某高速公路右側路塹邊坡滑塌處置方案探討

鐘少明

(廣東冠粵路橋有限公司, 廣東 廣州 510000)

武深(武漢—深圳)高速公路是國家高速公路網首都放射主干線京港澳(北京—香港—澳門)高速公路的東并行線[1],仁博(仁化—博羅)高速公路是其重要組成部分,它的建成通車加快了周邊地市的高快速路連通,全面助推沿線城鎮加速融入粵港澳大灣區[2]。仁博高速公路地處巖溶發育區,地形地質條件復雜,土石方量大,高邊坡點多,且山區氣候多變,雨水頻繁。2019年4月16—22日,受強降雨影響,K438+525—565段右側路塹第一、第二級坡體發生傾倒型崩塌,給高速公路通行帶來極大安全隱患,須對邊坡塌方進行處置[3-5]。

葛緒禎等以貴州省道新(道真—新寨)高速公路超長滑坡體為例,分析了邊坡滑塌的產生原因和機制,通過滑坡穩定性計算分析提出了治理方案及施工注意事項[6]。趙鵬程結合某高速公路膨脹土路塹邊坡,從土質、雨水、綠化因素入手,分析了路塹邊坡滑塌的主要原因,對土工編織袋處置弱膨脹土路塹滑塌邊坡進行了可行性分析,根據高速公路整體景觀要求及已通車高速公路處置受約束的既定條件,提出了滑塌邊坡處置原則,并從邊坡滑塌體厚度、邊坡高度考慮,提出了不同情況下土工編織袋處置方案[7]。本文結合仁博高速公路的工程地質條件,對K438+525—565段右側路塹邊坡滑塌機制進行分析,研究處置方案,為類似邊坡滑塌處置提供參考。

1 工程概況

1.1 邊坡原設計情況

K438+320—890段右側原設計為三級路塹邊坡,最大坡高為27 m,其中K438+320—670段第一至第三級邊坡坡率分別為1∶0.75、1∶0.75、1∶1,K438+670—890段邊坡坡率為1∶1,平臺寬均為2 m,分級坡高為10 m(見圖1)。邊坡防護形式如下:第一級邊坡采用錨桿格梁加固,第二級采用2～3排預應力錨索框梁加固,第三級采用三維網植草防護。考慮到距K438+440右側54 m處有一座220 kV高壓線塔,設計采用收陡邊坡坡率的方法并利用錨桿錨索加固坡面,確保電塔附近邊坡穩定。

圖1 原設計邊坡橫斷面圖(單位:m)

1.2 邊坡施工期間設計變更情況

2017年5月中下旬,該路段邊坡施工完第三級邊坡,第二級邊坡刷坡完成進行錨索格梁施工期間,受降雨影響發生滑塌。根據補充地質勘察及現場地質調繪資料,滑坡處于微地貌上,該處為沖溝地形,利于松散坡積物堆積,且是降雨過程中主要匯水地帶,在雨水浸潤、滲透及沖刷作用下,易形成崩塌或滑坡,引起邊坡垮塌。

根據邊坡地質情況,對該段路塹邊坡采用放緩坡率、增設錨桿格梁和錨索框架梁等進行加固,其中主滑坡段K438+450—670段(即營運期第一、第二級邊坡再次發生滑塌段)采用部分卸載+抗滑樁進行加固,最大邊坡高度約33.9 m,第一級坡率為1∶1,第二至第四級坡率為1∶1.25;第二級平臺寬4 m,各級邊坡高8 m;第一、第二級坡面采用錨桿格梁加固,在第二級平臺設錨索抗滑樁;第三至第四級坡面采用錨桿格梁加固,并在邊坡開口線外28 m處及電塔下邊坡16 m范圍采用微型樁加固,確保電塔(電塔后期經電網綜合改造,與邊坡開口線的距離約120 m)的安全(見圖2)。

1.3 運營期間邊坡滑塌情況

該高速公路運營期間,K438+525—565段右側路塹邊坡發生滑塌,滑坡呈簸箕形,側界清晰,坡頂后緣、剪出口明顯,滑坡變形主要發生在第一、第二級邊坡。后緣位于第二級邊坡平臺抗滑樁冠梁外緣,前緣進入坡面,裂縫總弧長約30 m、寬1～5 cm;滑塌體下挫高度約4 m,前緣剪出口位于第一級邊坡下部約4 m高處,剪出口寬約16 m,總滑塌土體約1 000 m3,導致第一、第二級坡面約30 m范圍錨桿格梁下滑失穩、滑塌體下部部分土體液化并不斷流淌溢出、部分土體滑落到邊溝中(見圖3)。

圖2 施工期間主滑坡段處置剖面圖(單位:m)

2 地質概況

2.1 地形、地貌

該路段地處低緩丘陵,地形起伏較大,坡體地面標高為106.0～142.0 m,自然坡角最大約25°;山體植被發育,生長龍眼樹、松樹及各種灌木、蕨類植物;K438+510右側160 m山頂處有一座220 kV高壓線塔。

圖3 營運期間邊坡滑塌現場

2.2 地層巖性

邊坡土體主要由第四系坡殘積粉質黏土、碎石土和泥盆系砂巖為主,個別鉆孔揭示下覆石炭系灰巖及風化層。坡腳主要出露為粉質黏土,3.0 m以上呈褐黃色,3.0 m以下呈褐紅色,濕,可塑,土質不均,含少量碎石,大部分厚度為0.5～18.0 m,該層局部夾飽水軟塑狀粉質黏土,為邊坡范圍分布的軟弱土層[8]。

2.3 水文地質條件

所在地區氣候溫和,雨量充沛,地表徑流對坡面、坡腳的沖刷較大。大氣降水為地下水主要補給來源。地下水主要為孔隙水及基巖裂隙水,前者主要賦存于第四系松散層中,含水量隨季節變化;后者賦存于巖石裂隙中,其透水性及賦水性極不均勻。地下水以側向滲流的形式向溝谷排泄或蒸發。

邊坡滑塌病害與降雨關系密切[9]。該邊坡坡面存在2～3條自然沖溝,雨季沖溝的匯水量較大,同時雨季地下水位較高,對邊坡穩定性產生較大不利影響。地下穩定水位高程及埋深見表1。

表1 地下穩定水位高程及埋深

3 滑塌機制分析

3.1 外在因素

滑坡所處位置在微地貌上屬于沖溝地形,有利于松散坡積物的堆積,且在降雨過程中為一個主要匯水地帶,在雨水浸潤、滲透及沖刷作用下,易形成抗滑樁樁間土失穩、樁前土滑塌。

3.2 內在因素

該路塹邊坡主要由坡積土、殘積土、強風化泥質粉砂巖、泥巖等構成,結構松散,局部黏粒含量較高,在雨水對土體充分飽和后,其凝聚力降低,在強降雨沖刷作用下邊坡發生變形、失穩。同時坡殘積土的沉積層理面、坡殘積土與基巖面的接觸面發育,且兩者的傾向與邊坡的傾向幾乎一致,為地表潛水流動提供了極好的滲流通道,具備了滑坡發生的基礎條件,這是導致該邊坡變形、失穩的主要內在因素。

該邊坡經過前期切坡挖方等一系列工程活動,斜坡結構、坡度與排水通道發生改變,在強降雨作用誘發下,雨水沖刷坡體表面物質,滲透軟化、侵蝕坡內巖土體,造成坡體巖土體黏聚力顯著降低,導致坡洪積的碎石粉質黏土層由坡面產生崩塌,進而引起后側土體階梯狀牽引式層級滑塌。

4 滑塌處置方案

根據現場勘察及調查,該路塹邊坡第二級平臺處的抗滑樁未發生位移,處于穩定狀態。控制邊坡穩定的主要因素是地下水,故對該邊坡的處置方式以排水為主,同時對坡面、坡腳進行加固處理。處置方案如下:增加坡面深層排水管,減輕水的侵害;增設坡體鋼錨管注漿,加強坡面土體的整體穩定性;增設坡腳鋼錨桿及坡腳混凝土護腳墻,提高坡腳的抗滑支撐力;在滑塌段抗滑樁外增設錨索掛板,確保抗滑樁后土體的穩定性;對滑塌段前后相鄰段第一、第二級坡面增設錨索地梁,加強坡體的整體穩定性。該處置方案分兩階段實施,第一階段為臨時措施,主要對邊坡進行反壓處理,對地表水進行截流導排、增加深層排水管等,防止滑塌病害繼續發展;第二階段為集中處置,分別對滑塌段及前后相鄰段邊坡進行加固處理。

4.1 臨時措施

第一階段臨時措施主要對邊坡進行反壓處理,具體措施如下:

(1) 對K438+530—560段滑塌體采用6 m高沙包進行反壓保護,同時采用帆布遮蓋,遮蓋面覆蓋坡頂至坡腳范圍。前后相鄰段即K438+460—530、K438+560—587段采用3 m高沙包進行反壓保護。

(2) K438+460—587段第一至第三級邊坡根據坡面滲水情況加密傾斜式泄水孔,泄水孔間距不大于3 m。

(3) 對第一、第二級邊坡平臺及平臺截水溝已出現的裂縫采用砂漿進行封閉,對已損毀的排水系統進行恢復。

(4) 對第一、第二、第三級邊坡坡腳至第一個格梁橫梁底部的部分進行混凝土硬化,防止繼續被雨水沖刷。

(5) 由專業監測單位增設深層測斜管、地表位移監測點,對邊坡進行動態監控。

4.2 集中處置

第二階段集中處置,主要分滑塌段(K438+525—565段,全長40 m)及前后相鄰加強段(K438+450—525、K438+565—670段,全長180 m)兩部分實施。

4.2.1 滑塌段的處置

K438+525—565段為主要塌方路段,處置措施(見圖4)如下:

(1) 清除反壓體上部錨桿格梁,坡面二級上部滑塌后延處露樁位置設5 m高錨索掛板,掛板厚40 cm;于樁間設置3根錨索(共3×8道),錨索長40 m;掛板底部預留泄水孔,設排水斜孔,長20 m,間距4.5 m。

(2) 掛板下部至坡腳坡體采用φ50 mm鋼錨管注漿改良土體,間距3 m×3 m,長6 m。

(3) 二級坡腳3 m范圍采用1∶1.25坡率修坡,平臺寬5.75 m。平臺及坡面采用10 cm厚C25混凝土封閉。

(4) 待錨索掛板張拉完成后清除滑塌段反壓體,拆除剩余錨桿格梁,修整第一級邊坡坡率為1∶1.25。坡面采用錨索框架梁加固,間距4.5 m×3.0 m,錨索長26 m,格梁內采用10 cm厚C25混凝土封閉。

(5) 坡腳設置混凝土護腳墻,并采用單排長度6 m、間距2 m的φ110 mm鋼錨管注漿加固。

(6) 第一、第三、第四級坡腳設深層排水斜孔,長20 m,間距4.5 m。

圖4 滑塌段處置剖面圖(單位:m)

4.2.2 相鄰加強段的處置

對滑塌段前后相鄰兩側(K438+450—525、K438+565—670段)邊坡進行處置。以K438+515—525、K438+565—670段為例,處置措施(見圖5、圖6)如下:

圖5 相鄰加強段處置剖面圖(K438+520,單位:m)

圖6 相鄰加強段處置剖面圖(K438+640,單位:m)

(1) 第一、第二級坡體采用φ50 mm鋼錨管注漿改良土體,間距3 m×3 m,長6 m。

(2) 第一、第二級坡面原錨桿格梁增設錨索地梁,每道2根,錨索長26 m+28 m。

(3) 坡腳設置混凝土護腳墻。

(4) 第一、第二、第三級坡腳設深層排水斜孔,長20 m,間距6 m。

4.3 安全監測

為了掌握滑坡動態及處置過程中坡體變形情況,指導施工并檢驗滑坡整治效果,分別對施工前、施工中及施工后邊坡進行監測,發現較大變形時及時預警,防止出現安全事故。監測項目包括樁頂位移、樁頭及錨索預應力。施工期間加大對邊坡的監測頻率。

5 結語

本文分析仁博高速公路K438+525—565段右側路塹邊坡滑塌的產生原因,提出分別對滑塌段及其相鄰段進行加固的處置方案,不僅有效解決了邊坡滑塌問題,也大大降低了后期二次滑塌風險。所采取的應急處置措施針對性強,未發生次生災害。由于集中處置施工期間采取了必要的交通管制措施,處置過程中未發生交通安全事故,保證了高速公路的正常運營及通行安全。該路塹邊坡滑塌已處置完畢,道路已恢復正常運行,運營近兩年來,邊坡整體情況良好,未再發生滑塌事故。

制定路塹邊坡滑塌處置方案時須重視以下幾點:1) 為避免地表水及地下水對邊坡造成破壞,應加密深層斜向排水管;2) 邊坡采用抗滑樁處置后應對樁前土的性質進行分析,并同步進行樁前土體加固;3) 路塹邊坡坡腳設置護腳墻,能有效提高坡腳抗滑支撐力。