色，密實(shí)，顆粒成分以石英、長石為主，砂質(zhì)不純，夾薄層粉質(zhì)黏土及粉黏條帶。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造及地震

項(xiàng)目區(qū)地處太行山塊隆西翼，位于晉獲褶斷帶和武陽坳褶帶之間，沁水塊坳中北段西部，區(qū)域內(nèi)總體構(gòu)造形態(tài)為走向NNE，傾向NW的單斜構(gòu)造，受新華夏系構(gòu)造運(yùn)動的影響，區(qū)域性的褶曲呈雁行排列，彼此平行。地層傾角一般在2 °～13 °，局部傾角較大。項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.1 g，設(shè)計(jì)地震分組為第三組，特征周期0.45 s。

2.4 水文地質(zhì)條件

路塹區(qū)地下水類型為第四系松散巖類孔隙水，地下水主要接受大氣降水入滲補(bǔ)給。水量總體隨季節(jié)變化明顯，地下水徑流方向?yàn)轫樀匦斡筛叩降蛷搅鬟\(yùn)動。局部因粉質(zhì)黏土、黏土阻隔，形成上層滯水，但富水性弱。

2.5 滑體特征

滑坡在平面形態(tài)上呈舌形，長約100 m，寬約240 m，面積約為12 000 m2，主滑塌方向NW44 °，中厚度約為6～8 m，屬淺層小型滑塌。后緣錯(cuò)位高度約6 m，前緣位于左側(cè)路塹邊坡第二級平臺。在該滑塌后緣發(fā)育有拉張裂縫，裂縫走向230 °，寬度約0.2～0.4 m，深度約2～4 m?；卢F(xiàn)場情況如圖2所示。

3 邊坡滑移分析

據(jù)現(xiàn)場調(diào)查了解，原邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，2020年10月道路施工對該邊坡進(jìn)行開挖，受連續(xù)降雨影響，坡體在重力作用下發(fā)生整體性的塑性變形，致使邊坡發(fā)生滑動[1]?；潞缶壋霈F(xiàn)拉張裂縫，滑坡前緣出現(xiàn)微小變形及裂縫，一方面大氣降水順砂層滲透至粉質(zhì)黏土，對粉質(zhì)黏土產(chǎn)生浸潤、軟化作用，使土體結(jié)構(gòu)遭到破壞，減小了土體的強(qiáng)度，促使土體沿著軟弱面等不良結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑動；另一方面大氣降水增大了坡體巖土體的含水量，使土體達(dá)到塑性狀態(tài)而降低了土體的穩(wěn)定性，強(qiáng)降雨或持續(xù)降雨時(shí)，雨水大量下滲，導(dǎo)致邊坡土體達(dá)到或接近飽和，從而增加了土體的重度，降低了土體的抗剪強(qiáng)度。由于地下水的作用，對坡體產(chǎn)生靜力壓力，使坡體受到沿臨空面的側(cè)向壓力，穩(wěn)定性降低，從而產(chǎn)生局部滑塌[2]。施工單位緊急對邊坡采用臺階形混凝土擋墻進(jìn)行臨時(shí)支擋，但是后期混凝土擋墻又出現(xiàn)裂縫。故滑坡一直在活動，只是幅度較小[3]。

4 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算

滑帶土的剪切強(qiáng)度直接影響計(jì)算推力的數(shù)值和整治工程量與整治方案，選擇合理的強(qiáng)度參數(shù)是計(jì)算滑坡推力的關(guān)鍵。該滑坡滑帶土的抗剪強(qiáng)度是根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)和類比，通過反算法間接獲得。根據(jù)邊坡破壞的形態(tài)，選擇代表性斷面，通過分析邊坡的滑動狀態(tài)，邊坡處于蠕動變形中，選擇穩(wěn)定系數(shù)Ks為0.97，滑體取天然重度平均值γ=19 kN/m3。利用“理正巖土”計(jì)算軟件結(jié)合裂縫位置推斷潛在滑動面，選取C值，反算φ值。計(jì)算參數(shù)如下：黏聚力C=16.5 kPa，天然內(nèi)摩擦角φ=10.2 °，天然容重γ=19 kN/m3，飽和黏聚力Cb=15.5 kPa，飽和內(nèi)摩擦角φb=9.7 °，飽和容重γb=19.5 kN/m3。

滑坡剩余下滑力計(jì)算采用《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015）推薦的傳遞系數(shù)法，分別對正常工況、非正常工況I（暴雨）和非正常工況Ⅱ（地震）進(jìn)行計(jì)算，選擇剩余下滑力最大的工況進(jìn)行支擋設(shè)計(jì)。經(jīng)過計(jì)算，擬設(shè)抗滑樁處的滑坡剩余下滑力計(jì)算結(jié)果如表1所示：

5 滑坡處治設(shè)計(jì)

根據(jù)剩余下滑力計(jì)算結(jié)果，在路塹邊坡頂部沿養(yǎng)老院院墻采用Ⅰ型抗滑樁進(jìn)行處治，Ⅰ型抗滑樁采用C30混凝土圓形抗滑樁，樁徑2.5 m，樁間距5 m，樁長29 m。如圖3所示。

邊坡頂部Ⅰ型抗滑樁施工完成起到支擋作用后，按路線設(shè)計(jì)邊坡進(jìn)行開挖，邊坡坡率為1∶1，并對臨時(shí)支擋進(jìn)行部分拆除。待邊坡開挖至一級平臺處，沿一級平臺內(nèi)側(cè)采用Ⅱ型抗滑樁進(jìn)行支擋，Ⅱ型抗滑樁采用C30混凝土圓形抗滑樁，樁徑1.5 m，樁間距2.5 m，樁長16 m。

Ⅱ型抗滑樁起到支擋作用后，邊坡繼續(xù)開挖，同時(shí)拆除剩余臨時(shí)支擋，開挖至原設(shè)計(jì)標(biāo)高處。一級邊坡采用片石混凝土擋墻支擋封閉，擋墻頂寬0.8 m，面坡坡率1∶0.5，背坡坡率1∶0.3。

施工過程中應(yīng)加強(qiáng)對邊坡的變形監(jiān)測，抗滑樁成孔采用旋挖鉆進(jìn)行挖孔同時(shí)抗滑樁施工過程中嚴(yán)禁全斷面開挖，并嚴(yán)格按照“跳二挖一”的順序開挖?？够瑯妒┕ね瓿珊蟛拍苓M(jìn)行邊坡開挖。邊坡開挖時(shí)應(yīng)自上而下，向兩側(cè)坡體順勢漸變，保持兩側(cè)坡體穩(wěn)定。施工期間應(yīng)加強(qiáng)對邊坡的定向監(jiān)測，若有情況應(yīng)及時(shí)上報(bào)并采取必要的緊急防護(hù)措施。監(jiān)測點(diǎn)布置如圖4所示。

6 結(jié)語

公路修建過程中不可避免地會對山體進(jìn)行大面積開挖，這不僅對自然環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞，還可能誘發(fā)和加劇各種地質(zhì)災(zāi)害，對周邊的建筑物造成巨大的安全隱患。

（1）公路選線過程中應(yīng)當(dāng)注意施工場地周邊環(huán)境，避免在建筑物附近造成深挖方。

（2）對路線確需穿越重要構(gòu)筑物的路段，勘察設(shè)計(jì)階段應(yīng)加強(qiáng)勘察，邊坡處治方案應(yīng)認(rèn)真比選研究。設(shè)計(jì)方案要保證邊坡開挖后的穩(wěn)定性，同時(shí)施工過程中應(yīng)避免大面積開挖，以免造成邊坡失穩(wěn)破壞，對周邊建筑物產(chǎn)生影響。

（3）針對地質(zhì)條件復(fù)雜、挖方高度大且附近存在建筑物的邊坡，增設(shè)適當(dāng)?shù)墓こ讨醮胧┤缈够瑩鯄?、抗滑樁是必要的?/p>

參考文獻(xiàn)

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