某高速公路隧道進口深層巨型黃土- 泥巖混合滑坡處治方案設計

王龍

（甘肅新發(fā)展投資集團有限公司，甘肅 蘭州 730000）

引言

黃土- 泥巖混合滑坡滑速低、滑距小、復活性強[1]。甘肅南部地區(qū)地處秦巴山區(qū)、青藏高原和黃土高原交匯地帶，區(qū)域內(nèi)多為高山丘陵地貌，地形起伏較大，侵蝕切割嚴重，地層與地質(zhì)構造較復雜，雨季滑坡、山洪等地災頻發(fā)，嚴重影響高速公路的建設及運營[2-4]。

黃土- 泥巖混合滑坡通常具有隱蔽性，發(fā)育初期難以察覺，但在外部因素的持續(xù)作用下，逐步產(chǎn)生變形、移位，強降雨、地震等誘發(fā)因素加劇了滑移的可能，并帶來次生地質(zhì)災害，對交通基礎設施及人民群眾的生命財產(chǎn)安全造成極大影響[2-4]。

1 滑坡基本情況

該滑坡（見圖1）為推移式黃土- 泥巖混合滑坡，受人工開墾梯田以及磚廠在滑坡前緣開挖取土的影響，對原始形態(tài)破壞較大，滑坡特征不明顯。滑坡后壁為高而陡的斷壁，高30～40 m，坡度約38°，前緣呈高8～12 m 的陡坎狀，滑坡舌及側(cè)界地形不明顯。地質(zhì)鉆孔揭示，滑體厚3.9～34 m，中上部較厚、下部較薄，總體積約270 萬m3，屬深層巨型滑坡。

圖1 滑坡典型斷面（Ⅱ-Ⅱ）

2 滑坡成因分析及穩(wěn)定性評價

2.1 滑坡成因分析

該滑坡地表形態(tài)較為清晰，地表植被發(fā)育，滑體物質(zhì)較松散，沖溝較發(fā)育，滑坡前緣已堆積一級階地，故推斷該滑坡為古滑坡。

2.1.1 地形地貌條件

滑坡體所在斜坡地層反傾，自然坡度大于40°，原始斜坡整體呈一面坡狀，相對高度大于160 m，同時該斜坡處于河溝凹岸，為侵蝕岸，河流沖刷掏蝕為滑坡的形成提供了臨空條件。

2.1.2 地層巖性條件

滑坡體所在斜坡主要由新近系泥巖夾泥灰?guī)r（N2l）組成，泥巖多直接出露且向內(nèi)傾，垂直節(jié)理裂隙較發(fā)育，強度低，遇水易軟化，具輕微膨脹性，易形成相對軟弱層、隔水層，使巖土體易于變形滑動，一般為切層滑坡。

2.1.3 水文地質(zhì)條件

項目區(qū)氣候濕潤、降水充沛，多年平均降水量為580 mm，蒸發(fā)量小，5 月至9 月份短時、強降雨頻發(fā)。降雨下滲至相對隔水層后，改變了巖土體的結(jié)構及強度，在靜、動孔隙水壓力作用下，顯著降低巖土體抗剪強度，誘發(fā)滑坡體發(fā)生滑動。

2.1.4 地震條件

項目區(qū)位于臨潭- 宕昌斷裂帶與迭部- 舟曲斷裂帶之間，地震烈度為Ⅶ度，地震活動是導致滑坡發(fā)生的誘發(fā)因素。

綜上所述，高陡斜坡的地貌特征，特殊的坡體地質(zhì)構造，特別是工程性質(zhì)較差的新近系泥巖的存在以及河流凹岸較強烈地沖刷掏蝕是該滑坡形成的基本條件，集中降雨、地震等誘發(fā)因素加劇了滑坡的形成。

2.2 穩(wěn)定性分析評價

2.2.1 定性分析

滑體勢能較低，前緣堆積全新統(tǒng)沖洪積物，滑坡的整體穩(wěn)定性較好，但隨著磚廠開挖，特別是隧道施工開挖后，將減少下部阻滑段物質(zhì)，存在從陡坎下部坡腳地段剪出的可能，局部穩(wěn)定性較差。此外，地震、降雨等外因均可導致滑坡復活，加之地下水較發(fā)育，不利于滑坡體的穩(wěn)定。

2.2.2 定量評價

（1）計算工況確定

本次按正常工況、非正常工況Ⅰ（暴雨或連續(xù)降雨）、非正常工況Ⅱ（暴雨+地震）三種工況分析滑坡穩(wěn)定性。

（2）計算剖面選擇

選取對高速公路隧道及路基影響最大且縱向貫穿滑坡前后緣的斷面（見圖1）。

（3）計算參數(shù)選取

①滑體重度。根據(jù)室內(nèi)土工實驗，γ=20.1 kN/m3，γsat=20.6 kN/m3。②條塊面積。根據(jù)剖面圖及計算條塊劃分情況直接量取。③巖土體強度參數(shù)。滑帶土和滑坡體剪切強度見表1。

表1 滑坡體、滑帶土強度室內(nèi)試驗結(jié)果

綜合考慮上述試驗結(jié)果及規(guī)范經(jīng)驗值，選取的巖土體強度參數(shù)見表2。

表2 滑坡滑帶土計算參數(shù)

（4）計算結(jié)果及評價

由于人工開挖后，滑坡前緣形成多個陡坎，滑坡存在從陡坎剪出的可能性，故選取三個最可能的潛在剪出口進行計算，計算結(jié)果見表3。

表3 滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

由計算結(jié)果可知，隧道開挖后使滑坡阻滑段土體減少，主滑面及潛在滑面穩(wěn)定系數(shù)FS=1.072～1.107，滑坡處于基本穩(wěn)定- 穩(wěn)定狀態(tài)；非正常工況Ⅰ下，滑坡處于欠穩(wěn)定- 基本穩(wěn)定狀態(tài)；非正常工況Ⅱ下，滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

綜上，為保證隧道及路基的安全儲備，并滿足高速公路設計使用年限要求，需對該滑坡進行處治設計。

3 滑坡處治設計方案

3.1 工程安全標準

根據(jù)規(guī)范要求，高速公路隧道及路基的安全系數(shù)K 在正常工況下分別為1.25、1.20，非正常工況Ⅰ下為1.20、1.15，非正常工況Ⅱ下為1.10、1.05，出于安全考慮，本次處治設計以隧道安全標準為準。

3.2 滑坡處治設計

綜合考慮滑坡基本特征、穩(wěn)定狀況及所保護的對象等因素，擬采取在滑坡體上部削方減載+坡腳局部回填反壓+錨索框架支護+排水+坡面防護的處治措施，詳見圖2。

圖2 滑坡削方邊坡設計斷面

具體方案如下：為防止隧道開挖后Ⅱ-Ⅱ斷面沿開挖坡腳剪出，先在上部削方減載，并在下部反壓回填，防止整體失穩(wěn)，削方起始高程2 828 m，挖方臺階坡率1:1，臺階高6 m，平臺寬3～32 m，共七級臺階。削方處理后，主滑面仍不能滿足要求，故在滑坡前部進行填方反壓，回填起始高程2 792.5 m，臺階坡率1:1.5，填至2 801 m 后以2%的縱坡堆填至滑坡前緣，填方厚度2.0～8.5 m。右側(cè)填方高度按路基設計高程控制，左側(cè)按1:1.5 的坡率放坡至地面。

處治設計后各剖面的剩余下滑力、穩(wěn)定性系數(shù)見表4。

表4 處治設計后各滑動面剩余下滑力及穩(wěn)定系數(shù)計算結(jié)果

從計算結(jié)果可以看出，削填方處治后潛在滑面1、滑面2 穩(wěn)定性安全儲備均不足，存在從潛在滑面3 剪出的可能，因此需對削方邊坡進行加固。第一級邊坡坡面采用拱形骨架防護；第二級與第三級邊坡采用錨索框架進行防護；第四級至第七級邊坡坡面采用拱形骨架進行防護。同時，為攔截坡面流水，在每級平臺上布置一道排水溝，在邊坡右側(cè)設置急流槽，并將坡面水引至公路排水溝內(nèi)。

4 結(jié)論

通過對該黃土- 泥巖混合滑坡穩(wěn)定性分析及工程處治措施研究，得出以下結(jié)論：

（1）特殊的地形地貌條件、工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件是該滑坡形成的基本條件，集中降雨及地震活動是滑坡產(chǎn)生滑動的誘發(fā)因素。

（2）通過最危險斷面穩(wěn)定性計算可知，隧道開挖后，主滑面及潛在滑面穩(wěn)定系數(shù)不滿足規(guī)范要求，滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需進行處治設計。

（3）采用上部削方減載+坡腳局部回填反壓+錨索框架支護+排水+坡面防護的處治措施后，滑坡穩(wěn)定性得到明顯改觀，擬采用的處治方案是合理的。