淺談某高速公路K24+100～K24+290段高邊坡滑塌處置方案

夏天云劉堅

（1.湖南省懷化公路橋梁建設(shè)總公司 湖南省 懷化市 4180002.廣州誠信公路建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司 廣東 廣州 510420）

淺談某高速公路K24+100～K24+290段高邊坡滑塌處置方案

夏天云1劉堅2

（1.湖南省懷化公路橋梁建設(shè)總公司 湖南省 懷化市 4180002.廣州誠信公路建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司 廣東 廣州 510420）

本文針對深挖路塹高邊坡滑塌進(jìn)行原因分析，選定削坡卸載、錨索格梁、錨桿格梁，植物防護、排水等綜合防護措施，通過地表位移監(jiān)測、深孔位移監(jiān)測、錨索應(yīng)力監(jiān)測等監(jiān)測方法，確保高邊坡穩(wěn)定。

高速公路；高邊坡；滑塌

前言

我國是個多山的國家，75%的國土是山地，雖然目前隧道穿越已經(jīng)被越來越多的運用于各類山區(qū)公路，但受投資、地質(zhì)地形等多方面因素的影響，深挖路塹仍然在各類公路中廣泛運用。就筆者參與建設(shè)的某山區(qū)公路而言，全程138.4km，其中超過4級邊坡的深挖路塹有52段。深路塹在施工過程中經(jīng)常因設(shè)計勘察粗略，施工工藝粗獷、地形地質(zhì)復(fù)雜等因素產(chǎn)生開裂，局部滑塌等病害，應(yīng)對不當(dāng)最終將造成整體失穩(wěn)，釀成工程事故，特別是部分在通車后滑塌的邊坡，不僅會造成巨大的財產(chǎn)損失，還將對人民群眾的生命帶來嚴(yán)重的危險。本文通過對某高速公路六級邊坡從出現(xiàn)病害到整體失穩(wěn)再到處置過程的簡單分析，希望對公路建設(shè)人員提供一點借鑒作用。

1　工程概況

本路段為山區(qū)高速公路，全程138.4km，雙向六車道，設(shè)計時速120km/h。

K24+100～K24+290路塹右側(cè)高邊坡，挖方長度190m，沿線為低殘丘地貌，山體由砂巖、粉砂巖構(gòu)成，自然坡角20～30°，局部達(dá)40°，揭露層厚1.6m，埋深4.4m，呈夾層形態(tài)產(chǎn)出。屬Ⅴ級次堅石。地表水不發(fā)育，地下水主要為基巖風(fēng)化裂隙水，地下水埋藏深，地下水位埋深30.0m以下，水量貧乏，受大氣降水及鄰近含水層補給，動態(tài)隨季節(jié)性變化。在區(qū)域上位于斷裂帶的東段，經(jīng)鉆孔揭露，F(xiàn)6斷裂構(gòu)造在K23+990通過，構(gòu)造走向122°，傾向212°，傾角80～85°，構(gòu)造帶產(chǎn)物主要為碎裂巖及糜棱巖，其中糜棱巖具泥化，陡傾角裂隙極發(fā)育。通過地表調(diào)查及鉆探揭露，三疊系小坪組（T3x）基巖部分地段強風(fēng)化帶出露地表，巖性為粉砂巖，地層產(chǎn)狀147°∠22°，基巖節(jié)理裂隙以順層為主，風(fēng)化裂隙次之，裂隙多呈閉合～微張狀，泥質(zhì)鈣質(zhì)充填。主要發(fā)育產(chǎn)狀為185°∠63°的裂隙，每米2～3條，延伸3～5m。

原設(shè)計邊坡開挖后形成六級邊坡，最大高度45.5m，邊坡第一、二、三、四級邊坡坡率均采用1：0.75，第五、六級為1：1.00，邊坡共設(shè)置五級平臺，其中第三級平臺寬4.0m，其余平臺寬2.0m。原設(shè)計工程防護措施：①一級邊坡：K24+118～K24+262采用錨桿格梁加固，錨桿長12m，坡面采用客土噴播植草防護。②二級邊坡：K24+136～K24+244采用錨索格梁加固，錨索長24m，錨固段長10m，坡面采用客土噴播植草防護。③三級邊坡：K24+118～K24+258采用客土噴播植草防護，植生厚度為5cm。④四級邊坡：K24+154～K24+190采用錨索格梁加固，錨索長24m，錨固段長10m，坡面采用客土噴播植草防護。⑤五級邊坡：K24+148～K24+ 202采用人字形骨架植草防護。⑥六級邊坡：K24+155～K24+189采用三維網(wǎng)植草防護。

2　病害出現(xiàn)及處置

2013年5月12日上午，現(xiàn)場施工人員在K24+100高邊坡頂面距離坡口線10.5m處發(fā)現(xiàn)裂縫，該邊坡開挖至第二級，第五級邊坡的人字形骨架植草防護已施工完成，第四級邊坡的錨索已全部成孔，但尚未張拉，格梁尚未施工。裂縫長度跨越近3級邊坡，在坡頂延伸到紅線范圍外，裂縫大致呈2段，一段對應(yīng)樁號為K24+155～K24+175，另一段對應(yīng)樁號為K24+180～K24+190，裂縫寬度約5～15mm。裂縫在第四級邊坡上的剪出口大致位于第四級邊坡中下部，對應(yīng)樁號為K24+150。病害出現(xiàn)后立即對坡頂裂縫進(jìn)行灌漿封閉，并對坡頂附近進(jìn)行混凝土硬化防止雨水滲入土體，并立即布設(shè)監(jiān)控點，于5月15日開始對邊坡開展監(jiān)控。

2013年6月上旬及8月初參建各方先后2次對該邊坡進(jìn)行現(xiàn)場進(jìn)一步詳細(xì)的調(diào)查分析，經(jīng)充分分析邊坡變形機制和影響因素后，結(jié)合施工單位施工條件，擬選定以下處治方案：

以削坡減載為主，輔以錨索及錨桿支擋措施，并對第一級與第三級邊坡防護形式進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計：①一級邊坡：K24+118～K24+ 262仍采用錨桿格梁加固，錨桿長度由12m變更為6m，坡面采用客土噴播植草防護；②第二級的錨索格梁加固范圍，由K24+ 136～K24+244往大樁號延伸6m，即錨索格梁加固范圍變更為K24+136～K24+250，錨索長24m，錨固段長10m，并將錨索由原設(shè)計的4束改為5束，坡面采用客土噴播植草防護；③第三級邊坡K24+144～K24+222由客土噴播植草防護變更為錨桿格梁加固，錨桿長6m，坡面采用客土噴播植草防護；④將第四級的錨索格梁加固范圍，由K24+154～K24+190往小樁號延伸9m，即錨索格梁加固范圍變更為K24+145～K24+190，錨索為4束，總長24m，錨固段長10m，并將第四級邊坡平臺寬度由2m變更為6m；⑤第五級邊坡坡率由1：1.00變更為1：1.25，仍采用人字形骨架植草防護，第五級邊坡平臺寬度維持2m不變；⑥第六級邊坡坡率由1：1.00變更為1：1.25，維持原有三維網(wǎng)植草防護形式不變；⑦恢復(fù)截水溝及平臺排水溝等排水系統(tǒng)，為防止雨水下滲入滑面影響坡體穩(wěn)定，削坡后的坡口線與截水溝之間的坡面采用10cm厚的C15混凝土封閉。

3　坡面失穩(wěn)

根據(jù)后期現(xiàn)場巡視情況及監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，各監(jiān)測點位移速率逐漸減小，裂縫不再擴大，邊坡基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。2014年2月4日，監(jiān)測人員在現(xiàn)場進(jìn)行巡視與監(jiān)測時發(fā)現(xiàn)，塹頂及各級坡面原有裂縫擴大（塹頂裂縫最寬處達(dá)9cm），在邊坡左側(cè)位置并有新的裂縫出現(xiàn)，同時部分監(jiān)測點數(shù)據(jù)超出警戒值，據(jù)此發(fā)出預(yù)警。此時由于征地等因素的影響第五、六級邊坡削坡卸載施工一直未施工，僅完成了第三、四級的防護工程施工。第二級的錨索格梁正在施工過程中，第一級邊坡開挖了2m左右。

4　監(jiān)控分析

基于出現(xiàn)的裂縫，施工單位及時對裂縫進(jìn)行砂漿封閉，并用塑料防水膜進(jìn)行覆蓋。同時布設(shè)9個地表水平位移監(jiān)測點，3個土體深層位移監(jiān)測點，并于5月15日開始對該邊坡開展監(jiān)測工作。

圖1　裂縫及監(jiān)測點布設(shè)示意圖

4.1地表水平位移監(jiān)測

表1　

4.2土體深層位移監(jiān)測

表2　

4.3錨索應(yīng)力監(jiān)測

表3　

4.4位移曲線圖（如圖2～4）

從地表位移監(jiān)測圖中可以看出，在2013年5月份邊坡產(chǎn)生裂縫后，各地表位移點累計變化量均出現(xiàn)上升趨勢，各測點波動較明顯，直到8月中旬以后，“位移-時間變化曲線”逐漸平緩，基本趨于穩(wěn)定。在2014年1月28日到2月5日的監(jiān)測中，“位移-時間變化曲線”急劇上升，CD4、CD5的累計位移值分別曾至78.7mm及88.4mm，最大位移速率達(dá)到8.51mm/d。從五級平臺（大里程方向）距坡口線約5m處的TD1號測斜孔的“深度-位移變化曲線”圖可以看出，在距孔口12m處，有剪切錯動的位移跡象，但該位置最大累計位移量為7.4mm，位移速率為1.0mm/d，位移變化量未達(dá)到預(yù)警值（位移速率≥3mm/d，累計位移值≥3cm）在2015年2月5日的監(jiān)測中，測斜儀探頭在該位置已不能繼續(xù)下放，說明該位置測斜管變形較大，由此判斷在該位置存在滑動面。

圖2　CD4，CD5位移時間曲線圖

圖3　TD3深層水平位移曲線圖

圖4　MD1錨索拉力時間變化曲線圖

從三級平臺中部的TD3號測斜孔的“深度——位移變化曲線”圖可以看出，距孔口5.5m處，有剪切錯動的位移跡象，但最大位移變化量為9.0mm，位移速率為0.60mm/d，未達(dá)到預(yù)警值（位移速率≥3mm/d，累計位移值≥3cm），在2015年2月5日的監(jiān)測中，測斜儀探頭在該位置已不能繼續(xù)下放，說明該位置測斜管變形較大，由此判斷在該位置存在滑動面。

錨索應(yīng)力監(jiān)測中，從“時間-拉力變化曲線圖”可以看出，在2014年9月中旬錨索施加預(yù)應(yīng)力初期，MD1、MD2、MD3均出現(xiàn)應(yīng)力松弛現(xiàn)象（MD2、MD3時間-拉力變化曲線圖與MD1基本相似，未附圖），鎖定力逐漸下降，到11月初，基本呈平穩(wěn)發(fā)展趨勢。從2014年1月22日到28日，錨索應(yīng)力均呈上升趨勢，但變化相對平穩(wěn)。到2014年2月4日，各監(jiān)測點錨索應(yīng)力值急劇上升，在2月5日的監(jiān)測中，應(yīng)力變化量仍在大幅上升，最大變化速率達(dá)到80.06kN/d，最大拉力值達(dá)到625.57kN，為設(shè)計拉力的156%。個別錨索的錨固端出現(xiàn)混凝土封頭破裂、脫落，甚至有工作錨夾片脫落的現(xiàn)象。

5　滑坡失穩(wěn)機理分析

K24+100～K24+290段高邊坡為低殘丘地貌，上覆坡積成因的粉質(zhì)粘土，厚度一般小于5m，下伏基巖為三疊系小坪組粉砂巖。F6斷裂構(gòu)造在K23+990通過，對右側(cè)邊坡影響大，由于裂縫帶構(gòu)造運動強烈，該邊坡巖體結(jié)構(gòu)破碎松散，基巖強風(fēng)化帶存在風(fēng)化雨淋和地表水沖刷掏蝕，局部產(chǎn)生剝落和坍塌問題，工程地質(zhì)條件較差（如表4、圖5）。

結(jié)合赤平極射投影分析，右側(cè)邊坡在單一結(jié)構(gòu)面與設(shè)計邊坡的組合情況下，巖層產(chǎn)狀147°∠22°與擬開挖邊坡傾向相同，結(jié)構(gòu)面與設(shè)計邊坡呈48°斜交，且傾角小于邊坡坡角，前緣具臨空面，有滑移空間，為單組不利結(jié)構(gòu)面；F6斷裂構(gòu)造與擬開挖邊坡傾向相同，結(jié)構(gòu)面與設(shè)計邊坡呈17°斜交，但傾角大于邊坡坡角，前緣無臨空面，無滑移空間；產(chǎn)狀為185°∠63°的裂隙與擬開挖邊坡傾向相，結(jié)構(gòu)面與設(shè)計邊坡呈10°相交，前緣具臨空面，有滑移空間，為單組不利結(jié)構(gòu)面。

表4　主要結(jié)構(gòu)面特征值一覽表

圖5　結(jié)構(gòu)面與右側(cè)邊坡臨空面赤平極射投影關(guān)系圖

從結(jié)構(gòu)面的組合情況分析：巖層與斷裂構(gòu)造F6的組合交線OA，與擬開挖邊坡傾向相同，兩交線投影位于邊坡投影外側(cè)，前緣具臨空面，有滑移空間，結(jié)構(gòu)面切割形成的楔體具沿交線產(chǎn)生滑動的可能性；巖層與產(chǎn)狀為185°∠63°的裂隙組合交線OB，與擬開挖邊坡傾向相反，呈反向坡，前緣無臨空面，無滑移空間，結(jié)構(gòu)面切割形成的楔體較穩(wěn)定；斷裂構(gòu)造F6與產(chǎn)狀為185°∠63°的裂隙的組合交線OC，與擬開挖邊坡傾向相同，兩交線投影位于邊坡投影內(nèi)側(cè)，前緣無臨空面，無滑移空間，結(jié)構(gòu)面切割形成的楔體具沿交線產(chǎn)生滑動的可能較小。

綜上所述，巖層與擬開挖邊坡傾向相同，結(jié)構(gòu)面與設(shè)計邊坡呈小角度斜交，且傾角小于邊坡坡角，前緣具臨空面，有滑移空間，為單組不利結(jié)構(gòu)面。從結(jié)構(gòu)面的組合情況看，巖層與產(chǎn)狀為238°∠47°的裂隙組合交線OA，與擬開挖邊坡傾向相同，兩交線投影位于邊坡投影外側(cè)，前緣具臨空面，有滑移空間，結(jié)構(gòu)面切割形成的楔體沿交線產(chǎn)生滑動的可能性大。

圖6　滑動面分析圖

參建各方并邀請專家一起對該邊坡進(jìn)行現(xiàn)場進(jìn)一步詳細(xì)的調(diào)查分析，經(jīng)充分分析邊坡失穩(wěn)破壞機制和影響因素后，結(jié)合施工單位施工條件，擬選定以下處治方案：

以削坡減載為主，輔以錨索及錨桿支擋措施，分兩階段實施：

第一階段：卸載后緣山體，留出大平臺，以方便第二階段清除滑坡體留出安全作業(yè)空間：

（1）七級邊坡：K24+153～K24+197以10m一級，1：1.25坡率放坡，采用三維網(wǎng)植草防護；

（2）六級邊坡：K24+142～K24+215以10m一級，1：1.25坡率放坡，采用三維網(wǎng)植草防護，第六級平臺寬2m；

（3）五級邊坡：K24+133～K24+229以10m一級，1：1.25坡率放坡，K24+150～K24+162段采用錨索格梁加固防護，錨索為6束，總長20m，錨固段長10m，K24+162～K24+192段。

采用錨索格梁加固防護，錨索為6束，總長26m，錨固段長10m，K24+192～K24+204段采用錨索格梁加固防護，錨索為6束，總長20m，錨固段長10m，其余段采用客土噴播植草防護。

施工至第五級坡，則可沿原第五級平臺一起施工總寬24m大平臺，為第二階段清理滑坡體留出足夠安全的作業(yè)空間。

第二階段：清理滑坡體，并休整下部坡面，做好防護加固措施：

（1）四級邊坡：K24+146～K24+218以10m一級，1：1.25坡率放坡，采用錨索格梁加固防護，錨索為6束，總長20m，錨固段長10m，其余段采用客土噴播植草防護，第四級平臺寬6m；

（2）三級邊坡：K24+115～K24+256以10m一級，1：1.25坡率放坡，K24+130～K24+232段采用錨索格梁加固防護，錨索為6束，總長20m，錨索段長10m，其余段采用客土噴播植草防護，第三級平臺寬2m；

（3）二級邊坡：K24+105～K24+275以10m一級，1：1.25坡率放坡，第二級邊坡的防護加固方案待開挖后根據(jù)現(xiàn)場具體情況和需要確定，第二級平臺寬6m；

（4）一級邊坡：K24+100～K24+290以10m一級，1：1.25坡率放坡，K24+116～K24+260段采用錨桿格梁加固防護，錨桿長12m，其余段采用客土噴播植草防護。

同時重設(shè)邊坡整體截水溝及平臺排水溝等排水系統(tǒng)。

7　處置后結(jié)果

結(jié)合現(xiàn)場的深層位移孔監(jiān)測結(jié)果分析，推測該滑體內(nèi)部的滑面傾向大致為130～150°，傾角大致為30～32°，滑坡前緣由于人工削坡且未及時支護，邊坡整體抗滑力不足導(dǎo)致坡體產(chǎn)生變形破壞，隨著第四級錨索被拉斷，邊坡最終失穩(wěn)破壞。

6　處理措施

本段高邊坡與2015年3月份施工完成，從施工過程的監(jiān)測結(jié)果來看，各監(jiān)測點相對位移及總位移均小于規(guī)范，錨索應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果也均在規(guī)范要求范圍內(nèi)，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

8　結(jié)論

從結(jié)果來說最終完成了對K24+100～K24+290路塹高邊坡滑塌的處置，但其中的經(jīng)驗教訓(xùn)是很深刻的：工程造價增加了600余萬，工期延長了近1年。從整個實施過程來說，第一次裂縫產(chǎn)生前未能及時對三、四級邊坡防護就開挖到第二級，邊坡失穩(wěn)前長時間未能對第五、六級邊坡進(jìn)行卸載都是處置過程中的重大失誤。另外原設(shè)計第5、6級邊坡1：1.00坡率是否過于冒險，監(jiān)測數(shù)據(jù)在3d內(nèi)發(fā)生急劇變化，事前卻沒有預(yù)兆，監(jiān)控點布設(shè)是否合理等均有近一步探討的價值。

目前山區(qū)公路建設(shè)正處于建設(shè)的高峰期，如何有效預(yù)防、處置路塹高邊坡特別是地質(zhì)條件復(fù)雜地區(qū)的路塹高邊坡是廣大公路建設(shè)人員共同研究探索的問題。

U213.1+3

A

1673-0038（2015）34-0312-04

2015-8-5

夏天云（1979-），男，湖南懷化人，中級工程師，本科。劉堅（1994-），男，江西贛州人，初級工程師，大專。