建設及營運期高速公路邊坡滑坡治理分析

陳境恩，陳境宇，廖 萍

(1.中國建筑材料工業地質勘查中心廣東總隊,廣東 廣州 510450;2.廣州地建巖土工程技術有限公司,廣東 廣州 511458)

0 引言

由于山區路基施工需要對原山體進行大量的土方開挖,形成較高、較陡的路塹邊坡,致使原處于穩定狀態下的山體斜坡發生了應力調整。在巖土體本身重力、地下水的動靜壓力及施工外部加載等綜合作用下,路基方向剪切應力大于巖土體本身抗剪應力,坡體沿著軟弱結構面(帶)出現剪切位移,進而局部或整體向路基下方移動形成滑坡。

粵北、粵西山區丘陵分布廣泛,高速公路建設形成大量挖方邊坡。降雨及地質構造條件為影響邊坡穩定的兩大主要因素,廣東地區雨水充沛,常出現連日持續降雨天氣,且地質構造較發育,巖體風化強烈,故邊坡滑坡地質災害較為突出。本文以一處在建設期發生滑坡和在營運期再次發生變形滑坡的實際工程為例,介紹兩次滑坡的情況及治理方案,希望能為其他類似邊坡治理提供借鑒。

1 工程概況[1]

邊坡位于懷陽高速樁號K35+170～K35+295段右側,線位走向206°,邊坡傾向296°,原設計坡高28 m,分三級放坡,坡率自下而上為1∶1.00,1∶1.00,1∶1.25,第一級坡采用錨桿框架梁+兩側噴播植草防護,第二級坡采用錨索框架梁+兩側噴播植草防護,第三級坡采用噴播植草防護。塹頂上部分布高陡自然斜坡,坡度30°,植被發育。邊坡表層為第四系全新統殘坡積 (Qel+dl) 粉質黏土,下部基巖為寒武系水口群(∈h ) 粉砂巖、泥質粉砂巖。

2 建設期邊坡滑坡及應急處置措施

2.1 建設期邊坡滑坡情況

2018年1月,邊坡開挖完第二級,因連日降雨,在坡面中部發生局部淺層滑坡,整個平臺向下部錯落(見圖1)。第三級坡面出現2條拉裂縫,裂縫長12 m/條,寬0.5 cm～2 cm,基本與滑動方向垂直。整個滑坡體縱向長15 m,橫向寬14 m,平均厚度約2 m,體積約420 m3。測得滑面產狀325°∠50°,為沿順傾結構面滑坡。2018年3月,開挖第一級過程中,因連日持續降雨,第一級大樁號三角區發生局部滑坡(見圖2),滑坡體縱向長18 m,橫向寬12 m,平均厚度約2.5 m,體積約540 m3。

2.2 應急處置措施

滑坡發生后,隨即組織監理、設計代表等對該邊坡現場踏勘調查,經過討論后采取處置措施為:清除第一、二級坡的滑坡體,開挖臺階及采用黏土分層回填壓實嵌補,第一級錨桿框架梁、第二級錨索框架梁加固范圍向兩側延伸,整個坡面布置。

3 環境地質條件

3.1 地形地貌

邊坡地處丘陵,地形起伏較大,地面標高約59 m～163 m,自然坡較高且陡,坡度約30°。山體植被發育,生長桉樹、杉樹及各種灌木、蕨類植物。

3.2 氣侯條件

邊坡位于廣東西北部,屬亞熱帶氣候,年平均氣溫為21.1 ℃,雨量充沛,4月—6月份大雨、暴雨頻繁,常出現4 d～5 d持續降雨天氣,年平均降雨量達1 780 mm。

3.3 地層巖性

邊坡坡體主要為強風化粉砂巖、泥質粉砂巖。強風化粉砂巖:褐紅色,巖石風化強烈,巖心呈半巖半土狀,夾少量塊狀,巖質極軟,手折易斷。強風化泥質粉砂巖:暗紅色,巖石風化強烈,巖心呈碎塊狀,不均勻夾10%的中風化巖,巖質極軟,敲擊易碎。

3.4 地質構造

根據現場調查情況,邊坡坡體第四系覆蓋層及強風化層較厚,節理裂隙發育,揭露巖體較破碎,測得部分結構面產狀:地層層面320°∠30°,節理面J1:290°∠70°,J2:305°∠45°(見圖3)。

3.5 水文地質

邊坡坡腳處局部有地下水滲出,流量受降雨控制,雨后外滲流量較大。勘察鉆探顯示,第二級平臺、塹頂兩處鉆孔均揭露地下水,穩定水位埋深約15 m,該邊坡地下水豐富。

4 營運期滑坡及穩定性計算分析[2]

4.1 營運期滑坡情況

2022年7月巡查發現,邊坡存在多處病害和出現變形滑坡跡象:一級坡平臺及踏步兩側位置有明顯裂縫,裂縫長約40 m,寬0.3 cm～1.6 cm;二級坡坡面的踏步位置出現剪切裂縫,長約16 m,以及兩側錨頭封錨混凝土出現開裂,局部已經脫落,平臺發育有裂縫;第三級坡小里程端塹頂截水溝局部開裂,中部塹頂截水溝外側山體受擠,輕微推移,塹頂后緣發育多道貫通裂縫,裂縫距離坡口線最遠約40 m,縫寬2 cm～5 cm,局部已經形成錯臺。根據巡查情況判定,邊坡已經發生整體變形滑坡,隨時可能發生更大的滑移及威脅高速運營安全,亟需采取加固措施治理,營運期滑坡平面圖見圖4。

4.2 滑坡原因分析

邊坡巖體風化強烈,以強風化粉砂巖、泥質粉砂巖為主,現場取樣按現行的GB/T 50266—2013工程巖體試驗方法標準[3]進行室內巖石抗壓試驗,其軟化系數在0.42～0.58之間。遇水易軟化,強度急劇降低,且坡體節理裂隙較多,存在順向不利結構面,測得順坡向層面產狀320°∠30°,坡向296°,建設期發生的滑坡即由其組合面控制。連日持續強降雨,地表水下滲侵入坡體,巖土體長時間處于飽水狀態,自重增大,強度降低。上述綜合因素作用下,造成邊坡發生變形滑坡。

4.3 邊坡穩定性分析

為了深入分析及掌握邊坡穩定情況,采用極射赤平投影法和分析計算評估法對邊坡進行分析評價。

1)邊坡極射赤平投影法分析[4]。根據邊坡及結構面赤平投影圖(見圖3),邊坡由3組結構面控制。節理J1與層面、節理J2與層面的交點在坡面的同側且在坡面內側,說明兩條交線均與坡面傾向相同,傾角大于坡角,較不利于邊坡穩定。節理J1與節理J2的交點在坡面的內側,傾向與邊坡傾向基本相同,傾角大于坡角,有利于邊坡穩定。邊坡坡向與巖層面小角度相交,屬不利結構面。

由此,地層層面與節理裂隙組合和層面對該邊坡穩定性的影響極大,層面容易造成邊坡整體滑坡(營運期滑坡),節理J1、節理J2與層面易造成邊坡局部楔形滑動(建設期滑坡)。

2)現狀滑面分析。該邊坡主要順著層面滑動,下伏為順直基巖面,滑坡后壁為主動拉裂面,后緣裂縫呈圈椅狀。由此,確定現狀邊坡上部自然山體的貫通裂縫為后緣剪入口;結合坡面病害情況,第二、三坡腳處均出現大小不一裂縫,確定二、三級坡腳為滑坡剪出口,第一級坡腳為滑坡潛在剪出口。主滑方向由順向層面控制,層面組合面換算視傾角約24°(見圖5)。

3)反算確定參數[5]。根據邊坡已經發生變形滑坡,反算滑面強度參數及確定巖土c,φ值及重度,計算典型斷面見圖5。

4)剩余下滑力計算。經計算,在安全系數為1.20時,相應剩余下滑力見表1。

表1 邊坡穩定性反算結果一覽表

5 加固及監測措施

5.1 加固方案

在第一級坡現狀錨桿框架梁內增設3排錨索框架梁加固,錨索長22 m,整個坡面布置;在第二級坡現狀錨索框梁內增設2排錨索框架梁+1排錨桿框架梁,錨索長32 m,錨桿長20 m,整個坡面布置;在第三級整個坡面增設錨索框架梁,錨索長32 m。

上述錨索采用5束錨索,設計張拉預應力值500 kN,錨桿采用φ32普通鋼筋錨桿,框架梁截面尺寸50 cm×50 cm,梁內采用客土噴播綠化。

5.2 裂縫處理

裂縫采用注漿固結及縫口換填黏土封閉:對裂縫剪入口處松散土開挖清除,上下超挖寬0.5 m,挖深1 m,沿裂縫布設一排注漿管,按間距1.5 m布置,埋入裂縫深2 m。完成注漿后,裂縫口回填黏土及夯實,摻5%水泥(見圖6)。

5.3 排水修復

滑坡導致損壞的截排水溝,進行鑿除及重新澆筑混凝土修復。

5.4 監測措施

在每級平臺分別設置深層位移監測孔1處,采用自動化串聯式測斜儀監測;每級坡面安裝錨索測力計3個,采用振弦式自動采集儀進行監測;在塹頂安裝2處拉線式位移計進行地表位移自動化監測。

6 結語

1)挖方和連日持續降雨是該邊坡失穩的主要誘發因素,該邊坡出現兩次滑坡失穩均由這兩種因素導致。挖方造成坡體應力重新調整,坡腳應力集中,破壞了原山體內部的應力平衡,而降雨形成大量雨水沿裂隙浸入坡體,造成巖體軟化、抗剪強度降低,自重增加,加上為順層邊坡及巖體節理裂隙發育,所以非常容易滑坡失穩。

2)根據以上滑坡案例分析,巖性為泥質粉砂巖、粉砂巖的順層挖方邊坡,坡角大于巖層傾角,非常不利于邊坡穩定,采用常規的錨桿框架梁或錨索長度過短、單一級坡錨索加固難以控制邊坡穩定,特別是在地下水豐富和巖體節理裂隙發育情況,需要考慮多級坡錨索加固、錨索長度加長、微型樁和抗滑樁等強化防護措施。該邊坡選擇在原坡形坡率及加固基礎上,增加錨索框架梁加固,對裂縫注漿固結和封閉處理,并修繕截排水溝的治理措施[6-7]。邊坡目前已經完成治理施工,根據監測顯示,邊坡經歷了今年汛期連續降雨影響,監測數據在預警值范圍之內,判定邊坡目前處于穩定狀態,治理效果較好。