興華高速公路興寧至五華段新中大橋滑塌分析與處置

■藍(lán)曉鋒 張煥曉

（廣東省交通規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司廣東廣州510507）

興華高速公路興寧至五華段新中大橋滑塌分析與處置

■藍(lán)曉鋒 張煥曉

（廣東省交通規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司廣東廣州510507）

新建高速公路橋梁跨越分布有滑塌山體半坡，部分樁基礎(chǔ)分布于滑塌區(qū)域內(nèi)，工程地質(zhì)條件差，因現(xiàn)場施工擾動、后期雨水沖刷及風(fēng)化破壞，滑塌繼續(xù)發(fā)育可能造成基礎(chǔ)失穩(wěn)或?qū)扼w產(chǎn)生剪切破壞。本文選取興華高速公路新中大橋滑塌為例，通過對滑塌進(jìn)行調(diào)查監(jiān)測，結(jié)合橋梁設(shè)計方案及勘察成果，進(jìn)行定性定量分析滑塌發(fā)生機(jī)理，比選確定滑塌處置方案，其研究成果可為該區(qū)域類似滑塌分析與處置提供參考借鑒。

高速公路橋梁滑塌處置

0 前言

隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，特別是近年來經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)高速公路的設(shè)計施工由區(qū)域間的路網(wǎng)建設(shè)進(jìn)入了區(qū)域內(nèi)對已有路網(wǎng)加密建設(shè)連接線的階段。受已有線路分布及地方規(guī)劃和居民工業(yè)建筑分布的影響，新建高速公路的選線受到很大的制約，出現(xiàn)線路無法繞避工程地質(zhì)條件較差的不良地質(zhì)地段的情況。通過充分的勘察研究采用合理的工點(diǎn)設(shè)計及對地質(zhì)條件進(jìn)行處置是高速公路設(shè)計研究的趨勢。

在建的廣東省興寧至五華高速公路K1+050~K1+400段以大橋及路塹方式通過，現(xiàn)場位于半坡滑塌區(qū)域內(nèi)，并于2015年5月開始橋梁施工。為進(jìn)一步查明滑塌的分布特征及其對橋梁的影響，施工階段進(jìn)行了補(bǔ)充勘察工作，受雨季影響沖刷影響，現(xiàn)場見新近堆積滑塌土體，如圖1所示。

圖1 滑塌體現(xiàn)場照片

圖2 滑塌體平面位置圖

1 滑塌基本特征及形成機(jī)理分析

1.1 滑塌體空間形態(tài)特征

經(jīng)過現(xiàn)場踏勘，滑塌位置（對應(yīng)里程為K1+169～+230）位于丘陵地貌區(qū)，地形起伏大，地表形態(tài)沖刷為負(fù)地形，地面標(biāo)高139.1~209m，路面設(shè)計標(biāo)高166.07~166.71m，高差約為70m。擬建橋梁位于滑塌坡體下部，坡腳為鄉(xiāng)村道路及小溪流。滑塌區(qū)主要變形特征如下：

圖3 滑塌地質(zhì)主剖面圖

（1）后緣陡坎近直立，最大高約15m，其中陡坎中上部較光滑，下部局部堆積松散土體；

（2）兩側(cè)呈沖溝地貌，右側(cè)沖溝（小樁號側(cè)）寬約5～15m，深約3～8m，溝岸覆蓋層厚約5～10m；左側(cè)沖溝（大樁號側(cè)）寬約10～25m，深約5～10m，溝內(nèi)多為松散土體，在溝內(nèi)中上部發(fā)育一新近滑塌變形體，變形體寬約25m，長約40m，厚約5～10m，滑塌體后緣位于大陡坎下部。

（3）兩道沖溝中間為滑塌堆積體，基本呈兩級分布，上部沖溝寬、堆積體較窄，堆積體成分主要為碎塊石土；下部沖溝向內(nèi)收攏變窄，堆積體略寬于上部，成分主要為粉質(zhì)粘土偶夾塊石及孤石。

（4）陡坎頂部距離自然山頂高約10m，山頂呈緩坡圓丘狀，陡壁后緣呈圈椅狀凹槽地貌。

1.2 滑塌坡體巖土特征

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)滑塌山體為震旦系混合花崗巖地層，以全~強(qiáng)風(fēng)化巖為主，厚度10~52m，厚度變化大，表現(xiàn)為前緣薄，中后部厚的特點(diǎn)?；诪橹形L(fēng)化混合花崗巖，巖面隨地形起伏，巖面起伏角度約為11°，節(jié)理裂隙一般發(fā)育，巖體較完整。

通過本次勘察揭示滑塌堆積體成分為：殘積粉質(zhì)粘土組成，棕紅色，土質(zhì)松散，水沖易散，含植物根系；全~強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖，全風(fēng)化為土柱狀，強(qiáng)風(fēng)化主要為土狀夾碎石，較松散，干硬度中等，見少量風(fēng)化殘余石英，云母類風(fēng)化礦物結(jié)構(gòu)明顯，土粒粘結(jié)力差。

滑塌體在部分鉆孔中揭示，顏色、成分與狀態(tài)與坡體原狀土可清晰區(qū)分，崩塌滑落成因明顯。

1.3 滑塌水文地質(zhì)特征

（1）地表水。在滑塌坡面坡腳位置有溪流流經(jīng)，地表水總體由北向南流，水量受季節(jié)性影響較大，雨季河水暴漲，旱季水量較小，勘察期間，水面寬約2~3m，深為0.5~0.6m。另外，受雨季降雨影響，施工期間坡腳滲出細(xì)小水流或見土體富水濕潤。

（2）地下水?；秶叵滤愋椭饕獮榈谒南邓缮r土層孔隙潛水和基巖裂隙水?？辈炱陂g均測得地下水位，水位埋深為11.2~53.5m，相應(yīng)高程為137.3~142.6m。含水層為強(qiáng)風(fēng)化層及中微風(fēng)化基巖層?；鶐r趨于完整，為隔水層。

（3）地下水水質(zhì)。根據(jù)新中大橋地質(zhì)勘察報告，滑塌范圍內(nèi)地下水對混凝土結(jié)構(gòu)及混凝土中結(jié)構(gòu)中鋼筋具微腐蝕性，環(huán)境作用等級為B級。

綜上所述，滑塌范圍水文地質(zhì)條件較簡單，地下水補(bǔ)給源較單一，儲量受降水影響大，地下水受大氣降雨及側(cè)向逕流補(bǔ)給為主，以蒸發(fā)、側(cè)向徑流為主要排泄方式。

1.4 滑塌形成機(jī)理

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查情況，該邊坡滑塌變形機(jī)理主要可歸納為如下三個方面：

（1）地質(zhì)基礎(chǔ)：該邊坡風(fēng)化層較厚，結(jié)構(gòu)面發(fā)育，三組陡傾結(jié)構(gòu)面組合80°∠81°、102°～125∠77°～78°、335∠48°傾向臨空面，且結(jié)構(gòu)面巖土體強(qiáng)度降低，不利于邊坡穩(wěn)定；但是，由于存在大角度斜交反傾似層狀結(jié)構(gòu)面180°∠23°，對陡傾結(jié)構(gòu)面的變形規(guī)模起到了一定的抑制作用。另外，中風(fēng)化基巖頂面為隔水層，表水下滲后易在該頂面上部形成富水帶，軟化巖土體強(qiáng)度，易誘發(fā)邊坡沿該軟弱帶滑動變形。

（2地形條件：邊坡自然坡度較陡，坡頂為凹槽地帶，坡腳為地方道路和河谷，地形上易匯聚表水，且臨空面開闊，具備邊坡易失穩(wěn)變形的地形條件。

（3）外因作用：坡腳地方道路修建進(jìn)一步消弱了自然坡腳支擋力；另外受連續(xù)降雨或集中強(qiáng)降雨作用，不但形成強(qiáng)烈坡面沖刷破壞，而且大量表水下滲，一方面軟化坡體尤其是結(jié)構(gòu)面巖土體強(qiáng)度，另一方面在坡體內(nèi)形成短暫靜壓水頭，均易誘發(fā)邊坡變形破壞。

2 滑塌穩(wěn)定性分析與評價

2.1 定性分析

從滑塌體物質(zhì)組成方面和分布形態(tài)分析，該區(qū)域滑塌變形主要受厚層風(fēng)化層及結(jié)構(gòu)面控制，坡殘積粉質(zhì)粘土及全~強(qiáng)風(fēng)化層土體強(qiáng)度低、粘結(jié)力差同時受結(jié)構(gòu)面切割，因而坡體整體性弱，易于拉裂，邊坡自穩(wěn)能力差，從現(xiàn)場勘察情況看，滑塌處于局部不穩(wěn)定狀態(tài)。

從影響滑塌穩(wěn)定性因素分析，影響滑塌體發(fā)生、發(fā)展的因素有土質(zhì)結(jié)構(gòu)、地表形態(tài)、降雨、人類工程活動。持續(xù)的降水使雨水滲入土體內(nèi)，松散的土質(zhì)結(jié)構(gòu)為入滲創(chuàng)造了有利條件，同時土體強(qiáng)度迅速降低、重度增大；相對隔水微風(fēng)巖層形成隔水層，阻止了入滲雨水的排泄，抬升了地下水位，加劇土體的飽和、軟化；降水在地表負(fù)地形形成匯流切割帶走松散土體形成臨空面。滲在表水和地下水作用下，向臨空面發(fā)生變形破壞，表現(xiàn)為多次多級多處崩塌或滑塌變形體，逐漸發(fā)展貫通形成現(xiàn)有的變形包絡(luò)范圍，潛在失穩(wěn)面已發(fā)展至中風(fēng)化基巖頂面。

2.2 定量分析

2.2.1 計算取值標(biāo)準(zhǔn)和計算工況

（1）計算取值標(biāo)準(zhǔn)；①暴雨強(qiáng)度按20年的重現(xiàn)期計；②本次計算不計入地震力；③滑塌區(qū)水位按勘察揭示水位線計，若未揭示水位線根據(jù)滑動面作適當(dāng)調(diào)整。

（2）計算工況組合。根據(jù)坡體受力特征及基可能出現(xiàn)的各種荷載組合情況確定計算工況，作用于滑塌體條塊上的永久荷載主要為土體條塊重量，可變荷載為動靜力壓力，本次選定天然狀態(tài)（天然狀態(tài)自重+地下水靜水壓力）以及持續(xù)降雨狀態(tài)（飽和狀態(tài)下自重+地下水動、靜水壓力）兩種工況計算裂面最大深度剖面的坡體穩(wěn)定性及各滑塊剩余下滑力。

2.2.2 綜合確定計算參數(shù)

通過室內(nèi)土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及結(jié)合土石比例綜合考慮，加權(quán)平均計算得到計算物理指標(biāo)建議值見表1：

表1 穩(wěn)定性計算參數(shù)建議值

2.2.3 穩(wěn)定性及剩余下滑力驗(yàn)算

根據(jù)《巖土勘察規(guī)范》（GB50021-2001）中基于極限平衡理論的折線形滑動面條分法和傳遞系數(shù)法來計算坡體的穩(wěn)定系數(shù)及剩余下滑推力。根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30-2004），確定滑塌剩余推力計算天然狀態(tài)下安全系數(shù)K=1.25，持續(xù)降雨工況安全系數(shù)K=1.15。

利用理正巖土軟件分別按天然、持續(xù)降雨兩種工況進(jìn)行計算分析得到的結(jié)果見表2。

表2 各工況情況下安全系數(shù)及特定安全系數(shù)和的剩余推力

2.3 滑塌穩(wěn)定性綜合評價及變化趨勢預(yù)測

目前該邊坡區(qū)域沖溝發(fā)育，松散堆積層較厚，上部巖土體基本處于臨界狀態(tài)，極易失穩(wěn)；深層中風(fēng)化基巖頂面滑動面尚未完全貫通，仍處于發(fā)展階段，但在震動和地下水等不利因素影響下，極有可能導(dǎo)致該層滑動面貫通，誘發(fā)較大規(guī)模滑塌變形，破壞線路橋梁。

3 滑塌整治方案比選

綜合滑塌變形規(guī)模、性質(zhì)、作用機(jī)理及其對線路橋梁樁基的影響等因素，建議如下兩個治理方案。

方案Ⅰ：原位加固治理方案。

后緣陡坎順著自然坡面適當(dāng)修坡清理，形成相對規(guī)則人工坡面，然后中上部坡面采用錨桿格梁加固，下部采用兩～三排錨索加固。中部高約25～30m坡面，先清理表層虛土，厚度宜控制在3～5m（局部可適當(dāng)增大），然后采用錨桿格梁加固（局部穩(wěn)定性不滿足要求的區(qū)段，可采用錨索框架加固）；距離橋樁上游約10m縱向設(shè)置一道攔渣擋墻，必要時擋墻可配合采用錨固或肋柱加強(qiáng)，擋墻在橋樁中間部位設(shè)置泄洪口。擋墻與橋樁之間坡面可結(jié)合橋樁挖孔作業(yè)平臺適當(dāng)修坡加固。滑塌區(qū)域結(jié)合現(xiàn)場地形采取順坡修坡或錨桿加固。完善地表排水系統(tǒng)，坡頂設(shè)置截水溝，坡面設(shè)置地表排水溝、急流槽等。

方案Ⅱ：削方減載加固方案。

按照路塹高邊坡方案向后刷方，坡級高度8～10M,邊坡中部設(shè)置寬平臺，上不坡率1:1.25～1:1.5，下部坡率1:0.75～1:1.25。根據(jù)邊坡穩(wěn)定性分析計算結(jié)果，分別對各級坡面采用錨索框架、錨桿格梁加固或植草防護(hù)，其中一級邊坡宜采用錨索加固。完善地表排水系統(tǒng)，坡頂設(shè)置截水溝，坡面設(shè)置地表排水溝、急流槽等，完善地表排水系統(tǒng)。

對上述二種方法的經(jīng)濟(jì)性、施工技術(shù)難度進(jìn)行綜合比選，結(jié)果見表3。

表3 整治方案綜合比選

方案一占地少，對周邊環(huán)境影響小，造價也相對較低，綜合比選推薦方案一。

4 結(jié)語

（1）本滑塌為雨水長期沖刷并多次發(fā)生的漸進(jìn)式滑塌現(xiàn)象，滑塌單次規(guī)模不大，最近一期塌方規(guī)模約為1700方。目前在自然狀態(tài)下坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但在持續(xù)強(qiáng)降雨沖刷的條件下及施工擾動，可能引發(fā)進(jìn)一步滑動，對正在建設(shè)或建成后高速公路產(chǎn)生破壞，應(yīng)對該邊坡進(jìn)行合理的治理，經(jīng)方案比選，推薦采用方案一原位加固治理方案進(jìn)行治理。

（2）施工過程應(yīng)采取合理的技術(shù)手段及措施，減小對滑塌坡體的擾動；施工期間及運(yùn)營前期對坡體進(jìn)行監(jiān)測，及時了解施工對滑塌的影響和滑塌發(fā)展趨勢，保證施工運(yùn)營安全。

（3）在受制因素較多的高速公路施工建設(shè)中，配合構(gòu)筑物建設(shè)對不良地質(zhì)進(jìn)行治理不可避免，采用經(jīng)濟(jì)、合理的治理方案在工程的設(shè)計施工過程中意義重大。

[1]興寧至五華高速公路興寧至五華段工程地質(zhì)勘察報告 [R].廣州:廣東省交通規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司,2014.

[2]陳東梅,張琳.公路邊坡滑塌穩(wěn)定性分析 [J].土木工程,2015.

[3]GB 50021-2001.巖土工程勘察規(guī)范 (2009年版)[S].

[4]JTG D30-2004.公路路基設(shè)計規(guī)范 [S].

P649[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-6-445-2

藍(lán)曉鋒（），男，本科，工程師，研究方向?yàn)楣穾r土工程。