太鳳高速自救車道滑坡穩定性分析及處治措施

何 軍

(陜西省交通規劃設計研究院有限公司，陜西 西安 710000)

0 引言

高速公路是交通系統的重要組成部分，在我國交通運輸中發揮著重要的作用。而路基是公路建設的基礎，其穩定性是直接影響公路的建設與運行，路基穩定性不足，如路基沉陷、滑坡等會嚴重影響高速公路的建造成本，造成交通事故，影響行車的安全性與舒適性[1]。因此，對高速公路進行路基邊坡穩定性分析并提出相關處治措施具有重要意義。

相關學者對路基邊坡穩定性分析及滑坡處治措施進行了相關研究。王思鐸[2]研究了某公路高邊坡滑坡，以地質資料為基礎，通過對高邊坡滑坡的破壞特征進行分析，進行邊坡潛在滑動面穩定性計算，并根據計算結果提出了預應力錨索框架梁等針對性處治措施。趙瑛等[3]基于層次分析法和德爾菲法進行滑坡的穩定性評價，并構建了滑坡穩定性評價體系，為滑坡的防治提供了理論指導。段全江等[4]通過分析宜賓某高速填方段路基滑坡的成因，并進行了邊坡穩定性計算，得出滑坡產生的具體原因，并根據實際災害情況推薦了針對性處置措施。黃綱領等[5]以某高速滑坡治理和邊坡預加固工程為例，以分析工程地質條件、滑坡破壞過程為基礎，對滑坡誘發機制及失穩機理進行了詳細分析，并基于理正巖土數值分析軟件計算分析了進行預加固處理措施后邊坡的整體穩定性，最后對其進行變形監測，驗證了治理方案的有效性。

因此，邊坡穩定性對保證公路建設與運營安全具有重要意義，基于此，本文以太鳳高速K0+000～K0+400段自救車道處滑坡為研究對象，對其成因及形成機制進行分析，并提出合理的處治措施和施工建議，為后續該類滑坡的處治提供相關參考。

1 滑坡概況及工程地質特征

1.1 滑坡概況

太鳳高速K0+000～K0+400段自救車道位于王家山特大橋與山都嶺大橋之間路基上，長度400 m，其中K0+000～K0+190路線縱坡為-2.3%，K0+190～K0+400路線縱坡為10%；車道總寬度采用12 m，路側邊坡原設計最大坡高14 m，坡率采用1∶1.0，坡腳采用2 m腳墻進行防護，上部采用植草防護。

由于連續降雨作用，自救車道路側邊坡及邊坡頂部古滑坡前緣不斷滑塌，并帶動坡體后壁巖體滑動，導致古滑坡開始復活。根據工程地質調繪及施工開挖情況，太鳳高速K14+100自救車道右側坡體受唐藏—商南區域斷裂帶(F12)影響，節理裂隙發育，且形成順向坡，容易發生滑塌；該段坡體邊坡中～下段為強風化千糜巖順向坡，表層覆蓋古滑坡早期滑動形成的滑坡堆積體，厚度5 m～10 m，在自救車道路基施工過程中，新近堆積的滑坡體已被完全清理。邊坡上段為古滑坡體，滑坡堆積物為塊石土，厚度約10 m～16 m，該滑坡形成時間較早，形成后被坡積粉質黏土覆蓋，自然狀態下基本穩定，自救車道實施后受持續降雨影響該古滑坡復活，滑坡前緣再次發生滑塌，并牽引強風化千糜巖邊坡順坡面滑落，導致邊坡持續滑塌破壞。滑坡全貌及中部坡腳滑塌堆積體如圖1所示。

1.2 滑坡工程地質特征

1)滑坡周界。古滑坡后緣被第四系坡積粉質黏土覆蓋，界限模糊不清；在開挖邊坡上古滑坡形成的塊石土堆積體與下伏基巖界限清楚，完成的3個鉆孔均揭穿了古滑體的底面，查明古滑體厚度10 m～16 m。

2)滑體特征。古滑坡呈圈椅狀，后緣周界被坡積粉質黏土覆蓋，中前部沿坡面滑動，堆積在邊坡坡腳形成新滑坡；滑坡中后部殘留在邊坡上部，滑體物質主要為母巖為千糜巖的碎塊石，滑體厚度10 m～16 m，在新滑坡后壁上段可見較明顯的古滑坡滑面。

3)滑坡地表及地下水情況。該滑坡所處的坡體內平時無地表水，雨季時有暫時性面流。其中坡體兩側的沖溝和滑坡體前部的支溝為該區域主要的匯水、排水通道。地勘鉆探未發現穩定的地下水層位。

2 滑坡成因及穩定性評價

2.1 滑坡成因分析

根據野外調查，太鳳高速K14+100自救車道右側邊坡為巖質邊坡，基巖受區域斷層影響，節理裂隙發育，巖體破碎，在邊坡上部存在一古滑坡；自救車道施工過程中，受持續降雨影響，古滑坡復活，前緣沿坡面發生滑塌，牽引下部順層巖體滑動，在邊坡下部形成新的滑坡堆積體；古滑坡由于前緣滑動，滑體受力情況發生變化，有繼續滑動破壞的可能。

邊坡坡體中的地下水主要來源于大氣降水，坡頂較大的匯水面積在大氣降水下滲，遇土石界面受阻后，向邊坡坡面排泄。持續降雨導致地下水不斷累積，土體含水量增加，同時受到頂面兩處匯凹槽形成的地表徑流沖刷，坡體出現滑動并牽引上部土層下落，形成滑塌。

2.2 滑坡穩定性分析

2.2.1 滑坡穩定性定性分析

古滑坡為巖質滑坡，滑體物質以碎塊石為主，頂部覆蓋有新近堆積的粉質黏土，表明滑坡形成后長期處于基本穩定狀態；該段自然坡面陡立，受區域斷裂影響和持續降雨誘發古滑坡前緣滑塌形成新滑坡，滑坡中、后部殘留于坡體之上，滑坡坡面未發現進一步的裂縫及滑塌；坡體后壁上段可見古滑坡滑面，殘留古滑體前部裸露，且不斷滑塌或落石，根據現場情況判斷古滑坡目前處于臨界穩定狀態，古滑坡體前緣隨時有滑動破壞可能。

首先根據試驗統計結果，得出黏聚力(c)、摩擦角(φi)取值，再結合定性分析結果(臨界穩定狀態)對滑坡進行反算，求出滑帶土內摩擦角(φi)值，最后結合地區經驗給出建議值，考慮天然狀態和暴雨狀態兩種工況對參數進行選取，詳見表1。

表1 古滑坡計算參數選取表

采用傳遞系數法[6-7]對滑坡進行推力計算，考慮暴雨和天然兩種工況對取單位寬度的主滑方向斷面，對滑坡體進行分條，假定每一分塊為一剛體，即不考慮塊體內部的變形與應力，建立塊體間平衡方程，計算模型如圖2所示，斷面條分計算參數表如表2,表3所示。以Wi定義為每條塊的重力，則Ni為自重的法向分量，Ti為切向分量，計算如下式：

Ni=Wi·cosαi

(1)

Ti=Wi·sinαi

(2)

將前條塊下滑力當作抗滑力，第i條塊滑面方向的抗滑阻力Ps表按下式計算：

Ps=Pi-Pi-1·cos(αi-1-αi)+[Ni-Pi-1·
sin(αi-1-αi)]tanφi+ciLi

(3)

Qi=Nitanφi-Pi-1·sin(αi-αi-1)tanφi+ciLi

(4)

δi=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanφi

(5)

穩定性系數為:

(6)

剩余下滑力為:

Pi=Pi-1δ+FsTi-Qi

(7)

其中，Ni為第i塊重力沿垂直方向的分量;Ti為切向分量;αi為滑面水平傾角;φi為內摩擦角;ci為黏聚力;Li為條塊滑面長度;δi為傳遞系數。

按照天然狀況、滑體飽水狀況兩種狀態,按照式(3)～式(7)分別驗算古滑坡滑面穩定系數,計算結果見表4。

表2 K0+228斷面條分計算參數表

表3 K0+258斷面條分計算參數表

表4 古滑坡穩定性及剩余下滑力計算結果

根據計算分析,太鳳高速K14+100自救車道路基右側邊坡頂部古滑坡在天然狀態下穩定系數為1.28～1.379,滿足1.25的安全系數;暴雨狀態下,穩定系數1.127～1.147,在1.20的安全系數下,剩余下滑推力147 kN/m～148 kN/m。天然狀態下,滑坡處于穩定狀態;但在暴雨工況下,滑坡處于欠穩定狀態,不滿足安全儲備要求,為保障地方道路及自救車道安全,需對邊坡頂部的古滑坡采取必要的加固措施。

2.2.2 邊坡整體穩定性評價

該邊坡坡高約45 m,屬于巖質高邊坡,頂部存在一處欠穩定狀態的古滑坡體。坡面傾向于巖體主要結構面傾向相近似,且邊坡傾角大于巖層傾角,巖層在坡面上無支撐點,不利于坡面穩定;兩組結構面的交線位于坡面影弧外側,傾向近似邊坡傾向;邊坡巖體一斷層影響帶內的破碎風化千糜巖為主,受斷層影響,巖質破碎,巖石及結構面強度均較低,不利于邊坡穩定;目前位于邊坡頂部的古滑坡體前緣偶有掉塊現象,處于欠穩定狀態;受邊坡地形、上部地方路及電力設施影響,邊坡綜合坡率難以放緩,邊坡穩定性差。

3 滑坡設計處治措施探究

由于邊坡頂部古滑坡處于欠穩定狀態,前緣不斷發生小范圍滑塌,為確保從其中部通過的通村地方路安全,需對古滑坡及下部邊坡采取措施進行綜合治理;受地形、坡體上部地方路及供電設施限制,進一步刷坡卸載滑坡實施困難。故對古滑坡采取注漿鋼管加固坡體+擋土墻及錨桿護面墻防護邊坡的方案,對其下部坡體(自救車道上邊坡)采用支擋+邊坡錨固的措施進行綜合治理,確保自救車道、地方道路及供電設施安全。

1)于邊坡上部地方道路外側采用2排φ89 mm×6 mm注漿鋼管對坡頂古滑坡及地方道路進行加固,采用梅花形布置,間距1.2 m,其中K0+206～K0+240段58根鋼管長25 m,K0+200～K0+206，K0+240～K0+25兩段27根鋼管長20 m,鋼管管身預留10 mm注漿孔,注漿孔梅花形交錯布置,間距7.5 cm。

2)為防止邊坡進一步破壞,對裸露破碎坡面采用SNS柔性防護網進行初步加固,網塊規格采用4 m×4 m,柔性網采用φ16 mm錨桿錨固,錨桿長度3 m。一級邊坡采用C15片石混凝土擋土墻進行防護,增強邊坡整體及坡面穩定性;為防止邊坡進一步破壞導致上部古滑坡復活,擋土墻斷面尺寸采用2.0 m寬,擋土墻高度根據自救車道縱坡錯臺布置(采用4 m～9 m),墻頂采用統一標高。

3)在坡腳片石混凝土擋墻之上施作兩級10 m錨桿混凝土窗孔式護面墻封閉坡面,在護面墻豎肋位置布置20 cm×45 cm鋼筋籠,防止錨頭位置發生剪切破壞,同時預留5 cm的錨拉孔,待錨桿施工完成后,錨頭采用混凝土包封;為保證護面墻基礎穩定,護面墻底部設置6 m長φ28 mm錨拉腳墻;K0+240～K0+260，K0+180～K0+206兩側覆蓋層較薄路段,錨桿長度采用9 mφ28 mm錨桿,其余路段錨桿采用15 m長φ28 mm錨桿,實施過程中錨桿長度可根據實際情況進行調整,確保錨桿進入中風化巖體錨固長度不小于3 m。

滑坡設計處治措施布置圖如圖3所示。

4 滑坡處治方案施工要點

1)施工順序。

滑坡治理工程在地方路路側施作兩排注漿鋼管樁,確保古滑坡體整體穩定及地方道路安全;然后清除邊坡坡腳不穩定滑塌堆積體,拆除滑坡治理范圍內已實施的腳墻,做片石混凝土擋墻,對巖體裸露破碎坡面采用SNS柔性防護網加固,保障邊坡整體穩定及下階段坡面錨拉防護工程施工安全;最后在第一級片石混凝土擋墻之上施作錨拉坡面防護工程(護面墻),確保古滑坡下部巖土體安全穩定。具體順序如下:a.做鋼管樁;b.拆除腳墻;c.做片石混凝土擋墻;d.做SNS柔性防護網;e.做錨拉混凝土護面墻(完成一級護面墻后,待混凝土強度達到要求后做錨桿,完成后再向上施工下一級錨拉護面墻)。

2)注漿鋼管。

a.雙排注漿鋼管應間隔施工,待一排注漿強度提高后,再施作另一排鋼管。b.注漿孔應采用機械鉆孔成孔,成孔后應立即放入注漿鋼管并迅速完成注漿。c.注漿鋼管采用φ89×6 mm熱軋無縫鋼管,底部設置錐頭,鋼管上環向每隔7.5 cm交錯布設注漿孔,注漿孔直徑10 mm。d.注漿工藝為自下而上的注漿方式,注漿漿液為1∶1水泥砂漿,水灰比(質量比)0.38～0.48,注漿壓力0.8 MPa～2.0 MPa,實際數量以監理現場核實為準。e.鋼管頂部應進入地面高程以下50 cm,并在鋼管頂部設置止漿塞。頂部剩余50 cm在注漿施工完成后采用細石混凝土封孔,防止雨水順注漿孔滲入滑體內部。

3)片石混凝土擋土墻工程。

a.施工應避開雨季,事先做好排水,以免坑槽積水危及墻基。b.擋土墻需間隔10 m跳槽施工,并注意觀測邊坡變形情況。c.擋土墻采用C15片石混凝土澆筑。d.根據地質條件每10 m墻長設置沉降縫,縫寬2 cm,縫內填塞瀝青麻絮。e.墻基埋深應符合設計要求,墻基開挖后若發現地質情況不符時,應根據實際情況酌情調整。基坑超挖部分,采用與墻體同標號片石混凝土回填。

4)SNS柔性防護網。

a.對坡面防護區域內的危石進行清除或局部整平,放線測量確定錨桿孔位,并在每一孔位處鑿一深度不小于錨桿外露環套長度的凹坑,一般口徑20 cm,深20 cm。b.按設計深度鉆鑿錨桿孔并清孔,孔深應比設計錨桿長度長10 cm以上,孔徑為φ50 mm。c.注漿為1∶1水泥砂漿,強度不低于M30,確保漿液飽滿,再進行下一道工序前注漿體養護不少于3 d。d.安裝縱橫向支撐繩,張拉緊后兩端各用2個～4個(支撐繩長度小于15 m時用3個,大于30 m時用4個,其間用3個)繩卡與錨桿外露環套固定連接。e.從上向下鋪掛φ2.2 cm格柵網,格柵網間重疊寬度不小于5 cm,兩張格柵網間的縫合(以及格柵網與支撐繩間)用14號鍍鋅鉛絲按1 m間距進行扎結,有條件時該道工序在上道工序前完成。f.從上向下鋪設鋼繩網并縫合,縫合繩為φ8 mm鋼繩,每張鋼繩網均用一根長約31 m的縫合繩與四周支撐繩進行縫合并預張拉(≥3 kN),縫合繩兩端各用兩個繩卡與網繩進行固定聯結。

5)錨拉護面墻。

a.護面墻采用C15混凝土澆筑,澆筑時在預定錨桿位置預留PVC管為單點錨桿施工保留空間。

b.每級錨桿工程應當在單級護面墻完成之后及時施作,待錨固工程整體強度滿足要求后,再施作下一級錨拉護面墻。

c.護面墻后部局部巖體虧空部分采用同標號混凝土補齊。

d.錨桿工程施工工序為:鉆孔→錨桿安裝→注漿→張拉→包封裸露錨頭。

e.錨桿設計采用全長錨固式水泥砂漿錨桿,長9 m,主筋采用HRB400級φ28 mm鋼筋,錨桿孔徑90 mm。

f.錨桿孔位測放力求準確,偏差不得超過±3 cm,鉆孔與水平俯角25°,傾角允許偏差±2°,考慮沉渣的影響,為確保錨桿長度,實際鉆孔深度大于設計長度0.4 m;成孔后用高壓風(0.4 MPa)清孔。

g.成孔禁止帶水鉆進,以確保鉆孔施工不致惡化邊坡條件。

h.錨桿孔內灌注M30水泥砂漿,水灰比(質量比)0.38～0.45,灰砂比(質量比)1∶1,砂漿體強度不低于30 MPa,采用從孔底到孔口返漿式注漿,注漿壓力不低于0.25 MPa。

滑坡經治理后,監測期未發生明顯的位移移動,治理后邊坡如圖4所示。

5 結論

本文以太鳳高速自救車道路基滑坡為研究對象,在滑坡工程地質條件及成因分析的基礎上,進行了滑坡的穩定性評價,并提出針對性處治措施。主要結論如下:

1)詳細分析了滑坡工程地質特征及成因,自救車道右側邊坡為巖質邊坡,節理裂隙發育,巖體破碎,受持續降雨影響,古滑坡前緣沿坡面發生滑塌,牽引下部順層巖體滑動,在邊坡下部形成新的滑坡堆積體。

2)基于傳遞系數法對滑坡進行推力計算,評價了天然及暴雨兩種工況下滑坡的穩定性,并進行了邊坡的整體穩定性評價,天然狀態下滑坡處于穩定狀態,暴雨工況下滑坡處于欠穩定狀態,需對其采取必要的加固措施。

3)提出了滑坡處治的針對性措施及處置方案施工要點,研究成果可為后續該類滑坡的處治提供相關參考。