某二級公路段滑坡分析與治理

史建濤 周明芳 謝廷勇

滑坡是發生頻繁,危害較大的地質災害之一,一旦發生,給人民的生命財產及安全帶來嚴重破壞[1]。隨著廣西公路建設快速發展,線路在經過山區和丘陵地帶時,遇到了很多的滑坡問題。本文以某二級公路K56+660～K56+860左側上邊坡滑坡為工程背景,分析該邊坡的變形破壞機理,揭示控制邊坡變形的主要因素,提出合理的綜合治理方案。

1 工程概述

該公路由于沿線地形及工程地質條件復雜、多變,路塹邊坡在開挖過程中常出現整體或局部滑坡、崩塌等現象。在K56+660～K56+860段左側上邊坡,由于組成該邊坡的巖土層結構復雜,力學性能差,開挖高度較大,形成較大的臨空面,斜坡上出現大量拉張裂縫,邊坡出現整體蠕滑變形現象;并且該邊坡在雨季降雨和地表水大量滲入時,有加速滑移的趨勢。為防止邊坡失穩影響路基施工及運營安全,需對該邊坡進行治理。

2 工程地質情況

2.1 地質構造

該區屬云貴高原桂西隆起帶,位于背斜東北翼,為單斜構造,巖層走向 NW-SE,傾向 NE,傾角35°～ 52°,與公路左側邊坡坡向相反。因受斷層活動影響,巖層中裂隙較發育,下伏微風化炭質泥灰巖裂隙結構面主要有四組,產狀分別為:34°∠52°(層間裂隙),309°∠84°,224°∠74°,164°∠81°,這些裂隙縱橫交錯,延伸較長,裂隙多被方解石脈充填,使巖石完整性降低。

2.2 巖土體構成

根據規范[3]按其成分、力學性質可劃分為:種植土(Q4)、含粉土塊石、碎石(Qcel4)、全～強風化炭質泥灰巖(C1)和弱～微風化炭質泥灰巖(C1)。1)種植土(Q4):呈褐色,以粉土為主,混有碎石、角礫,其含量約為40%～50%,稍濕～濕,松散,含少量植物根系。2)含粉土塊石、碎石(Qcel4):呈褐黃色,為Ⅰ類混合土,以碎石、塊石為主,含量50%～80%,結構松散,稍濕～濕,層厚5.3 m～10.95 m。3)含粉土碎石、角礫(Qcel4):呈褐黃色,為Ⅰ類混合土,以角礫為主,含量61%～85%,結構松散,濕,層厚 4.3 m～10.25 m。4)全～強風化炭質泥灰巖(C1):灰黑色,隱～泥晶質、薄層狀,裂隙發育,巖石多風化為土夾石狀,風化碎石含量隨深度的增大而增加,近底部以碎塊及碎石為主,該層質軟,遇水易崩解軟化,其中頂面0.2 m～0.30 m風化黏土為飽和軟塑狀,為滑坡滑動帶。層厚0.5 m～6.8 m。5)弱～微風化炭質泥灰巖(C1):灰黑色,泥晶～隱晶質結構,薄～中厚層狀,質軟,為易軟化巖石,遇水、暴曬易碎裂,細裂隙較發育,少量方解石細脈充填,巖塊堅硬,厚度不詳。

3 滑坡成因分析

1)地形地貌條件:滑坡體基巖面起伏變化形態基本與地面一致,傾向公路。坡腳開挖路塹之后,形成了高約25 m的臨空面,打破斜坡原來的平衡狀態。2)地層條件:滑坡體上部巖土體厚度大,力學強度低,卸荷作用產生的卸荷裂隙使雨水和上部潛水沿裂隙及松散堆積物孔隙下滲,到達起隔水作用的全～強風化炭質泥灰巖巖層頂面時,使風化炭質泥灰巖頂面受到軟化作用,大大降低了該層的抗剪強度,造成上部松散堆積物沿該接觸面下滑,導致邊坡失穩。3)水文地質條件:上部松散堆積物含水、透水性較強,地下水運動速度比較快,其透水系數K=4.5×10-4cm/s,下部強風化炭質泥灰巖、微風化炭質泥灰巖節理裂隙雖較發育,但多被方解石脈和泥鈣質充填,巖溶不發育,呈弱透水性,其透水系數K=5.35×10-6cm/s。區內降雨充沛,降雨多集中在夏季,在暴雨或長時間降雨期間,地表水沿裂隙下滲到滑床,基巖阻水,浸潤滑動面,成為誘發邊坡失穩的關鍵因素。

4 滑坡穩定性驗算與評價

4.1 定性評價[2]

該滑坡體厚度為7.3 m～18.9 m,滑坡成因:滑坡體受路塹開挖形成臨空面,打破原有的平衡狀態,產生重力式牽引,使滑體產生拉張裂縫。

滑坡體上部松散堆積物透水性較強、力學強度低,雨水沿裂隙及松散堆積物孔隙下滲,下部基巖透水性差,導致全風化炭質泥灰巖頂面受到軟化,降低抗剪強度。

綜上原因得知,目前滑坡處于整體蠕滑變形狀態,如邊坡在雨季降雨或地表水大量滲透時,有加速滑移的趨勢。對路基施工和斜坡上的高壓塔式電桿會產生不利的影響。

4.2 定量評價

1)根據上述穩定性分析,折線形滑動面采用穩定性方法計算,將滑體劃分若干垂直條塊,其公式[3]如下:

其中,Fs為穩定系數;Ri為作用于第i塊段的抗滑力,kN/m;Ti為作用于第i塊段滑面上的滑動分力,kN/m,出現與滑動面方向相反的滑動分力時,Ti取負值;Rn為作用于第n塊段的抗滑力,kN/m;Ψi為第i塊段的剩余下滑力傳遞至第i+1塊時的傳遞系數(j=i);θi為第i塊段滑動面與水平面的夾角;Ni為作用于第i塊段的法向分力,kN/m;φi為第i塊段土的內摩擦角,;Ci為第 i塊段土的粘聚力,kPa;Li為第 i塊段滑動面長度,m。

2)滲透壓力計算公式[4]如下:

滲透壓力產生的平行滑面分力:

滲透壓力產生的垂直滑面分力:

其中,γW為水的重度,kN/m3;hWi為第i條塊地下水位,m;Li為第i塊滑面長度,m;αi為第i條塊滑面傾角,(°);βi為第i條塊地下水流向。

3)地下水位通過鉆孔揭露地下水位及該地區地下水位變幅情況確定。

4)地震力計算。由于滑坡區地震基本烈度為6度,滑坡防治工程類型為二類,故計算時未考慮地震力的影響。

滑坡穩定性系數計算主要參數選取:天然狀態C=16.6 kPa,φ=8.5°,ψ=19.5 kN/m3,飽和狀態 C=14.2 kPa,φ=7.3°,ψ=20.5 kN/m3。經計算,各個工況的穩定系數見表1。

表1 各個工況的穩定系數

計算結果表明,該滑坡在天然狀態下,各剖面的穩定系數大于1,小于安全系數,在飽水狀態下,各剖面穩定系數小于1,處于不穩定狀態。

5 滑坡治理方案設計

根據該公路滑坡特征和穩定性現狀,建議選擇施工簡單、成本較低的抗滑錨拉樁作為支擋結構,輔以夯填裂縫和地表排水工程,具體措施如下:1)由于滑坡目前穩定性較差,抗滑樁的施工會破壞邊坡目前暫時的穩定狀態,甚至會加速滑坡滑移,影響路基和抗滑樁施工安全,施工前必須先在滑坡前緣堆載壓腳,使滑坡處于暫時相對穩定狀態,同時夯填滑坡體上裂縫,避免雨水和地表水直接滲入滑體。待后期抗滑樁及錨索施工完畢,養護期時進行了張拉鎖定,支擋結構達到設計要求后,再清除壓腳部位土體。2)在滑體前緣修筑施工平臺,并在平臺上施工人工挖孔樁,樁頂設鎖口梁,加固范圍主要在 K56+700～K56+785范圍內,抗滑樁排宜布置在公路左側距中軸線17 m的坡面上,樁排應與主滑方向垂直,并在抗滑樁上增加1束～2束預應力錨索,形成樁—錨聯合支擋結構,改變抗滑樁的受力結構,使懸臂樁變成近似的簡支梁結構,增強加固效果。3)在滑坡周界處修筑截水溝,防止外圍地表水滲入滑坡;在滑體上修筑排水溝,與外圍排水溝連成完善的排水系統,將滑體上的地表水排出滑體外。4)樁頂以上邊坡采用放坡1∶1.25后,采用骨架植草護坡。

6 結語

該滑體目前處于基本穩定狀態,但是如發生強降雨滑坡就會失穩下滑。建議K56+700～K56+795路段滑坡采用抗滑樁作為支擋結構,抗滑樁之間增加預應力錨索,輔以夯填裂縫和地表排水工程綜合整治[5]。為避免抗滑樁施工時過量減載,引起邊坡滑移,施工前應采取加載壓腳,抗滑樁開挖時應采用隔孔跳躍式施工。在邊坡加固工程施工期間及完工后1年內,在斜坡上設置簡易、實用的變形監測裝置,進行定期監測,以掌握滑坡滑移變形趨勢和工程加固效果。

[1] 秦海燕,宋幫平.抗滑樁在某滑坡治理中的應用[J].西部探礦工程,2006(9):276-278.

[2] 黃潤秋.20世紀以來中國的大型滑坡及其發生機制[J].巖石力學與工程學報,2007(3):433-454.

[3] GB 50021-2001,巖土工程勘察規范[S].

[4] DZ/T 0218-2006,滑坡防治工程勘察規范[S].

[5] 王恭先.滑坡防治中的關鍵技術及其處理方法[J].巖石力學與工程學報,2005(11):3818-3827.

[6] 宋志偉.高速公路高填方路基邊坡滑坡的鑒定與治理[J].山西建筑,2009,35(2):271-272.