靖通高速某深路塹滑坡成因分析與治理

王 巖 杜 軍

(1.吉林省地礦勘察設(shè)計研究院，吉林 長春 130012； 2.遼寧工程勘察設(shè)計院，遼寧 錦州 121000)

靖通高速某深路塹滑坡成因分析與治理

王 巖1杜 軍2

(1.吉林省地礦勘察設(shè)計研究院，吉林 長春 130012； 2.遼寧工程勘察設(shè)計院，遼寧 錦州 121000)

以靖通高速公路某深路塹段滑坡治理為例，結(jié)合該滑坡場地地質(zhì)環(huán)境與滑坡巖土體特征，分析了滑坡成因及類型，依據(jù)傳遞系數(shù)法對滑坡剩余下滑力進行計算，計算參數(shù)通過室內(nèi)土工試驗和現(xiàn)場原位測試并結(jié)合反分析方法綜合確定，通過技術(shù)和經(jīng)濟條件分析對比選取抗滑樁治理滑坡方案，并進行工程設(shè)計，獲得良好效果。

深路塹，滑坡，成因分析，治理

0 引言

靖通高速K288+580～K289+050左側(cè)深挖路塹地段全長470 m，最大挖深位于K288+900處，挖深30.69 m。邊坡設(shè)計為階梯形五級，每級邊坡高6.0 m，邊坡率上部二級1∶1.5，下部三級為1∶1.25。切方地段巖性主要為全、強風(fēng)化泥質(zhì)膠結(jié)的礫巖，局部夾0.5 m～3.0 m全風(fēng)化泥質(zhì)頁巖或炭質(zhì)頁巖。路塹開挖至路基設(shè)計標高后，山體開始向下蠕變滑移，于后緣斷續(xù)形成長達450 m縱向裂縫，裂縫距設(shè)計中線40 m～120 m(見圖1)。坡體持續(xù)向臨空面推移，移動速度5 mm/d～15 mm/d，剪出口于路基坡腳上部2 m～6 m頁巖層中，局點有地下水滲出，施工單位對滑坡體持續(xù)監(jiān)測，并對坡體前緣擠出的巖土體進行清理。通過對滑坡進行勘察分析，滑體推力計算，提出治理設(shè)計方案并整治，取得良好效果，說明工作程序和治理方案切實可行。

1 滑坡場地地質(zhì)環(huán)境背景

滑坡場地屬于構(gòu)造剝蝕地貌，V型谷山地邊坡，坡度約為15°。地區(qū)氣候?qū)俸疁貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，年平均氣溫4 ℃左右，降水量約850 mm，雨季集中在7月～8月，其中7月份降水占全年51%，最大凍深1.40 m。大地構(gòu)造單元為太子河凹斷束的邊緣，華北地臺與遼吉裂谷邊緣斷裂帶在測區(qū)東側(cè)通過，為侏羅系斷陷盆地的邊緣斷裂[1]，活動不明顯。場區(qū)地下水為碎屑巖類孔隙水，富水性弱，滲透性良好。層間頁巖滲透性差，具有相對隔水作用，受其阻隔局部形成層間滯水，緩慢徑流至坡腳處排泄。區(qū)內(nèi)近百年來沒有發(fā)生Ⅵ級以上地震，設(shè)防標準為50年超越概率10%的地震動峰值加速度為小于0.05g，地震基本烈度小于6度，地震反應(yīng)譜特征周期0.35 s，屬于構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)。

工程地質(zhì)層(如圖2所示)為①碎石：灰色，稍濕，松散，混粘性土，層厚小于0.5 m。②礫巖：上部全風(fēng)化，下部強風(fēng)化，產(chǎn)狀330°～345°∠9°～15°，灰黃色，厚層狀泥質(zhì)膠結(jié)，粒徑0.3 cm～10 cm為主，局部可見20 cm～70 cm漂礫，層厚大于5 m，為路塹邊坡和路基主要組成部分。②1炭質(zhì)頁巖：風(fēng)化強烈，產(chǎn)狀與礫巖基本一致，灰黑色，厚層狀泥炭質(zhì)結(jié)構(gòu)，巖體軟弱，以礫巖夾層形式分布，為滑動帶主要組成層位，滑帶處層厚1.0 m～3.5 m,受古滑坡作用，巖層破碎嚴重。②2泥質(zhì)頁巖：風(fēng)化強烈，產(chǎn)狀330°～345°∠13°～15°，灰綠色，厚層狀泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，局部頁理發(fā)育，巖質(zhì)軟弱，為礫巖夾層狀分布?；瑒訋е饕M成層位，滑帶處層厚0.5 m～1.8 m,受古滑坡作用，層底形成較光滑的古滑面。

2 滑坡巖土體特征

滑坡后緣位于設(shè)計截排水溝外圍，形成的拉張裂縫不連續(xù)，總體走向與邊坡走向一致，南北長約450 m?；w中后部局部形成羽狀排列的剪切裂縫，縫間距1 m～4 m，后緣滑坡壁高0.50 m～1.50 m。坡體前緣沿頁巖層理滑動擠出，上部的巖土體向臨空面滑塌，滑動面局點有地下水滲出，流量為0.027 L/s～0.039 L/s。滑坡中前部滑動帶厚1.0 m～2.5 m，上部為0.5 m～1.5 m炭質(zhì)頁巖，下部為泥質(zhì)頁巖，厚0.5 m～1.0 m，受滑動作用頁巖體破壞成粘土狀，滑面清楚，滑痕可見。圈定滑坡平面上總體呈近似矩形，南北長約450 m，東西寬約80 m～100 m，滑體厚度5 m～15 m，平均厚約10 m，滑體方量約30萬m3?；w自南西向北東呈推移式緩慢下滑，滑動面后部切割礫巖，中前部順著相對軟弱的頁巖夾層滑動。

滑體以全、強風(fēng)化礫巖為主，底部為風(fēng)化強烈的炭質(zhì)頁巖、泥質(zhì)頁巖?；矠閺婏L(fēng)化礫巖，局部夾強風(fēng)化泥質(zhì)頁巖、炭質(zhì)頁巖。泥、炭質(zhì)頁巖隔水，強度受水浸降低。對滑坡各部位巖土體進行原位測試和土工試驗，其物理力學(xué)指標見表1。

3 滑坡成因及類型

1)巖土體結(jié)構(gòu)?；瑤е饕挥诘[巖層中相對軟弱的泥質(zhì)頁巖和炭質(zhì)頁巖部位。頁巖風(fēng)化成粘土狀，其抗剪強度受土質(zhì)的稠度控制。由于滲水微弱，受阻隔的地下水不能及時排出，造成其含水量增加，軟化巖體，稠度增加降低了抗剪強度，抗滑力大大降低。

表1 滑坡巖土體物理力學(xué)指標成果表

2)地形及地層結(jié)構(gòu)。山體自然邊坡向北北西傾斜約15°，頂部小于10°?；麦w及滑床為一套沉積建造的厚層狀地層，產(chǎn)狀 330°～345°∠9°～15°，與自然邊坡傾向基本一致。路塹形成的邊坡為順層邊坡，邊坡率1∶1.5(約39°)。邊坡土體受重力作用產(chǎn)生順層的推力(即下滑力)，對邊坡的穩(wěn)定性極為不利。

3)地下水作用。大氣降水滲入坡體內(nèi)，受下部全風(fēng)化頁巖阻隔不能及時排走，造成坡體水位升高。受地下水浸泡上部巖土體的容重相對增加，下部滑帶處巖土體發(fā)生軟化，抗剪強度降低，造成滑坡形成。另外地下水在土體與滑面部位滲流時，形成動水壓力，對上部土體產(chǎn)生機械、化學(xué)潛蝕作用，也大大降低滑面處土體強度[2]，也促成滑坡形成。

4)古滑坡及工程人為因素。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查和勘探，開挖路塹位于古滑坡體前緣抗滑段部位。對抗滑段土石方進行挖除減載，降低抗滑阻力；路塹坡體頂部為施工便道，且有大型負重的汽車通過，增加坡體上部下滑推擠段推力，使既已存在的古滑坡體復(fù)活。

綜上所述，區(qū)段巖土體結(jié)構(gòu)、地層結(jié)構(gòu)、地下水作用和既已存在的古滑坡體是本段路塹滑坡的內(nèi)在因素，工程人為因素是誘發(fā)古滑坡復(fù)活的主要外因。結(jié)合滑坡內(nèi)外因素，該滑坡屬于推擠型滑坡。

4 滑坡計算與分析

4.1 穩(wěn)定性分析方法

采用JTG D30—2015公路路基設(shè)計規(guī)范推薦的傳遞系數(shù)法計算滑坡剩余下滑力。計算模型如圖3所示[3]，當Ti<0 時，取Ti=0，當滑坡體最后一個條塊的剩余下滑力不大于0時，滑坡穩(wěn)定；當大于0時，滑坡不穩(wěn)定。

Ti=FsWisinαi+ψiTi-1-Wicosαitanφi-ciLi。

ψi=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanφi。

其中，Ti,Ti-1分別為第i和第i-1滑塊剩余下滑力，kN/m；Fs為穩(wěn)定安全系數(shù)；Wi為第i滑塊的自重力，kN/m；αi,αi-1分別為第i和第i-1滑塊對應(yīng)滑面的傾角，(°)；ψi為傳遞系數(shù)；φi為第i滑塊滑面的內(nèi)摩擦角，(°)；ci為第i滑塊滑面巖土的內(nèi)聚力，kN/m；Li為第i滑塊滑面長度，m。

4.2 參數(shù)選取

1)安全系數(shù)。

依據(jù)JTG D30—2015公路路基設(shè)計規(guī)范一般規(guī)定，對滑坡穩(wěn)定性進行驗算，抗滑安全系數(shù)對高速公路宜采用1.2～1.3[3]，綜合考慮邊坡施工及運營期安全等最不利情況，系數(shù)取值1.3。

2)巖土體參數(shù)。

對滑坡體、滑動帶、滑床巖土體進行多組室內(nèi)土工試驗和現(xiàn)場原位測試，結(jié)果參見表1。重要指標按照工程不利條件選取大值，抗剪指標以滑坡體計算剖面附近各鉆孔土樣實測的飽和快剪和殘余剪試驗作為參考，采用重復(fù)剪的殘余強度，并結(jié)合滑坡體已出現(xiàn)整體變形、微滑趨勢(取安全系數(shù)Fs=0.9～1.0)[4]，利用K288+840，K288+925橫斷面反分析方法綜合確定巖土體參數(shù)。具體指標參數(shù)選取值見表2。

表2 穩(wěn)定性分析計算參數(shù)表

反分析驗算：以K288+925橫斷面為例，驗算復(fù)雜巖土層穩(wěn)定安全系數(shù)。

穩(wěn)定計算目標:指定滑面的安全系數(shù)。穩(wěn)定分析方法:簡化Janbu法。

土條寬度:1.000 m。

非線性方程求解容許誤差:0.000 01。

方程求解允許的最大迭代次數(shù):50。

計算結(jié)果(見圖4):最危險滑裂面滑動安全系數(shù)=0.915，介于0.9～1.0之間，符合滑坡體已出現(xiàn)整體變形、微滑趨勢的實際情況。

4.3 滑坡推力計算

根據(jù)滑坡區(qū)段的地形地貌條件和滑坡體實測的6條橫斷面，荷載為滑體重力、地下水產(chǎn)生的靜水壓力和動水壓力，采用最不利指標對6條橫斷面進行剩余下滑力計算。計算簡圖和結(jié)果見圖5，表3。

表3 滑體剩余下滑力計算結(jié)果

5 滑坡治理方案

5.1 方案選取

針對本工程建設(shè)用地已審批確定，在不允許大面積削坡減載超出征地紅線范圍之外的情況下，進行抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索框架梁三種方案比較。三種方案均能治理滑坡，但上述三種方案建安費分別為2 531.3萬元、2 234.6萬元和2 848.4萬元，預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁方案造價最低，預(yù)應(yīng)力錨索框架梁方案造價最高。從施工難度、質(zhì)量控制和滑坡體巖土體性質(zhì)等角度分析：預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁方案需要專業(yè)隊伍進行錨索施工，并需嚴格控制施工質(zhì)量，特別是錨索的防腐和灌漿質(zhì)量難以保證；預(yù)應(yīng)力錨索框架梁方案可以穩(wěn)定滑坡，但設(shè)計張拉力較大，錨索需要較多的根數(shù)和束數(shù)，對施工質(zhì)量要求較高，另外錨索的腐蝕、預(yù)應(yīng)力損失、錨固段注漿質(zhì)量、地層蠕變都將影響其使用效果，需要謹慎對待。對比以上經(jīng)濟和技術(shù)優(yōu)勢，抗滑樁方案優(yōu)點較明顯，所以采用抗滑樁方案。

5.2 抗滑樁

根據(jù)剩余下滑力計算結(jié)果、滑坡地質(zhì)、滑帶傾角情況，抗滑樁采用矩形截面，截面尺寸2 m×3 m，樁中距5 m，樁位布置在路塹邊坡二級平臺上，內(nèi)力和變形計算采用懸臂樁m法。樁身材料采用C30鋼筋混凝土，樁底邊界條件按自由端考慮，樁前、后滑動面處的地基系數(shù)K=A=6 000 kN/m3，K=A′=12 000 kN/m3，滑動面以下地基系數(shù)的比例系數(shù)：強風(fēng)化頁巖和強風(fēng)化礫巖取m=20 000 kN/m4，全風(fēng)化頁巖和強風(fēng)化炭質(zhì)頁巖取m=15 000 kN/m4，不考慮樁前剩余抗滑力。結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.0，永久荷載的分項系數(shù)取1.35，抗滑樁樁身按受彎構(gòu)件設(shè)計，計算結(jié)果如表4所示。

表4 抗滑樁方案計算結(jié)果

6 抗滑樁治理工程設(shè)計

1)刷方減重：將二級邊坡平臺加寬至5 m，為抗滑樁施工提供工作平臺。為保證受力段樁長，防止滑體從樁頂剪出，將一級邊坡高度由原設(shè)計的6 m改為8 m。為減小剩余下滑力，將上部邊坡放緩。一級邊坡高8 m，坡率1∶1.25，碎落臺寬2 m；二級邊坡高6 m，坡率1∶1.25，平臺寬2 m；三級邊坡高6 m，坡率1∶2，平臺寬5 m；四級邊坡高6 m，坡率1∶2，平臺寬2 m；五級邊坡坡率1∶2，平臺寬2 m。

2)抗滑樁：根據(jù)滑坡體范圍和計算成果，在K288+620～K290+020段二級邊坡平臺上設(shè)置一排C30混凝土抗滑樁，抗滑樁采用矩形截面，截面尺寸2 m×3 m，樁間凈距3 m，預(yù)設(shè)抗滑樁81根，樁長依據(jù)計算采用18 m,19 m或20 m，錨固段不小于11 m?？够瑯斗秩弁诳资┕?，C30混凝土澆筑，縱向受力鋼筋采用直徑32 mm HRB400鋼筋，抗剪箍筋采用直徑20 mm HRB400鋼筋，兩側(cè)和受壓邊設(shè)置構(gòu)造鋼筋。

3)鎖口、護壁和反壓護道：抗滑樁進口設(shè)置2 m高C25鋼筋混凝土鎖口；樁井設(shè)置護壁；為保證挖孔過程中的安全，防止滑坡推力對樁孔的推移，在樁外側(cè)設(shè)置寬度不小于20 m的反壓護道，高度與樁頂基本齊平。反壓護道填方采用臨近挖方路段的棄方。

4)擋土板：為防止樁間土溜出，在樁后設(shè)置C30鋼筋混凝土預(yù)制擋土板，擋土板采用矩形截面，長4.0 m，厚0.4 m，寬0.6 m，與樁的搭接長度0.5 m，保證頂部巖土體不能從樁間擠出。

5)預(yù)應(yīng)力錨索框架梁：經(jīng)計算K288+648～K288+770路段存在樁前剩余下滑力，一級邊坡上采用預(yù)應(yīng)力錨索框架梁進行加固?？蚣芰嚎v梁間距3 m，橫梁垂直間距3 m，采用C30鋼筋混凝土現(xiàn)澆，梁矩形截面尺寸50 cm×50 cm。共設(shè)置3排錨索，錨索設(shè)計抗拔力500 kN，采用5束φ15.24 mm高強度、低松弛普通鋼絞線制作,鋼絞線強度fpk=1 860 MPa。錨索總長25 m，錨固段10 m。

6)坡面防護：滑坡支擋工程施工完畢后，對坡面進行防護，一、二級邊坡采用疊拱+土工格室植物防護，三級～五級邊坡采用疊拱植物防護，各級邊坡兩側(cè)低矮三角區(qū)采用植物防護，疊拱防護采用M10漿砌片石砌筑。

7)排水系統(tǒng)：坡頂沿等高線在滑坡外設(shè)置截水溝，每級邊坡平臺上均設(shè)置平臺截水溝，路塹邊溝下原設(shè)計有碎石盲溝。在二級邊坡下部設(shè)置一排仰斜式排水孔,排水孔橫向間距5 m,長度應(yīng)能穿透滑動面,孔內(nèi)填充φ110 mm硬塑透水管，里端采用2層無紡?fù)凉げ及?/p>

治理工程設(shè)計簡圖見圖6。

7 結(jié)論與認識

1)區(qū)段巖土體結(jié)構(gòu)、順坡地層、地下水作用和既已存在的古滑坡體是本段路塹滑坡的內(nèi)在因素，工程人為因素是誘發(fā)古滑坡復(fù)活的主要外因。

2)滑坡推力計算參數(shù)選取依據(jù)室內(nèi)土工試驗和現(xiàn)場原位測試成果，并結(jié)合滑坡體已出現(xiàn)整體變形、微滑實際情況，利用不同滑坡斷面進行反分析方法計算綜合確定。

3)滑坡治理方案選取從巖土體結(jié)構(gòu)性質(zhì)、施工難度、質(zhì)量控制等技術(shù)角度出發(fā)，結(jié)合工程造價方面，綜合選擇優(yōu)勢明顯的抗滑樁方案。

4)抗滑樁治理工程設(shè)計首先考慮滿足現(xiàn)場施工條件和施工順序，然后針對樁體、擋板、坡面防護以及排水系統(tǒng)等具體細節(jié)進行詳細設(shè)計。

[1] 吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局.吉林省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社，1988.

[2] 吉林省國土資源廳.礦山地質(zhì)環(huán)境保護與恢復(fù)治理方案編制培訓(xùn)班教材[Z].2013.

[3] JTG D30—2015，公路路基設(shè)計規(guī)范[S].

[4] 徐漢斌，王 軍.反算法中滑坡穩(wěn)定系數(shù)的取值問題[J].四川地質(zhì)學(xué)報，1999，19(1)：86-89.

Deep excavation cut landslide causes analysis and treatment of Jing-Tong highway

Wang Yan1Du Jun2

(1.JilinAcademyofGeologicalandMineralSurveyDesign,Changchun130012,China;2.LiaoningInstituteofEngineeringSurvey,Jinzhou121000,China)

Taking the deep excavation cut section treatment of Jing-Tong highway as an example, combining with the landslide geology environment and landslide geotechnical characteristics, the paper analyzes landslide causes and categories, and calculates residual landslide sliding force with transmit coefficient slice method. Through indoor geotechnical test and in-situ test and counter-analysis method, based on technical and economic conditions, it analyzes and selects anti-sliding landslide processing scheme, and carries out engineering design, and finally obtains great effect.

deep excavation cut, landslide, causes analysis, treatment

2015-08-28

王 巖(1973- )，男，高級工程師； 杜 軍(1983- )，男，高級工程師

1009-6825(2015)31-0054-04

TU457

A