某高速公路互通匝道滑坡分析與處理方案

楊兆平

（龍巖市一方建設工程有限公司，龍巖 364100）

1 前言

河池至百色高速公路是汕頭至昆明高速公路廣西境內的重要標段, 同時也是 《廣西高速公路網規劃》(2006-2020 年)中“四縱六橫”高速公路主骨架網“賀州至隆林高速公路(橫3)”中的一段。

該項目的實施是國家進行西部大開發的重要交通通道,對完善國家公路網和廣西公路網具有重大戰略意義。因此,有必要在分析該地區工程地質條件基礎上,研究該滑坡的形成機制, 從而為類似工程滑坡處治設計提供科學依據。

2 工程概況

2.1 工程概述

河池至百色為新建的高速公路項目, 主線全長179.2km,全線采用雙向四車道高速公路標準建設,始于北香村,止于那務村,途經河池市金城江區、南丹縣等地區。路基寬度24.5m,設計行車速度為80 km/h。A-B 匝道處于廣西西北部東巴鳳山區, 地處云貴高原臺地東部邊緣,里程樁號為K55+100～K55+650,長550m,開挖深度39.8m。原計劃設計為五級坡,每一級坡高在8.0m 左右,每級平臺寬度4.0m,第一級坡度為1:1.15,第二級坡度為1:1.2,第三級坡度為1:1.25, 第四級坡度為1:1.30, 第五級坡度按1:1.35 設計,坡面植草保持水土平衡。

該坡于2018 年7 月開挖, 施工過程中于2018 年9月K55+100～K55+840 段發生一級邊坡滑塌現象,當時立即進行了清理。 2019 年3 月,受連續降水影響,邊坡K55+230～K55+450 又發生多次滑移災害, 多次的降水及滑坡坍塌導致該路段施工多次受影響。

2.2 地貌特征

該滑坡區地處河谷階地、 巖溶盆地和巖溶注地底部及邊緣地帶,為粉質質土及少量碎塊石等,工程性能差。互通A-B 匝道為南北走向,海拔高度2306～2465m,高差達到159m,整體坡角為22°～46°,由于中部匝道的開挖,坡度急劇變陡。

2.3 水文地質情況

該滑坡區域可看見一條水溝, 位于滑坡體的斜中間,因邊坡滑移,可發現一至三級平臺有裂縫跡象,主要為松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙水。松散巖類孔隙水分布在巖溶盆地內的河流兩側漫灘,分布面積小、厚度小,水量中等,由大氣降雨及河水補給,再以潛流的形式向河流排泄。

3 滑坡變形特征與滑坡體確定

3.1 現狀調繪

整個坡體總體呈現出上陡下緩的地形外觀。 坡體兩側有兩條沖溝,兩側沖溝與坡體近視平行。 兩側沖溝向坡后延伸并交匯,形成雙溝同源的地貌特征。 該沖溝常年有流水,其中流量分別為1.4L/s 和1.8L/s。 總匯水面積接近0.36km2。 其中左側Ⅰ沖溝的匯水面積約為0.19km2,右側Ⅱ沖溝的匯水面積約為0.17km2。 滑坡區域見圖1。

圖1 滑坡區域示意圖

3.2 地層產狀量測

滑坡發生后對坡體前、中、后出露巖層的產狀進行測量。測出坡體后部巖體的產狀為350°/SW∠35°,坡體中部兩側巖體的產狀分別為350°/SW∠28°10°、350°/SW∠33°,坡體中部兩側巖體的產狀分別為10/NW∠16°355°/SW∠15°。測量發現巖層傾向與匝道挖方邊坡坡向為順層組合關系。 地層產狀量測見圖2。

圖2 地層產狀量測圖

3.3 坡體變形特征

在滑坡發生后, 對匝道區域滑坡堆積體進行清除,調查發現原一級坡體局部出現隆起、 原邊坡錨索松弛失效脫落、匝道邊溝局部開裂等變形現象。 坡面、邊溝變形特征見圖3。

圖3 坡面、邊溝變形特征圖

錨索的設計長度為25m， 一般可承受450～600kN 的標準軸向拉力, 這說明坡面的錨索在滑坡滑動過程中錨索松弛或失效時才會被拉出。 根據調查發現匝道路面未隆起, 僅在原一級坡面區域出現變形及錨索松弛破壞,可以判定,原一級邊坡區域為滑坡前緣的剪出口位置。 錨索破壞特征見圖4。

圖4 錨索破壞圖

3.4 監測資料與鉆探成果分析

為探究滑坡發生的原因及滑坡的規模, 對滑體進行鉆探取樣并對監測資料進行分析。ZK1、ZK2、ZK4、ZK8 深層累積位移見圖5。 鉆孔取樣位置見圖6,各鉆孔結果見表1。

圖5 部分鉆孔深層累積位移圖

圖6 鉆孔取樣圖

表1 各鉆孔結果表

根據監測資料得到滑坡體的滑動位置與泥化夾層及巖層破碎帶位置基本吻合, 說明滑坡的滑動面是沿著巖層中的軟弱夾層破碎帶滑動。 根據監測結果顯示,孔口的位移大于滑面處的位移,這說明滑坡前緣開挖臨空,引起前緣坡體的滑塌,使得滑坡前緣的抗滑力降低,導致下滑力大于抗滑力, 進而形成滑坡后緣的坡體推動前緣滑坡體的滑動。

結合圖5 和表1 可以得出,ZK1 監測曲線位移變化值不明顯,這是由于1 號孔測斜位于原一級邊坡頂部,這說明部分未松弛的錨索仍然有一定的錨固力。 ZK2、ZK4 均出現了0.8～5m 不等的回填砂石流失的現象, 說明滑坡一直處于緩慢的蠕動變形狀態。 ZK8 監測曲線近似于直線,說明8 號孔沒有發生滑動。 根據鉆探情況看,滑坡體的滑動面為10～45m,平均深度約為28m。

3.5 確定滑坡

通過以上分析,可以發現：整個坡體總體呈現出上陡下緩的地形外觀。 滑坡堆積區兩側發育2 條剪切裂縫擴張形成的沖溝,這是古滑坡的主要地貌特征。 坡體前緣的巖層傾角均小于滑坡后緣穩定區域的巖層傾角, 說明該區域曾經發生過重力搬運作用。 該滑坡是一個前端急劇滑動而產生的復合型滑坡。 整個滑坡的長度約為650m,寬度接近100m,土方量約為180 萬m3。

4 滑坡形成機制分析

通過分析,得到滑坡發生的原因如下：

(1)在未修建匝道之前,古滑坡在原有應力作用下處于平衡狀態。

(2)匝道修建后,由于深挖路塹邊坡在前緣形成臨空面,同時降低了古滑坡前緣的抗滑力,改變了坡體的受力狀態,進而促使古滑坡復活。

(3)原坡面設置有錨索,使坡面得到加固,同時依靠邊坡自穩能力, 短期內可使邊坡滑動變形情況得到一定控制,但錨索的長度未穿過古滑面,因此錨索對古滑面起不到錨固效果。

(4)在暴雨等不利因素的影響下,使得巖土體強度降低,變形逐步累積,滑面逐步加深,超出錨索加固范圍,致使錨索失效,最終形成整體性的滑動變形破壞。

5 處治方案

目前常見的滑坡治理方法大致可以分為三大類[1-4]。第一類是降低水對滑坡的危害程度, 即盡可能地把地表水消除掉,可采用“截”、“排”、“護”、“填”等措施；第二類是改善土體的本身力學強度, 增大滑坡面間的抗滑力,盡可能減輕坡面重量加重坡腳壓重的方法, 或者設置擋墻的方式；第三種是改善滑體的性質,即采用錨桿、灌注水泥砂漿、砂井等措施,從而達到加固土體的效果,提高滑坡面的穩定性。

結合本項目的現場實際情況, 建議在坡前采用雙排抗滑樁進行強支擋。 根據滑坡推力情況綜合分析,在滑坡左側設置兩排抗滑樁支擋, 抗滑樁尺寸為1.6m×2.2m,樁長25～55m；在滑坡右側及影響變形區設置2.0m×3.0m 抗滑樁,樁長30～60m；抗滑樁間距均為4m,樁身采用C30 混凝土澆筑。

由于前緣急劇變形區存在多層淺層滑動面,在滑坡前緣采用加筋土反壓,以提高滑坡抗滑力,同時防止邊坡發生越頂變形。 在滑坡后方進行減載,以到降低滑坡的下滑力。 將急劇變形區的裂縫區進行翻挖壓實。 坡面排水, 在滑坡區設置多級排水溝, 排水溝尺寸為30cm×30cm,采用M10 漿砌片石砌筑。 同時,充分利用張拉凹槽Ⅰ,將張拉凹槽Ⅰ后緣坡面的地表水體引入張拉凹槽Ⅰ排離坡面,同時在前緣布置深層泄水孔。 處治方案平面見圖7。

圖7 處治方案平面圖

為了便于抗滑樁的施工,同時,提高滑坡前緣的抗滑力,需要在原一級邊坡區域堆填一個施工平臺,以便保障施工順利、安全地進行。 處治方案造價約為2455 萬元,反壓回填約為207 萬，共計2662 萬元。 目前滑坡變形得到有效控制,防護工程取得了圓滿成功。

6 結論

(1)該案例工程滑坡是一個前緣急劇滑動而牽引引發的一個復合型滑坡。 勘察區的地形地貌特征、巖層產狀、地層分布等現象符合古滑坡特點, 因此判定勘察區為古滑坡地段。

(2)人類工程活動和降雨是滑坡產生的主導因素,使得巖土體強度降低,滑面逐步加深,超出錨索加固范圍,最終形成整體性的滑動變形破壞。

(3)該滑坡在采用抗滑樁,滑坡前緣加筋土反壓,滑坡后緣進行削坡減載, 坡面排水等防護措施下使該路段得到安全有效的保障。