某高鐵站公路連接線邊坡滑塌原因分析及處治設(shè)計

趙志超

摘要 我國交通基礎(chǔ)設(shè)施對社會發(fā)展有著顯著的促進作用，其中，公路作為連接區(qū)域之間的紐帶，起著不可替代的作用。為了解決公路建設(shè)邊坡施工過程中出現(xiàn)的滑塌現(xiàn)象，文章采用案例分析法，針對某一公路邊坡開挖過程中出現(xiàn)的滑塌跡象，通過折線形滑面對邊坡進行穩(wěn)定性分析。通過分析得出，該滑坡剩余下滑力在正常工況、暴雨工況、地震工況下安全性均不足。根據(jù)計算結(jié)果及場邊環(huán)境提出相應(yīng)的處治方案，該方法可以為同類邊坡處治提供借鑒。

關(guān)鍵詞 一級公路；邊坡滑塌；處治設(shè)計

中圖分類號 U418.55文獻標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）05-0096-03

0 引言

在公路建設(shè)工作中，經(jīng)常遇到邊坡滑塌的情況。導(dǎo)致邊坡滑塌的原因有很多，因此需要結(jié)合實際情況進行分析，才能找到科學(xué)合理的處治方法。為了更加有效地處理邊坡滑塌問題，接下來結(jié)合具體工程實踐進行探討。

1 工程概況

該工程為某高鐵站與縣城之間新建公路連接線項目，公路等級為一級公路。該項目主線與既有省道采用互通立交的方式交叉。既有省道為二級路設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，項目實施對互通范圍內(nèi)既有省道進行改造，該段邊坡坡頂平臺建有當(dāng)?shù)鼐蠢显?，挖方邊坡最大挖深?7.2 m。原施工圖設(shè)計在左側(cè)第一級邊坡設(shè)置C20片石混凝土路塹擋土墻，該路塹擋土墻頂寬為120 cm，面坡為1∶0.75，背坡為1∶0.4。在開挖該段路塹邊坡的過程中，發(fā)現(xiàn)該段路塹邊坡頂?shù)木蠢显涸簝?nèi)，出現(xiàn)多處裂縫，裂縫寬度約0.8 cm，裂縫落差高度約2 cm。為避免邊坡進一步滑塌，影響敬老院的安全，施工單位對裂縫進行了封閉處理、對邊坡采用臺階形混凝土澆體進行反壓處理，臨時維護邊坡的穩(wěn)定。具體情況如圖1所示。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形、地貌

該路塹建設(shè)場地在地貌單元上屬黃土丘陵區(qū)，微地貌主要為黃土梁、黃土峁、黃土陡坎、沖溝等為主，整體地勢南北兩側(cè)低中間高，梁頂為塬峁?fàn)?，地形相對較緩，梁側(cè)沖溝較發(fā)育，溝岸較陡，以陡坡—陡坎為主。該路塹范圍內(nèi)為既有省道開挖形成的人工地形，地形起伏變化不大，地面標(biāo)高介于1 011.04～1 028.29 m之間，相對高差約17.3 m；區(qū)內(nèi)斜坡多為陡坡及陡坎，自然邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，局部坡面存在崩塌現(xiàn)象。區(qū)內(nèi)地表植被稀少，主要為雜草及小型灌木。

2.2 地層巖性

根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪和鉆探資料，邊坡地層由第四系下更新統(tǒng)洪積（Q1pl）粉質(zhì)黏土、粉砂；新近系（N2）泥巖、粉砂；上更新統(tǒng)（Q2pl）粉質(zhì)黏土及全新統(tǒng)（Q4ml）填筑土組成?，F(xiàn)將各地層具體巖性特征分述如下：

①填筑土（Q4ml）：雜色，稍濕，稍密，成分以碎石、粉土為主，表層0.4 m為水泥板及瀝青層。

②粉質(zhì)黏土（Q2pl）：紅褐色，可塑，含云母及砂質(zhì)，土質(zhì)不均勻，局部夾薄層粉砂。

③粉砂（Q1pl）：褐黃色，中密，顆粒成分以石英、長石為主，砂質(zhì)不純，夾薄層粉土、粉質(zhì)黏土，混有大量粉土。

④粉質(zhì)黏土（Q1pl）：青灰色，可塑，含黑色條紋及銹黃色條紋，刀切面較光滑。

⑤粉質(zhì)黏土（Q1pl）：青灰色夾灰黃色，可塑—硬塑，含云母及黑色條紋，刀切面較光滑，局部夾薄層粉砂。

⑥粉砂（Q1pl）：褐黃色，中密，顆粒成分以石英、長石為主，砂質(zhì)不純，夾薄層粉土、粉質(zhì)黏土，混有大量粉土。

⑦泥巖（N2）：黑灰色灰白色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，具水平層理，局部夾紫紅色黏土。

⑧粉砂（N2）：灰色，密實，顆粒成分以石英、長石為主，砂質(zhì)不純，夾薄層粉質(zhì)黏土及粉黏條帶。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造及地震

項目區(qū)地處太行山塊隆西翼，位于晉獲褶斷帶和武陽坳褶帶之間，沁水塊坳中北段西部，區(qū)域內(nèi)總體構(gòu)造形態(tài)為走向NNE，傾向NW的單斜構(gòu)造，受新華夏系構(gòu)造運動的影響，區(qū)域性的褶曲呈雁行排列，彼此平行。地層傾角一般在2 °～13 °，局部傾角較大。項目區(qū)內(nèi)的抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計基本地震加速度值為0.1 g，設(shè)計地震分組為第三組，特征周期0.45 s。

2.4 水文地質(zhì)條件

路塹區(qū)地下水類型為第四系松散巖類孔隙水，地下水主要接受大氣降水入滲補給。水量總體隨季節(jié)變化明顯，地下水徑流方向為順地形由高到低徑流運動。局部因粉質(zhì)黏土、黏土阻隔，形成上層滯水，但富水性弱。

2.5 滑體特征

滑坡在平面形態(tài)上呈舌形，長約100 m，寬約240 m，面積約為12 000 m2，主滑塌方向NW44 °，中厚度約為6～8 m，屬淺層小型滑塌。后緣錯位高度約6 m，前緣位于左側(cè)路塹邊坡第二級平臺。在該滑塌后緣發(fā)育有拉張裂縫，裂縫走向230 °，寬度約0.2～0.4 m，深度約2～4 m?；卢F(xiàn)場情況如圖2所示。

3 邊坡滑移分析

據(jù)現(xiàn)場調(diào)查了解，原邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，2020年10月道路施工對該邊坡進行開挖，受連續(xù)降雨影響，坡體在重力作用下發(fā)生整體性的塑性變形，致使邊坡發(fā)生滑動[1]?；潞缶壋霈F(xiàn)拉張裂縫，滑坡前緣出現(xiàn)微小變形及裂縫，一方面大氣降水順砂層滲透至粉質(zhì)黏土，對粉質(zhì)黏土產(chǎn)生浸潤、軟化作用，使土體結(jié)構(gòu)遭到破壞，減小了土體的強度，促使土體沿著軟弱面等不良結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生滑動；另一方面大氣降水增大了坡體巖土體的含水量，使土體達到塑性狀態(tài)而降低了土體的穩(wěn)定性，強降雨或持續(xù)降雨時，雨水大量下滲，導(dǎo)致邊坡土體達到或接近飽和，從而增加了土體的重度，降低了土體的抗剪強度。由于地下水的作用，對坡體產(chǎn)生靜力壓力，使坡體受到沿臨空面的側(cè)向壓力，穩(wěn)定性降低，從而產(chǎn)生局部滑塌[2]。施工單位緊急對邊坡采用臺階形混凝土擋墻進行臨時支擋，但是后期混凝土擋墻又出現(xiàn)裂縫。故滑坡一直在活動，只是幅度較小[3]。

4 滑坡穩(wěn)定性計算

滑帶土的剪切強度直接影響計算推力的數(shù)值和整治工程量與整治方案，選擇合理的強度參數(shù)是計算滑坡推力的關(guān)鍵。該滑坡滑帶土的抗剪強度是根據(jù)工程經(jīng)驗和類比，通過反算法間接獲得。根據(jù)邊坡破壞的形態(tài)，選擇代表性斷面，通過分析邊坡的滑動狀態(tài)，邊坡處于蠕動變形中，選擇穩(wěn)定系數(shù)Ks為0.97，滑體取天然重度平均值γ=19 kN/m3。利用“理正巖土”計算軟件結(jié)合裂縫位置推斷潛在滑動面，選取C值，反算φ值。計算參數(shù)如下：黏聚力C=16.5 kPa，天然內(nèi)摩擦角φ=10.2 °，天然容重γ=19 kN/m3，飽和黏聚力Cb=15.5 kPa，飽和內(nèi)摩擦角φb=9.7 °，飽和容重γb=19.5 kN/m3。

滑坡剩余下滑力計算采用《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30—2015）推薦的傳遞系數(shù)法，分別對正常工況、非正常工況I（暴雨）和非正常工況Ⅱ（地震）進行計算，選擇剩余下滑力最大的工況進行支擋設(shè)計。經(jīng)過計算，擬設(shè)抗滑樁處的滑坡剩余下滑力計算結(jié)果如表1所示：

5 滑坡處治設(shè)計

根據(jù)剩余下滑力計算結(jié)果，在路塹邊坡頂部沿養(yǎng)老院院墻采用Ⅰ型抗滑樁進行處治，Ⅰ型抗滑樁采用C30混凝土圓形抗滑樁，樁徑2.5 m，樁間距5 m，樁長29 m。如圖3所示。

邊坡頂部Ⅰ型抗滑樁施工完成起到支擋作用后，按路線設(shè)計邊坡進行開挖，邊坡坡率為1∶1，并對臨時支擋進行部分拆除。待邊坡開挖至一級平臺處，沿一級平臺內(nèi)側(cè)采用Ⅱ型抗滑樁進行支擋，Ⅱ型抗滑樁采用C30混凝土圓形抗滑樁，樁徑1.5 m，樁間距2.5 m，樁長16 m。

Ⅱ型抗滑樁起到支擋作用后，邊坡繼續(xù)開挖，同時拆除剩余臨時支擋，開挖至原設(shè)計標(biāo)高處。一級邊坡采用片石混凝土擋墻支擋封閉，擋墻頂寬0.8 m，面坡坡率1∶0.5，背坡坡率1∶0.3。

施工過程中應(yīng)加強對邊坡的變形監(jiān)測，抗滑樁成孔采用旋挖鉆進行挖孔同時抗滑樁施工過程中嚴禁全斷面開挖，并嚴格按照“跳二挖一”的順序開挖。抗滑樁施工完成后才能進行邊坡開挖。邊坡開挖時應(yīng)自上而下，向兩側(cè)坡體順勢漸變，保持兩側(cè)坡體穩(wěn)定。施工期間應(yīng)加強對邊坡的定向監(jiān)測，若有情況應(yīng)及時上報并采取必要的緊急防護措施。監(jiān)測點布置如圖4所示。

6 結(jié)語

公路修建過程中不可避免地會對山體進行大面積開挖，這不僅對自然環(huán)境造成了嚴重破壞，還可能誘發(fā)和加劇各種地質(zhì)災(zāi)害，對周邊的建筑物造成巨大的安全隱患。

（1）公路選線過程中應(yīng)當(dāng)注意施工場地周邊環(huán)境，避免在建筑物附近造成深挖方。

（2）對路線確需穿越重要構(gòu)筑物的路段，勘察設(shè)計階段應(yīng)加強勘察，邊坡處治方案應(yīng)認真比選研究。設(shè)計方案要保證邊坡開挖后的穩(wěn)定性，同時施工過程中應(yīng)避免大面積開挖，以免造成邊坡失穩(wěn)破壞，對周邊建筑物產(chǎn)生影響。

（3）針對地質(zhì)條件復(fù)雜、挖方高度大且附近存在建筑物的邊坡，增設(shè)適當(dāng)?shù)墓こ讨醮胧┤缈够瑩鯄?、抗滑樁是必要的?/p>

參考文獻

[1]張叔恩. 某高速公路砂礫巖邊坡滑塌處治研究[J]. 江西建材， 2021（7）： 204-205.

[2]周瑋. 高速公路路基邊坡的滑塌防護設(shè)計研究[J]. 運輸經(jīng)理世界， 2021（20）： 32-34.

[3]江漫雪. 在建二級公路邊坡滑塌的病害調(diào)查與形成機制研究[J]. 交通世界， 2021（20）： 43-44.