某山區(qū)高速公路滑坡分析及處治措施

王訓鋒,花艷麗

(1.中國公路工程咨詢集團有限公司,北京 100097;2.武漢中咨路橋設計研究院有限公司,湖北武漢 430023; 3.湖北城市建設職業(yè)技術學院,湖北武漢 430205)

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某山區(qū)高速公路滑坡分析及處治措施

王訓鋒1,2,花艷麗3

(1.中國公路工程咨詢集團有限公司,北京 100097;2.武漢中咨路橋設計研究院有限公司,湖北武漢 430023; 3.湖北城市建設職業(yè)技術學院,湖北武漢 430205)

摘要:以在建某高速公路ZK126+940—ZK127+010段滑坡為例,通過現場踏勘,結合以往項目的類似問題,分析了滑坡發(fā)生的原因,提出了處治措施及建議,并對順層邊坡的現有加固措施及截排水措施存在的問題進行分析,給出了處治建議。

關鍵詞:公路;順層滑坡;錨索格梁;邊坡排水;邊坡處治

高速公路建設過程中避免不了人工開挖邊坡,邊坡如果失穩(wěn),將形成滑坡、崩塌等地質災害,輕則增加投資、延長工期,重則導致建筑物倒塌甚至造成人員傷亡。目前,滑坡仍然是危害人們生命財產安全的主要災害之一。因滑坡的產生條件、影響因素、破壞機理的復雜性和多變性,其一直是世界各國研究的主要地質和工程問題之一。下面以在建某高速公路ZK126+940—ZK127+010段滑坡為例,通過現場踏勘,分析滑坡的成因,探討其處治措施。

1 工程概況

某高速公路ZK126+940—ZK127+010段邊坡原設計最高為四級坡,其中第一、二級邊坡坡比為1∶0.5,第三級邊坡坡比為1∶0.75,第四級邊坡坡比為1∶1。邊坡開挖后,因發(fā)生覆蓋層垮塌,將第三、四級土質邊坡坡比變更為1∶1.5。邊坡底部采用抗滑樁防護,頂部采用錨索格梁防護,錨索采用7 束?15.2 mm鋼絞線,設計拉力700 k N,最后鎖定預應力為設計拉力的1.1倍。

2015年3月29日對邊坡進行逐級排查,發(fā)現該處二級邊坡錨索框架梁頂部豎梁砼出現開裂破壞,第一級邊坡抗滑樁頂4 m錨索豎梁與第二級邊坡錨索框架梁交界處砼亦出現開裂。2015年4月5日對邊坡的11根錨索進行抽樣檢測,錨索的錨固力分別為542.17、548.19、351.56、786.53、295.62、611.28、473.06、682.40、659.38、608.32、604.99 k N,平均每孔的錨固力為560.32 k N。從抽查樣本可以看出部分工點的錨索錨固力已不足設計錨固力的一半。

根據以上情況,對現存錨固力較低的錨索實施二次張拉,同時對該段邊坡進行獨立錨墩加固。該施工還未完成時,2015年5月,項目所在地出現暴雨天氣,施工單位對邊坡進行排查時發(fā)現ZK126+ 940—ZK127+010段三級邊坡及道路紅線外有2條裂縫,并逐漸加寬,5月19日晚該段邊坡發(fā)生滑坡,剪出口位于第二級邊坡頂,滑坡后緣形成4 m左右滑坡后壁,坡體上部的錨索整體遭到破壞(見圖1、圖2)。

圖1 二級邊坡錨索框架梁頂部豎梁砼出現開裂破壞

圖2 邊坡發(fā)生滑坡,坡體上部的錨索整體破壞

2 地質概況

該段邊坡為順層邊坡,坡口線外覆蓋層厚0～3 m,基巖為灰?guī)r夾鈣質泥巖,巖層產狀為35°∠25°;節(jié)理主要發(fā)育2組,其節(jié)理產狀分別為330°∠83°、50°∠85°。巖層層間見泥化夾層,并在局部二級邊坡坡面沿泥化夾層間滲水,局部坡面掉塊。

場區(qū)地下水為第四系松散孔隙水、基巖裂隙水。1)第四系松散孔隙水。主要存在于地表第四系殘坡積粉質黏土孔隙中,其含水量較小且不穩(wěn)定,受季節(jié)和降雨量影響較大,受大氣降水補給,以蒸發(fā)形式和下滲方式排泄。2)基巖裂隙水。主要分布于基巖節(jié)理裂隙中,含水量主要受巖石節(jié)理裂隙發(fā)育程度和貫通性的影響,含水量和地下水位不穩(wěn)定,受季節(jié)和降雨量影響較大,補給方式主要為大氣降水。大氣降水一部分在地表形成暫時性徑流向場區(qū)低洼處排泄,另一部分通過基巖節(jié)理裂隙下滲,賦存于基巖裂隙中形成基巖裂隙水。其排泄方式為通過重力作用沿貫通的節(jié)理裂隙向場區(qū)低洼處滲流排泄。由于地形橫坡陡,地表水下滲后,沿巖層面向右側地勢低洼處排泄。

邊坡區(qū)灰?guī)r為含水巖層,鈣質泥巖為隔水巖層。地表溶溝和溶槽發(fā)育,為邊坡地表水下滲提供了良好條件。地表水沿節(jié)理和裂隙下滲后,多賦存于灰?guī)r內,于坡體下部沿灰?guī)r與鈣質泥巖接觸面向外排泄,軟化鈣質泥巖,并沿灰?guī)r與鈣質泥巖接觸面形成排水通道。

3 破壞原因分析

(1)該高邊坡主要受順坡向結構面控制,為層狀緩傾巖石邊坡,由于開挖坡角大于結構面的傾角,加上夾層及節(jié)理裂隙的影響,坡體的整體性降低,產生順層滑動。從滑坡現場勘察發(fā)現,該段邊坡為沿鈣質泥巖的軟弱巖層面滑動,結構面存在泥膜,節(jié)理裂隙發(fā)育,這類巖層遇水浸泡后易軟化,強度大大降低,形成軟弱層。

(2)滑坡位于地形相對低洼的部位,利于地表水富集。

(3)邊坡區(qū)巖性為灰?guī)r夾鈣質泥巖,近期降雨量較大,地表水下滲后,補給量大,排泄量小,富集于灰?guī)r內,使邊坡區(qū)多層灰?guī)r含水量增大,對鈣質泥巖進行軟化,并于坡體下部灰?guī)r與鈣質泥巖接觸面向外排泄,對邊坡產生較大孔隙水壓力,同時增加坡體重量。鈣質泥巖受水軟化后,物理力學指標大大降低,導致邊坡沿節(jié)理面拉裂,沿巖層面發(fā)生順層滑動,于邊坡二級平臺上方剪出。

(4)從現場踏勘結果來看,截水溝的效果不好,截排水能力不良,局部截水溝通過邊坡向挖方邊溝排水,沒有起到把邊坡外的水排出去的作用,而是最終流到了路基及邊坡范圍內。

(5)深層排水管的排水效果不好,很多排水管已被堵塞沒有往外排水,只有局部有水滲出。

(6)原邊坡設計為錨索框架格梁,施工時錨索框架格梁高出坡面,不利于邊坡排水,同時錨索框架格梁沒有排水通道,導致坡面排水不良,雨水下滲至邊坡內,導致邊坡結構面的強度減弱。

4 處治措施

(1)滑坡區(qū)巖體沿巖層面、節(jié)理面發(fā)生松動破壞,穩(wěn)定性差,建議清除滑坡區(qū)內已松動破壞的巖塊、危巖體,并對已滑塌的邊坡進行清理。

(2)鑒于滑坡面表面較平整,但裂隙發(fā)育,對滑坡坡面進行灌漿處理,防止雨水下滲。

(3)由于不存在放坡條件,對坡面進行錨索格梁加固,格梁采用斜梁的方式,以利于排水。

(4)加強對邊坡的監(jiān)測。

(5)做好邊坡內外的排水設計,避免地表水下滲軟化鈣質泥巖與灰?guī)r接觸面而對坡體穩(wěn)定造成安全隱患。

(6)對滑坡兩側坡體進行再次加固,增加該段邊坡的安全儲備。

5 經驗與建議

從該滑坡的處治可得出以下經驗教訓:

(1)巖質順層邊坡在路線設計時就應考慮對方案的影響,對于邊坡高度大于30 m或不存在放坡條件的順層邊坡,首先考慮調整平面、縱面來避讓。

(2)對于順層邊坡,潛在滑面的選擇及相應力學指標的選定一般并不能很好地反映邊坡的實際情況,邊坡在自然條件作用下沿內部軟弱夾層或節(jié)理面發(fā)生滑動的概率很大。

(3)錨索對加固順層邊坡的效果一般,尤其是對可溶巖,由于雨水下滲到坡體內,錨索與坡體間的錨固力會減弱,同時對于有覆蓋層的坡面,格梁在錨索的預加應力作用下會產生相對位移,使錨索的錨固力松弛,這也就是為什么施工時按770 k N張拉檢測合格,但施工完成幾個月后部分預應力錨索的錨固力就損失一半以上的原因。

(4)雖然一再強調水對邊坡的重要性,但從實際施工現場情況來看,對邊坡內外的截排水并沒有產生很好的效果,山頂截水溝匯水不好,有的甚至高出地面,有的會積水甚至漏水。再就是一味按照設計圖的5 m距離來設置,沒有根據具體情況來施工,導致排水不暢,甚至把水通過邊坡往挖方邊溝排,沒有達到設置截水溝的最初目的。

(5)雖然設置了坡面的深層排水管,但從現場情況來看,真正能正常出水的很少,導致邊坡內的水因沒有排水通道而聚集在邊坡內,增加坡體自重,并降低邊坡土體本身的強度。

(6)現在錨索格梁加固在實際工程中應用較多,但從現場實際情況來看,錨索格梁存在一不利影響即邊坡水排不出去。設計中多要求格梁嵌入邊坡內,一般要求格梁的頂部低于坡面5 cm,但現場的施工情況都是格梁零嵌入地附在坡面上,這樣格梁內的積水多數都滲到了坡面內,同時水的重力作用還會把格梁底部掏空,使格梁的整體穩(wěn)定性下降甚至破損。

(7)邊坡治理過程中,水的治理是邊坡穩(wěn)定的關鍵。治水宜疏不宜堵,良好的排水通道是排除邊坡內外水的最好途徑。鑒于普通錨索格梁存在不利于排水的缺陷,建議采用錨索斜梁加固,其排水效果很好。圖3為改進的斜梁預應力錨索加固設計圖,圖4為格梁的細部圖。

圖3 改進的斜梁預應力錨索加固設計(單位:cm)

(8)巖質邊坡不同于一般土質邊坡,其特點是巖體結構復雜、斷層、節(jié)理、裂隙互相切割,塊體極不規(guī)則,其穩(wěn)定性與巖體結構、塊體密度和強度、邊坡坡度、高度、巖坡表面和頂部所受荷載、邊坡的滲水性能、地下水位的高低等有關,數值模擬很難反映其真實情況。另外,巖體內的結構面,尤其是軟弱結構面的存在常是巖坡不穩(wěn)定的主要因素。大部分巖坡在喪失穩(wěn)定性時的滑動面可能有3種:一是沿著巖體軟弱巖層滑動;二是沿著巖體中的結構面滑動;當這兩種軟弱面不存在時,也可能在巖體中滑動。所以在邊坡設計時要充分考慮多種滑面滑動的可能性,分別給出相應的處治措施。

(9)設計措施有時并不能很好地在施工過程中表現出來,所以設計中要避免出現高的順層邊坡,若不可避免,應考慮錨索和抗滑樁及抗滑擋墻的比選或組合使用,并以抗滑樁及抗滑擋墻來承擔主要下滑力,錨索起輔助作用。

圖4 格梁的細部(單位:cm)

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收稿日期:2015-12-21

中圖分類號:U418.5

文獻標志碼:A

文章編號:1671-2668(2016)02-0143-03