臨吉高速公路東團(tuán)滑坡工程地質(zhì)勘察與處治

李宏濤

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030012）

東團(tuán)滑坡位于臨吉高速公路K220+680—K220+950段東團(tuán)煤礦南側(cè)，路線以半填半挖形式從滑坡前緣通過，左幅為高邊坡，最大邊坡高度34.6 m，其中K220+680—K220+780屬東團(tuán)大橋一段。施工期間，邊坡開挖過程中，左側(cè)山坡地表出現(xiàn)多處裂縫，裂縫最大寬度 20 cm，K220+750—K220+780段左側(cè)路基邊坡上出現(xiàn)剪出面，剪出長度20～30 cm。對(duì)高速公路路基及東團(tuán)大橋的安全造成威脅，必須進(jìn)行勘察處治。

1 滑坡區(qū)工程地質(zhì)條件

1.1 地形、地貌

滑坡區(qū)位于鄂河以南的山前斜坡地帶，東西兩側(cè)為沖溝，地表高低不平，總體向鄂河方向傾斜，地面坡度8°～15°。海拔高程1106.0～1174.0 m，相對(duì)高差68.0 m。

1.2 地層巖性

東團(tuán)滑坡經(jīng)地質(zhì)調(diào)繪及鉆探揭示，按地層巖性劃分為3個(gè)區(qū)段，分述如下：

a）滑坡區(qū) K220+680—K220+740段，主要由坡積碎石土含塊石組成，碎石巖性為砂泥巖碎塊，分選差，棱角狀，結(jié)構(gòu)疏松，坡腳附近夾有2.6～5.0 m厚的硬塑-可塑黏性土。

b）滑坡區(qū)K220+740—K220+870段，主要由二疊系強(qiáng)-弱風(fēng)化砂泥巖組成，滑體地表為第四系黃土。強(qiáng)風(fēng)化巖體厚度15 m左右，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖芯呈碎塊狀，且?guī)r層視傾向與左邊坡坡向一致。

c）滑坡區(qū)K220+870—K220+960段，巖性為第四系黃土夾含碎石，黃土呈硬塑狀態(tài)。在路基設(shè)計(jì)標(biāo)高以下為二疊系強(qiáng)風(fēng)化砂泥巖，呈塊碎石狀，砂泥巖夾有黏性較大的棕紅色粉質(zhì)黏土，厚度不等，約為0.5～1.5 m，切面較光滑。

1.3 水文地質(zhì)

根據(jù)施工開挖的邊坡斷面，未見有地下水出露，但該路段詳勘階段在K220+718處有泉水流出，標(biāo)高1111.7 m，位于邊坡坡腳附近，流量隨季節(jié)變化。在K220+835左20 m的探坑中有地下水，24 h水深約0.3 m，其余探坑中均未見地下水，說明滑體中地下水呈脈狀分布。經(jīng)多次勘測(cè)，滑坡勘探斷面水位埋深在18.0～44.7 m之間。

2 滑坡地質(zhì)勘察概況

為了詳細(xì)查明該滑坡地形地貌、地質(zhì)條件、性質(zhì)、成因類型、規(guī)模等，分析評(píng)價(jià)滑坡穩(wěn)定狀況、發(fā)展趨勢(shì)和對(duì)公路工程的危害程度，采取有效措施，保證路基及橋梁施工和運(yùn)營安全，滑坡勘察制定了詳細(xì)的勘察方案和技術(shù)要求[1]。

2.1 勘察技術(shù)要求

滑坡勘察要求采用地質(zhì)調(diào)繪、挖探、鉆探等進(jìn)行綜合勘探。勘察期間，通過多次現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)繪，首先確定滑坡周界，布設(shè)測(cè)量斷面，在此基礎(chǔ)上根據(jù)滑坡的類型、規(guī)模、復(fù)雜程度，結(jié)合路線工程類型及整治工程設(shè)計(jì)確定勘探點(diǎn)的數(shù)量、位置和深度。由于地形復(fù)雜，鉆孔就位異常困難，所有鉆孔均按技術(shù)性鉆孔實(shí)施，孔深鉆至穩(wěn)定地層以下大于10 m。滑體上部的黃土及坡積物采用干法鉆進(jìn)，嚴(yán)重塌孔時(shí)采取跟管護(hù)壁或泥漿護(hù)壁，在滑帶及其上下5 m采用雙管單動(dòng)鉆進(jìn)。鉆孔驗(yàn)收后對(duì)不需保留的鉆孔用水泥沙漿封孔處理。

2.2 勘察工作量

東團(tuán)滑坡勘察共完成斷面測(cè)量9條，布置主軸勘探線3條，間距80～90 m，布設(shè)完成鉆孔5個(gè)，孔間距 60～70 m，深度 40.0～47.8 m，總進(jìn)尺 177.84 m；布設(shè)探坑5個(gè)，深度0.5～3.5 m，總進(jìn)尺13.5 m；利用詳勘階段橋梁及路基勘察鉆孔4個(gè)，孔深25.4～50.0 m，總進(jìn)尺133.1 m。滑坡的平面周界及勘探點(diǎn)布設(shè)如圖1所示。

圖1 東團(tuán)滑坡工程地質(zhì)勘察平面示意圖

3 滑坡形態(tài)特征、性質(zhì)及成因

滑坡平面形態(tài)呈扇形，滑體主軸長176 m，橫寬約 260 m，滑體厚度 18～32 m，滑體體積約114.4萬m3，屬大型滑坡，滑動(dòng)方向350°，與路線走向近垂直。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)滑坡地表裂縫為由下向上發(fā)展的張裂縫，下寬上窄，呈斷續(xù)分布未貫通，多數(shù)裂縫垂直位移不明顯，僅可看到輕微的錯(cuò)距。滑坡主軸部位（A-A’斷面）地表上凸，呈脊形地貌。主軸前緣挖方邊坡上可看到明顯的滑動(dòng)面，滑動(dòng)面沿路線走向剪出寬度20 m左右。根據(jù)地表觀測(cè)，裂縫仍在增加，滑坡處于蠕動(dòng)擠壓階段，屬牽引式滑坡。

由于山坡體中夾有風(fēng)化泥巖及黏性土，在水的作用下易軟化，強(qiáng)度降低，形成軟弱夾層，且?guī)r層視傾向與左邊坡坡向一致。路塹開挖后形成十多米高的臨空，破壞了山體的平衡條件，引起山坡滑動(dòng)。

4 滑坡推力計(jì)算及治理方案

4.1 計(jì)算依據(jù)

滑坡穩(wěn)定性分析應(yīng)采用工程類比法和力學(xué)計(jì)算相結(jié)合的方法。東團(tuán)滑坡推力計(jì)算采用傳遞系數(shù)法，利用折線形滑面穩(wěn)定安全系數(shù)（Fs）計(jì)算公式，計(jì)算滑坡體的穩(wěn)定安全系數(shù)見公式（1）及剩余推力見公式（2）[2]。

4.1.1 穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算公式

式中：Wi為第 i條塊的重量，kN/m；αi為第 i條塊滑面傾角，（°）；φi為第 i條塊內(nèi)摩擦角，（°）；Ci為第i條塊內(nèi)聚力，kPa；Li為第 i條塊滑面長度，m；ψj為第i-1塊段的剩余下滑力傳遞至第i塊段時(shí)的傳遞系數(shù)（j=i），即：

4.1.2 剩余推力計(jì)算公式

式中：Fs為滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)，不考慮地震時(shí)，高速公路取1.2～1.30，分別計(jì)算；項(xiàng)目區(qū)為Ⅶ度地震烈度區(qū)，需考慮地震。其余符號(hào)意義同穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算公式（1）。

對(duì)于土石類滑坡的滑帶土參數(shù)選定，主要考慮到泥巖滑帶土的滑面較為穩(wěn)定，滑帶土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)中的φ值一般相對(duì)較為穩(wěn)定，殘余值較為穩(wěn)定，計(jì)算中首先假定φ值并反算c值；對(duì)于黏性土滑坡則主要考慮到黏性土的c值相對(duì)較為穩(wěn)定，計(jì)算中首先假定c值并反算φ值。在選定了各類滑坡滑帶土的綜合c、φ值之后，通過主軸斷面上計(jì)算各個(gè)滑塊的剩余下滑力。

4.2 計(jì)算成果

由于東團(tuán)滑坡滑體各處滑面位置及巖性條件不一致，推力計(jì)算在選擇有代表性的A-A’、B-B’、CC’三條主軸斷面上進(jìn)行，如圖2所示。滑坡參數(shù)的取值主要考慮3個(gè)因素，包括滑帶土的巖性、天然狀態(tài)、當(dāng)前及歷史的穩(wěn)定性等。滑坡計(jì)算中，對(duì)于土石滑坡與黏性土滑坡分類對(duì)待，滑坡計(jì)算參數(shù)的選取主要通過反算、結(jié)合經(jīng)驗(yàn)值與試驗(yàn)值綜合進(jìn)行分析，最終選取較為符合實(shí)際的滑帶土的綜合c、φ值。

圖2 東團(tuán)滑坡工程地質(zhì)主軸斷面示意圖

根據(jù)滑坡施工期間的穩(wěn)定狀態(tài)，在滑面為泥巖及黏性土的情況下，采用穩(wěn)定系數(shù)K=0.98～1.0，在假設(shè)c值的情況下，用反算法計(jì)算出φ值。通過多次驗(yàn)算并結(jié)合試驗(yàn)指標(biāo)確定各斷面推力計(jì)算的c、φ值。

采用傳遞系數(shù)法計(jì)算滑坡推力，邊坡處于天然狀態(tài)下的正常狀況時(shí)分別選取安全系數(shù)Fs為1.2、1.25、1.3；本項(xiàng)目位于Ⅶ度帶內(nèi)，邊坡處于地震荷載作用狀態(tài)下的非正常工況時(shí)分別取安全系數(shù)Fs為1.1、1.15、1.2。計(jì)算結(jié)果見表 1、表 2。

表1 正常工況下滑坡推力計(jì)算表

表2 地震工況下滑坡推力計(jì)算表

4.3 滑坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

經(jīng)詳細(xì)勘察計(jì)算，分析評(píng)價(jià)東團(tuán)滑坡施工期間處于蠕動(dòng)擠壓階段，地表裂縫數(shù)量和規(guī)模還在不斷增加，已具備滑動(dòng)潛在的物質(zhì)條件和外部因素，如果不加防范，將造成滑坡劇烈滑動(dòng)。

4.4 治理方案

根據(jù)詳細(xì)的工程地質(zhì)勘察成果，東團(tuán)滑坡采用支擋工程為主，配合地表排水的綜合治理措施，并變更部分工程類型。

4.4.1 支擋工程

a）K220+740—K220+960段，在滑坡前緣邊坡上布置一排抗滑樁，樁長至設(shè)計(jì)標(biāo)高以下。為保證施工安全，采用間隔開挖，開挖過程中及時(shí)支護(hù)。

b）K220+680—K220+740段，邊坡未發(fā)現(xiàn)明顯的剪出口，但由于該段邊坡主要由坡積碎石土含塊石組成，結(jié)構(gòu)疏松，邊坡易滑塌。該段采用擋墻處治并做好坡面防護(hù)。

4.4.2 排水

在滑體地表設(shè)置樹枝狀排水溝。對(duì)地表裂縫用黏土回填夯實(shí)，防止地表水下滲。對(duì)地下水采取排水孔引出滑坡體外。

4.4.3 變更工程類型

施工圖設(shè)計(jì)階段，東團(tuán)滑坡前緣的K220+680—K220+780段工程類型為東團(tuán)大橋的一段，K220+780—K220+950段工程類型為半填半挖路基。滑坡勘察處治期間，東團(tuán)大橋還未開始施工。在滿足東團(tuán)大橋設(shè)計(jì)要求下，為降低運(yùn)營期間的安全風(fēng)險(xiǎn)，將東團(tuán)大橋橋長縮短，位于東團(tuán)滑坡前緣的此段橋梁改為路基工程。

5 結(jié)語

通過對(duì)東團(tuán)滑坡詳細(xì)的工程地質(zhì)勘察和評(píng)價(jià)，查明了其滑動(dòng)面的位置、范圍、形態(tài)、規(guī)模，控制了滑體厚度、滑面深度，對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行了定性、定量評(píng)價(jià)，為其工程處治設(shè)計(jì)提供了地質(zhì)依據(jù)。并提出了處治建議，施工階段進(jìn)行了動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和信息化施工。東團(tuán)滑坡處治完成后，監(jiān)測(cè)顯示目前坡體處于安全穩(wěn)定狀態(tài)，保證了高速公路的正常運(yùn)營，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。