綿陽—遂寧高速公路石麻灣大橋段滑坡變形分析

余 鑫，李天斌，任 洋，郭 勇，陳國慶

(成都理工大學地質災害防治與地質環境保護國家重點實驗室，四川成都 610059)

1 工程概況

綿陽—遂寧高速公路石麻灣大橋全長270 m，起訖里程K66+580—K66+850。該段原設計采用全幅高填方路基通過，填筑過程中路基出現大幅度開裂，后于2010年2月4日經過補充詳細勘察，同時為節省工程規模，最終此段采用半路半橋方案，左幅填筑路基右幅修建高架橋，左幅填筑路基采用路肩擋墻支護。

自2011年12月開始，左右兩幅路面均出現了裂縫，擋墻與左幅路面開裂，裂縫最寬約4 cm。橋臺中央裂縫位于橋臺至第1跨之間，裂縫長度12～13 m，寬約3 cm。為了防止左幅路基和擋墻繼續往臨空面移動，威脅橋梁，于2012年4月對變形擋墻采用了2排預應力錨索進行加固。橋下第3跨的覆蓋層出現開裂，這條裂縫在監測初期產生，在2012年雨季期間(8～10月)，有變形加大的趨勢，最大位移量可達20 cm，裂縫外側(靠臨空側)的沉降明顯大于靠山側。調查研究表明此處為一老滑坡，汶川大地震時曾滑動過。

該處滑坡滑體自東向西滑動，南北長400 m，東西寬約360 m，面積約14 hm2，總體上東窄西寬，平面呈簸箕形，后緣位于左幅填筑路基和右幅大橋之間，前緣在明臺電站庫區內，對大橋的安全產生巨大的影響。滑坡表面地形起伏，為山地斜坡地貌，坡角15°～25°，局部地段＞30°，滑體后緣可見滑坡壁，滑壁上滑動擦痕明顯，山坡后緣拉張裂隙明顯，前緣未見明顯的鼓隆現象。滑動面在第四系覆蓋層內，呈圓弧形，傾角一般在10°～20°，后緣很陡，滑面傾角較小，前緣相對較緩。滑坡全貌如圖1所示。

圖1 滑坡全貌

滑坡區為丘陵斜坡地貌，路基后緣基巖出露，中部為自然斜坡地貌。路基區內相對高差41.0～50.0 m，地面平均坡度15°～25°。基巖以白堊系下統蒼溪組(K1c)紫紅色粉砂質泥巖為主，巖層產狀平緩，為N30°～60°W∠1°～3°，夾粉砂巖薄層或透鏡體。松散堆積層主要為第四系全新統(Q4)沖積堆積的褐黃色粉質黏土、淤泥質粉質黏土，礫石夾粉質黏土。屬亞熱帶季風氣候，氣候溫和，雨量充沛。年降水量一般800～1 400 mm，年、季、月降水量分配不均。

為了預警突變災害并驗證增加錨索后的擋墻支護結構的效果，對綿遂高速公路通車后車輛動載、環境等因素對石麻灣大橋段滑坡穩定狀態的影響進行了實時監測。監測結果可為該區段的后期動態優化設計提供依據。

2 滑坡監測方案

橋頭段附近裂縫較多，危及綿遂高速公路石麻灣大橋的正常使用，因此針對高速公路大橋段橋頭部位滑坡進行詳細監測，以深部位移監測為主，結合地表位移監測和降雨量監測，并進行及時的現場巡視調查，分析滑坡的變形發展趨勢。

經過反復論證，本工程總共布置了1套雨量監測系統、4個深部位移監測孔(鉆孔信息見表1)、2組地表位移監測系統(一組為左幅擋墻頂部的8#，10#，12#，主要監測擋墻的位移情況;另一組為右幅橋面左側15#，17#，19#，主要監測大橋的位移情況)，監測點布置如圖2所示。

表1 測斜孔情況

圖2 監測點布置

雨量監測從2012年8月20日開始，頻率為1次/d;深部位移和地表位移監測從2012年4月開始，頻率為1次/3 d。監測后期根據監測數據的變化情況對監測頻率進行靈活調整，遇到降雨等特殊情況監測密度提高為1次/d，監測工作截止于2012年11月。

3 監測結果分析

3.1 雨量監測結果分析

圖3 滑坡區日降雨量隨時間分布

圖3為滑坡區2012年8月20日至10月13日的日降雨量隨時間分布圖。從圖中可見，進入8月下旬后，降雨次數明顯增多，雨量增強，8月最大降雨量為8月31日的50.2 mm。在9月10日發生了一次強降雨，降雨量為177.9 mm，小時最大降雨量為57.2 mm。9月中、下旬到10月上旬降雨綿綿不斷，最大降雨量為9月16日的15.0 mm，10月中旬以后降雨明顯減少。

由于8～10月為雨季，降雨量充沛，使滑坡產生蠕變變形，其中9月10日的強降雨直接使橋臺和路基結合處產生滑塌，造成測斜管被埋，左幅擋墻和橋面距離變寬了1.6 cm，并使路肩邊坡有6處小規模垮塌。降雨對該處的地表水、地下水進行補給，使坡體內地下水量劇增，引起滑坡的滑動。

3.2 滑坡深部位移監測結果分析

深部位移監測的位移量隨時間不斷增加。1#孔于8月28日變形過大在滑動面處剪斷，2#孔和3#孔于10月10日被人為破壞，4#孔于10月3日在滑面處被剪斷破壞。根據深部位移監測數據并結合勘察資料，做出K66+600處的斷面圖，如圖4所示。

1#孔布設于橋臺往小里程方向14 m的坡腳處，1#孔孔深—累計位移量曲線如圖5所示，圖中給出了深部位移監測孔累計位移變化，負值表示向臨空面方向移動，以下均采用數據的絕對值進行分析。可見，8月23日監測的孔口位移最大為26.84 mm，在33.5 m處形成了較明顯的滑動面，位移量為20.07 mm。離地表越近位移量越大，這表明滑坡在沿33.5 m滑面滑動時上覆土體變形比滑面處還要大，滑體趨于不穩定狀態。在9.5～12.5 m之間，圖形呈“凹”型，該區間的累計位移量明顯比其他部位的小，這是因為該測斜孔處在高速公路右幅的機耕道上，剛好有個大石頭擋住了測斜管，使累計位移量基本不變。

圖4 K66+600處路基滑坡勘察地質橫斷面

圖5 1#孔孔深—累計位移量曲線

2#孔布設于橋臺旁往大里程方向6 m處，其孔深—累計位移量曲線見圖6。可見，孔口位移最大為10月3日的29.85 mm，在23.5 m處形成了較明顯的滑動面，最大累計位移量為31.12 mm。對于9月10日的強降雨，2#孔的位移響應情況明顯比其他3孔要強烈。對比分析9月10日與9月11日的數據，孔口到23.5 m之間的覆蓋土移動了1.1 mm左右。可見，降雨導致滑坡蠕動變形，且變形最大的部位就在2#孔處，也就是橋臺附近，應對該部位進行防治。

3#孔布設于橋臺往大里程方向30 m處，在1號橋墩附近，其孔深—累計位移量曲線見圖7。可見，10月3日監測孔口位移最大為31.94 mm，在22.5 m處形成了較明顯的滑動面，累計位移量為38.30 mm。表明1號橋墩已經受到滑坡的影響，這將會對大橋產生安全隱患。

圖6 2#孔孔深—累計位移量曲線

圖7 3#孔孔深—累計位移量曲線

4#孔布設于垂直于2#孔往臨空面方向25 m處，在村民家后院的田地里，其孔深—累計位移量曲線見圖8。可見，該孔是4個測斜孔中位移變化最大的。孔口位移最大為50.45 mm，在29.0 m處形成了較明顯的滑動面，位移量為47.66 mm。4#孔和1#孔在該滑坡的同一個橫斷面上，兩孔的位移具有一致性，由于離大橋較遠，不受橋的限制約束，因此4#孔比1#孔的累計位移量大。

圖8 4#孔孔深—累計位移量曲線

3.3 滑坡地表位移監測結果分析

地表位移監測從4月開始，經歷了旱季和雨季，8#，10#，12#測點累計變形量時程曲線見圖9，圖中負值表示監測點向臨空面方向移動。

圖9 8#，10#，12#測點累計變形量時程曲線

由圖9可見，8#測點的累計位移量在 －19.0～10.0 mm之間波動，10月26日為－12.0 mm;10#測點的累計位移量在－14.0～15.0 mm之間波動，10月26日為 －5.0 mm;12#測點的累計位移量在 －11.0～8.0 mm之間波動，10月26日為 －7.0 mm。總體而言，3個監測點的變形量不大且變形趨勢一致。該部位左幅擋墻頂部基本上沒有位移，9月10日的強降雨對其也沒產生太大的影響，說明加了2排錨索的抗滑擋墻已趨于穩定，對滑坡起到一定的防治作用。

圖10 15#，17#，19#測點累計變形量時程曲線

圖10為15#，17#，19#測點累計變形時程曲線。可見，15#測點的累計位移量呈遞增趨勢，從4月19日的－9.0 mm增加到10月26日的－64.0 mm;17#測點的累計位移量也呈遞增趨勢，從4月19日的17.0 mm增加到10月26日的－39.0 mm;19#測點的累計位移量比較小，在－17.0～0 mm之間波動，最新累計位移量數據為－1.0 mm。總體而言，15#和17#測點的變化趨勢一致，累計位移量遞增，19#測點幾乎沒有移動。該部位右幅橋面一直緩慢移動處于不穩定狀態，且離橋臺近的變形量大于離橋臺遠的，這也說明橋臺處在滑坡最不安全的位置。結合降雨情況分析，在雨季監測點的位移量明顯增加，尤其是9月10日的強降雨，直接使 15#測點移動了 1.6 mm，使 17#測點移動了1.2 mm。

3.4 監測結果分析

綜合以上3種監測結果分析可見，受9月11日強降雨影響，在1 d內2#孔向臨空面移動大約1.1 mm，15#測點向臨空面移動1.6 mm，17#測點向臨空面移動1.2 mm。這說明這3個點是坡體中最不穩定的測點，強降雨直接導致其向臨空面移動，必須對這3點所在部位進行治理。該滑坡屬于降雨型滑坡，受降雨影響較嚴重，滑坡周邊地下水豐富更加危害了滑坡的穩定性。大強度的降雨，一部分雨水形成坡面徑流，導致水土流失，邊坡表面遭到嚴重破壞，從而使地表位移加劇;另一部分雨水滲入到坡體中，加大了坡體重量，提升了地下水位，使抗剪強度下降，滑坡失穩，從而在深部位移監測孔中表現為滑面土體產生移動。

4 變形機制分析及處理措施

4.1 滑坡變形機制分析

結合該段工程地質條件，綜合分析認為，綿遂高速公路大橋段路面出現開裂和變形主要是其下部覆蓋土層產生蠕滑—拉裂變形，進而導致其后部橋梁的橋臺、橋墩和擋墻產生移動，以下幾方面的因素控制或誘發了土層的滑移變形。

1)基覆界面控制著覆蓋土層的滑移

大橋段地質結構:上部為填體及覆蓋層，下部為泥巖和砂巖。填體及覆蓋層較厚，20～30 m不等，填體物質成分為碎石土，厚度約5 m，覆蓋層的物質成分主要為黏土，下部泥巖風化較嚴重，形成隔水層。基巖與覆蓋層之間的接觸界面在長期地下水浸泡和軟化下易形成軟弱層，從而成為控制坡體滑移變形的滑動面。該路段建設初期坡體就產生過滑坡。目前的深孔位移監測表明，路基下部的覆蓋層沿基覆界面有明顯的滑移變形。

2)地下水是導致坡體變形破壞的重要誘發因素

該處地形呈環形，容易匯集地下水，加之該處基巖緩傾坡外，基巖裂隙水較豐富，基巖層面是地下水匯集和流通的重要通道;在測斜孔內也可見地下水，特別是雨季8～10月，地下水位明顯升高，較旱季水位上升約2～3 m，雨季孔內地下水深度約5～6 m。由此說明雨季雨水下滲明顯，形成大量的地下水。這些地下水長期作用于坡體基覆界面附近的軟弱層，使黏土層、泥巖逐步軟化。同時，地下水的長期存在以及在暴雨時大量的雨水下滲，產生一定的靜水壓力和動水壓力，這些效應對坡體穩定極為不利。

3)強降雨是坡體顯著變形的誘發因素

2012年8月，該地區進入雨季以來，出現多次強降雨，降雨量較大，特別是2012年9月10日的強降雨，單日降雨量約177.9 mm。連續降雨使填體及覆蓋層內地下水快速增加，特別是單次降雨時降雨量較大，短時間內大量地表水入滲到坡體中，最終誘使本來就已經處于欠穩定的坡體發生了明顯的蠕滑—拉裂變形。

4)其他影響因素

該路段坡體的前緣為電站水庫，水庫的蓄水和放水造成坡體前緣水位的陡增和陡降，可能會產生動水壓力，對坡體穩定造成不利影響。此外，高速公路運營中汽車的動荷載等也對坡體有不利影響。

4.2 處理措施建議

滑坡的深層水平位移以及地表位移與降雨關系密切，測斜孔內水位的上升以及雨季期間位移量的陡增均證明了這一點。隨著雨季的結束，深層水平位移和地表位移的變化速率較之雨季速率有所減緩。針對滑坡的情況，對該路段提出以下初步處理建議:

1)對于已遭到破壞和堵塞的排水溝道應立即恢復和疏通。

2)對原有的和已經出現的裂縫應及時封閉，防止降雨入滲。

3)進一步加強地表和地下水的排泄。

4)在大橋橋墩和橋臺外側或邊坡前緣合理位置采用抗滑樁或錨拉抗滑樁加固變形坡體。

5 結論

通過對綿陽—遂寧高速公路K66+450—K66+660滑坡監測分析，得出以下結論:

1)地表位移監測點8#，10#，12#在監測期間變形量不大且變形趨勢一致，這說明加了2排錨索的擋墻已趨于穩定狀態。現階段主要是橋臺、橋墩附近土體在移動，這將會對大橋的安全產生不利影響。

2)深部位移監測數據顯示距地面以下23.0～24.0 m處位移較大，說明該處為滑面。

3)結合降雨情況，在8～10月降雨較大且4個測斜孔和15#，17#地表位移監測點緩慢移動，這說明滑坡的后緣處于不穩定狀態且降雨是滑坡滑動的主要誘發因素。宜做好排水工作，并加強后期的監測。

4)滑坡在降雨和車輛動載作用下產生蠕滑—拉裂破壞。

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