公路橋墩處滑坡分析及防護設計研究

郭 朝 陽

(山西省公路局太原分局，山西 太原 030012)

0 引言

隨著完善公路交通網絡的需要，越來越多的公路向山區延伸，需要面對更多的復雜不良地質情況[1,2]。其中在山區特有的滑坡泥石流等地質災害就不可避免的與橋梁工程緊密聯系起來，而如何在滑坡等不良地質災害影響下確保橋梁安全是設計人員需要重點考慮的[3-5]。本文以國道241、省道嵐馬線汾河水庫改線工程羅漢溝大橋設計為背景，分析研究了該橋址處的滑坡體和可能對橋梁結構產生的不利影響，提出并采用了切實合理的防護措施，保證了橋梁結構安全。

1 工程概況

省道嵐馬線位于山西省中部山區，該線所處地質構造較為復雜。在選線方案設計之初已對大多數工程規模較大的滑坡進行了避讓處理，但還有少數滑坡因地形限制等原因無法繞避。羅漢溝大橋位于全線19 km處，孔跨為11×40 m連續T梁，橋墩采用矩形墩和空心墩，橋臺采用柱式臺，經現場勘查，橋址處存在一滑坡，其中4號～9號橋墩均位于滑坡體上。

1.1 滑坡區地形地貌

滑坡處于一斜坡地帶，坡度約25°，上部山坡土體裸露，黃土沖溝發育、黃土覆蓋中低山區，地勢整體起伏較平緩。不良地質現象主要為淺層小型壓線黃土滑坡(K19+380～K19+700)，滑坡平面形態呈不規則形狀，滑坡體如圖1所示。

1.2 滑坡區地層巖性

1.3 滑坡區水文地質條件

滑坡區域地下水主要為第四系松散層孔隙水，滑坡堆積體主要由粉土組成，中更新統粉質黏土為隔水層，少量的地表水滲入后又沿粉質黏土面向溝內徑流。地下水位埋深淺，水量小，水位隨季節變化波動很大。坡體前緣的小沖溝內長年有流水，水量小，主要接受大氣降水。當大氣降水時，迅速形成坡面徑流向滑坡東側淺溝排泄。

2 滑坡分析

2.1 滑坡形態特征分析

2.2 滑坡成因分析

該工程滑坡的成因主要有：1)地形條件，滑坡體后緣以上坡面坡度較大，地形極有利于形成坡面徑流向滑坡體匯集；2)地質條件，滑坡體物質主要由馬蘭組粉土組成，粉土豎向節理裂隙發育，形成入滲通道，且坡面有少量地裂縫形成，加之下伏的離石組粉質黏土阻水作用，使得較薄滑體更容易達到飽和狀態。發生連續強降雨時，雨水沿節理裂隙和地裂縫滲入滑坡體，滑體快速飽和增重，使下滑力增大，同時形成局部軟弱滑動帶，大大降低了滑動帶的抗滑力和巖體的抗剪強度，因此連續強降雨是形成該滑坡的主要因素。

2.3 滑坡穩定性分析

2.3.1 計算方法

根據規范[6]采用沿折線滑動面滑坡穩定性計算方法進行驗算。公式如下：

其中，K為穩定系數;Ri為第i塊的抗滑分力;Ti為第i塊的下滑分力;Ψj為第i塊對第i+1塊滑體的推力傳遞系數。計算簡圖如圖2所示。

2.3.2 計算參數及工況

本橋在設計時分析滑坡主要考慮了滑坡體在三種不同狀態時的穩定性，計算工況見表1。

表1 計算工況

通過對滑坡體挖探取樣，進行室內試驗、反算及參照山西地區經驗[7]確定滑體土的粘聚力c和內摩擦角φ值等參數指標。參數選取見表2。

表2 滑坡穩定性分析參數選取表

2.3.3 計算結果

根據規范[8]及工程重要性將該滑坡的安全系數綜合定為1.25。圖3為各工況下滑坡剩余下滑力，表3為滑坡穩定性分析計算結果。綜合圖3，表3可知，在天然狀態下滑坡處于穩定狀態，在連續降雨和地震工況下滑坡處于基本穩定狀態。雖然該橋墩處滑坡目前處于基本穩定狀態，為防止在施工過程中連續強降雨或后期運營時人為因素激活滑坡，對橋梁結構安全產生不利因素，需要及時治理該滑坡，提高安全儲備。

表3 滑坡穩定性計算結果

3 滑坡綜合防護

3.1 反壓回填處置措施

對滑坡體前沿凹谷采用土方或土石方進行夯填整平，壓實度要求不小于93%，填土高度為8 m；對回填體進行上覆50 cm的黏土封水處理，使滑坡無法形成滑動臨空面，從而起到反壓坡腳的作用，見圖4。并在反壓回填體(凹谷)下游修建攔渣墻，確保反壓回填體的安全穩定。攔渣墻墻身、基礎采用C20片石混凝土，在基礎施工后要及時回填墻趾部分的基坑，并做成外傾斜坡防止積水下滲影響墻身穩定。

3.2 坡面防護

坡面有多處地裂縫，使得地表水容易下滲從而激活滑坡體，所以對滑坡體范圍內的所有裂縫和陷穴采用黏性土或1∶3的水泥土進行夯填處理，以防止雨水或地表水直接通過裂縫下滲至滑面，并且將坡面做平順處理，嚴禁形成反坡或積水凹槽。

3.3 排水防護措施

在橋臺處設置截流槽，將路基邊溝的雨水引至下游沖溝，滑坡范圍內橋面散水在收集后集中排至滑坡范圍外；攔渣墻從地面以上0.3 m間隔2 m交錯布置泄水孔，采用φ10 cm PVC排水管將攔渣墻內的水排至墻外；在凹谷西側靠山體側沿凹谷設置梯形排水渠，并在排水渠尾端攔渣墻墻趾處設置跌水井，避免排水渠雨水沖刷攔渣墻墻趾，見圖4。根據規范[9]，設計重現期為15年，按山西徑流法得出該滑坡沖溝設計流量為3.57 m3/s，即排水渠的泄水能力3.57 m3/s，所以為滿足溝谷的泄水要求采用底寬1 m，高1 m的梯形排水渠。

4 結語

在公路設計選線時遇到大中型滑坡應采取避讓原則，小型滑坡因特殊原因無法避讓時，必須采取切實可行的措施確保橋梁結構安全。本文通過對嵐馬線羅漢溝大橋所處老滑坡進行分析并采取了反壓回填處置+坡面防護+排水防護綜合處理措施，有效確保了滑坡穩定和橋梁結構的安全，為今后遇到類似問題的工程提供一定參考。