洗馬互通A匝道滑坡成因分析的研究

劉子國，劉 洋

(中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710075)

0 引言

2020年5月3日A匝高填方路基強(qiáng)夯施工造成龍里縣洗馬鎮(zhèn)上石坎村半邊山組村民房屋、地面、公路出現(xiàn)不同程度的位移、沉降、開裂。該地質(zhì)災(zāi)害共造成35戶居民房屋出現(xiàn)不同程度的變形，約80 m鄉(xiāng)村道路損毀，部分耕地破壞，直接經(jīng)濟(jì)損失約200萬元，災(zāi)情分級(jí)屬于中型。目前該地質(zhì)災(zāi)害處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，如后期不采取有效的治理措施極有可能加劇滑坡的變形，直接威脅69戶294人的生命財(cái)產(chǎn)安全。滑坡產(chǎn)生的主要原因：由于當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜，前期地勘設(shè)計(jì)深度不足，考慮因素不夠全面，是造成本次施工滑坡塌陷的主要原因。

1 洗馬互通A匝道滑坡的主要原因分析

1.1 地理位置及氣象水文條件

洗馬互通區(qū)位于龍里縣北東30°方位,距離龍里縣29.8 km,距離洗馬鎮(zhèn)約1 km。互通區(qū)內(nèi)有鄉(xiāng)間道路通過,交通便利。滑坡地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)中心地理坐標(biāo)東經(jīng)107°05′56″,北緯26°42′02″。工作區(qū)氣候溫潤、雨量充沛,屬于亞熱帶濕潤多雨氣候。根據(jù)龍里縣氣象局歷年資料,最豐年降雨量為1 438.9 mm,最枯年774.5 mm,平均1 077.3 mm。每年4月～10月為豐水期,降雨量為933.0 mm,占全年降水量的86.7%,11月～來年3月為枯水期,降雨量為144.3 mm僅占全年降雨量的13.3%,多年平均相對(duì)濕度為79%,最小為7%,多年平均氣溫15 ℃,極端最高溫度33.9 ℃，最低為-6.8 ℃,歷年最大風(fēng)速為12.4 m/s,最小為0 m/s,多年平均風(fēng)速為1.6 m/s。區(qū)內(nèi)發(fā)育僅為季節(jié)性溪溝,根據(jù)區(qū)域水文地質(zhì)資料,屬于長江流域?yàn)踅登逅嫌蜗瘩R河?xùn)|岸,區(qū)內(nèi)地表水系不發(fā)育,僅為季節(jié)性溪流,流量受季節(jié)變化影響[1-2]。

1.2 地質(zhì)環(huán)境條件

1.2.1 地形地貌

滑坡勘查區(qū)屬于溶蝕-侵蝕低中山溝谷地貌,山體走向與構(gòu)造線方向基本一致,呈北東—南西向延伸,地勢中東部較高,四周相對(duì)較低,斜坡植被發(fā)育,森林覆蓋率較高。地質(zhì)災(zāi)害屬于緩坡地帶,區(qū)內(nèi)發(fā)育幾條沖溝,互通區(qū)土地為農(nóng)田與建筑用地,土層覆蓋層較厚約10 m～15 m,地基穩(wěn)定性差。該區(qū)最高海拔標(biāo)高1 374.5 m,最低海拔標(biāo)高1 142 m,最大高差232.5 m。

1.2.2 地層巖性調(diào)查

除溝谷緩坡地帶有第四系分布外,其余地帶出露為二疊系及三疊系基巖,現(xiàn)由老到新分述其巖性組合:

1)二疊系(P)。

a.長興組(P3ch)。上部為灰白～灰色厚層石灰?guī)r,中下部為灰～深灰色，薄～中厚層泥晶體灰?guī)r夾頁巖,灰?guī)r中含不規(guī)則燧石團(tuán)塊和條帶,夾0.5 m～10 m黏土巖、粉砂巖及炭質(zhì)頁巖,夾1層可采煤及煤線,厚度約1.5 m。

b.大隆組(P3d)。灰、深灰色具有水平紋層的硅質(zhì)巖、黏土硅質(zhì)巖,夾2層～5層灰綠色脫蒙石黏土層。厚度1 m～14 m與長興組整合接觸。因厚度較薄,地質(zhì)圖上將長興組、大隆組合并處理,代號(hào)為P3ch+d。

2)三疊系(T)。

下統(tǒng)大冶組(T1d):按巖性組特征可分為兩個(gè)巖性段:

第一段(T1d1):灰～深灰色薄層板狀泥晶灰?guī)r,時(shí)夾同色中厚泥晶灰?guī)r,偶夾頁巖及同生角礫灰?guī)r,厚度100 m～200 m。

第二段(T1d2):灰、深灰色中厚～厚層狀泥晶灰?guī)r,夾少量塊狀泥巖礫石、亮晶砂屑鮞狀灰?guī)r及泥質(zhì)紋層灰?guī)r。厚度大于100 m。

3)第四系(Q)。

素填土(Qml):雜色,灰?guī)r、砂泥巖組成,為修路填筑。厚6.3 m～14.2 m。殘坡積黏土(Qel+dl):表層為耕植土,灰色含有機(jī)制,約0.5 m,下部為黃褐色黏土,厚度3 m～11.5 m,平均厚度4.96 m,主要分布在緩坡、山間與溝溿。

1.2.3 工程地質(zhì)條件

通過現(xiàn)場25孔的深孔取樣、原位測試、物探等手段[3],按照巖性、物理力學(xué)性質(zhì)等,可將區(qū)內(nèi)的工程地質(zhì)巖組劃分為三類,參數(shù)統(tǒng)計(jì)如表1,表2所示。

表1 代表性巖土力學(xué)試驗(yàn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)

表2 代表性巖石力學(xué)試驗(yàn)參數(shù)統(tǒng)計(jì)

1)硬夾軟質(zhì)巖土工程地質(zhì)組。

改組為二疊系平樂長興+大隆組(P3ch+d),為灰?guī)r、燧石灰?guī)r夾硅質(zhì)巖、頁巖、泥巖及煤層,該類巖石力學(xué)強(qiáng)度差異大,抗風(fēng)化能力差,該層為地質(zhì)災(zāi)害的主要發(fā)育層,根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際鉆孔發(fā)現(xiàn)該層巖溶發(fā)育,存在溶蝕裂隙、溶洞,巖體較破碎。

2)硬質(zhì)巖工程地質(zhì)組。

由三疊系下統(tǒng)大冶組(T1d)泥晶灰?guī)r組成。該巖石力學(xué)強(qiáng)度高,抗風(fēng)化能力強(qiáng),工程地質(zhì)良好。

3)松散巖組。

該組巖石主要包括兩部分:a.第四系殘坡堆積體,廣泛分布于勘察區(qū)內(nèi),由灰?guī)r風(fēng)化形成,黃褐色,主要為黏土、亞黏土夾少量碎石,淺表部分浸水后一般可呈現(xiàn)軟塑狀態(tài),結(jié)構(gòu)松散,工程地質(zhì)差,土力學(xué)強(qiáng)度低。b.填方區(qū)的素填土,主要由灰?guī)r、泥巖石塊組成粒徑大小不一,總體在0.1 m～1 m,結(jié)構(gòu)較密實(shí),填料工程性質(zhì)一般,力學(xué)強(qiáng)度一般。

1.3 滑坡形態(tài)及規(guī)模

該滑坡位于填方區(qū),根據(jù)現(xiàn)場勘察,主滑方向10°,平面呈現(xiàn)近似弧形,剖面形態(tài)呈現(xiàn)折線形,縱向長110 m,橫向?qū)?00 m,滑坡面積17 438 m2,滑坡體平均厚度11.8 m,體積約為20.58×104m3,屬于中型滑坡,滑體物質(zhì)組成主要為黏土、塊石,滑帶土為黃褐色軟塑黏土,滑面為土巖接觸面,滑體下伏基巖為二疊系樂平統(tǒng)長興+大隆組(P3ch+d)灰?guī)r，如表3所示。

表3 滑坡特征表

1.4 地層塌陷

調(diào)查區(qū)內(nèi)主要分布大量的碳質(zhì)酸鹽為巖溶發(fā)育,形成了有利條件,加之該區(qū)中部有大面積第四系(Q)分布,主要由殘坡積黏土、亞黏土、強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r形成,主要分布于緩坡處;同時(shí)受地下煤開采的影響,填方周邊在外界擾動(dòng)的情況下,極易形成地面塌陷,本區(qū)內(nèi)形成的最大塌陷處落差為2 m。按照《地方煤礦安全手冊》三級(jí)保護(hù)確定的安全參數(shù),來計(jì)算本區(qū)地層的安全厚度如下:

Hδ=K×Mn。

其中，K為安全系數(shù),取125(按照Ⅱ類煤田Ⅲ級(jí)保護(hù),K=125)；Mn為礦層采高(平均每層厚度0.5 m)。

經(jīng)計(jì)算,安全開采厚度=125×0.5=62.5 m,即安全采空后,采空區(qū)距離地表的安全厚度應(yīng)為62.5 m。而實(shí)際,本區(qū)最薄處11.4 m,最深處77 m。薄厚不均,在強(qiáng)大沖擊振動(dòng)的外力擾動(dòng)下,影響區(qū)內(nèi)極易發(fā)生塌陷。

1.5 滑坡計(jì)算模型

通過地質(zhì)調(diào)查、勘察、分析表明[4],該滑坡為堆積層推移滑坡,綜合確定滑坡的滑動(dòng)門帶為折線形。根據(jù)滑坡可能存在的最不利情況(滿足滑坡剩余推力最大工況斷面),滑坡區(qū)荷載主要為斜坡自重。該地質(zhì)災(zāi)害防治等級(jí)為Ⅰ級(jí),滑坡治理設(shè)計(jì)中暴雨重現(xiàn)期按照50年計(jì),按100年進(jìn)行校驗(yàn)。選取自重+地表荷載+天然狀態(tài);自重+地表荷載+飽水狀態(tài)兩種工況計(jì)算。

公式選擇采用綜合野外與室內(nèi)分析的滑面來計(jì)算,滑面呈折線形,故穩(wěn)定計(jì)算采用折線型滑動(dòng)面計(jì)算公式,剩余下滑力計(jì)算按傳遞系數(shù)法。

穩(wěn)定性計(jì)算公式按照折線型公式計(jì)算,穩(wěn)定系數(shù)FS計(jì)算公式如下:

ψj=cos(θi-θi+1)-sin(θi-θi+1)tanφi+1。

Ri=Nitanφi+CiLi。

本次對(duì)滑坡整體穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算分析,其結(jié)果與滑坡實(shí)際情況基本吻合,評(píng)價(jià)依據(jù)《滑坡防治工程勘察規(guī)范》中的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn):穩(wěn)定系數(shù)FS<1.0為不穩(wěn)定;1.0≤FS<1.05為欠穩(wěn)定狀態(tài);1.05≤FS<1.15為基本穩(wěn)定;FS≥1.15為穩(wěn)定狀態(tài),如表4所示。通過滑坡兩種狀況的極限分析,可得出以下結(jié)論:

表4 穩(wěn)定性計(jì)算成果表

1)目前停工卸載狀態(tài)。

a.在自重+地表荷載+天然狀態(tài),穩(wěn)定系數(shù)為1.358,處于穩(wěn)定狀態(tài),與深孔監(jiān)測和實(shí)際情況一致。

b.在自重+地表荷載+飽水狀態(tài),穩(wěn)定系數(shù)為1.130,處于基本穩(wěn)定狀態(tài),與深孔監(jiān)測和實(shí)際情況一致。

2)填方達(dá)到設(shè)計(jì)高度狀態(tài)。

a.在填方達(dá)到設(shè)計(jì)高度39.3 m時(shí),自重+地表荷載+天然狀態(tài),穩(wěn)定系數(shù)為0.769 5,處于不穩(wěn)定狀態(tài),需要綜合治理。

b.在填方達(dá)到設(shè)計(jì)高度39.3 m時(shí),在自重+地表荷載+飽水狀態(tài),穩(wěn)定系數(shù)為0.675 8,處于不穩(wěn)定狀態(tài),需要綜合治理。

2 采取相關(guān)治理措施

2.1 滑坡動(dòng)態(tài)監(jiān)測

在對(duì)滑坡體的地質(zhì)、水文、自然環(huán)境等因素全面調(diào)查取證的同時(shí),為進(jìn)一步深層次了解地下滑動(dòng)面的變形情況,沿主滑帶方向布設(shè)深層位移監(jiān)測孔3個(gè),監(jiān)測期7個(gè)月,累計(jì)監(jiān)測數(shù)據(jù)223期,通過深孔監(jiān)測數(shù)據(jù)分析,3孔深度分別為1號(hào)孔47 m,2號(hào)孔47 m,3號(hào)孔21 m,最大位移變形斷面為14 m處,累計(jì)位移變化量分別為6.77 mm,5.12 mm,6.12 mm。與地質(zhì)勘察資料相吻合。具體如圖1,圖2所示。

2.2 挖方卸載

為防止滑坡的進(jìn)一步擴(kuò)大,將原設(shè)計(jì)高度為39.3 m的2級(jí)邊坡進(jìn)行挖方減載,從而減輕填方區(qū)自重;同時(shí)在滑坡處置之前,停止在影響區(qū)范圍內(nèi)的一切施工作業(yè),確保滑坡體穩(wěn)定。

2.3 軟弱換填

結(jié)合地勘調(diào)查及深孔位移監(jiān)測數(shù)據(jù)將地表下15 m范圍內(nèi)的強(qiáng)風(fēng)化泥巖風(fēng)化層進(jìn)行換填處置;同時(shí)對(duì)影響區(qū)內(nèi)的原有采煤巷道進(jìn)行填充碾壓。

2.4 力學(xué)平衡

采用樁板結(jié)合方式對(duì)抗滑邊坡進(jìn)行加固穩(wěn)定,具體處置措施:采用直徑1.8 m方樁加擋土板的形式進(jìn)行加固,抗滑樁深度需打入持力穩(wěn)定層。

3 結(jié)語

通過本實(shí)例可看出,在復(fù)雜地質(zhì)條件下施工一定要做好地質(zhì)詳勘、設(shè)計(jì)方案評(píng)審、施工工藝評(píng)估等工作,只有全方位多角度的論證調(diào)查,才能確保工程質(zhì)量萬無一失。希望通過此例能為類似工作的施工起到行業(yè)借鑒的作用。