五盂高速公路K23處滑坡成因及變形監(jiān)測(cè)分析

沙曉鵬

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030012）

滑坡是一定地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件下斜坡巖土體在眾多因素作用下變形、破壞、運(yùn)動(dòng)后達(dá)到平衡的地質(zhì)現(xiàn)象，是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程?；庐a(chǎn)生的原因較多，如斜坡變陡、超載、震動(dòng)、地下水作用、風(fēng)化作用、物理化學(xué)作用、流變作用和結(jié)構(gòu)破壞等。為防止其造成災(zāi)害，通常通過(guò)安全監(jiān)測(cè)來(lái)掌握其動(dòng)態(tài)規(guī)律[1]。監(jiān)測(cè)內(nèi)容有裂縫監(jiān)測(cè)、位移監(jiān)測(cè)、滑動(dòng)面監(jiān)測(cè)、地表水監(jiān)測(cè)、地下水監(jiān)測(cè)、降水量監(jiān)測(cè)、應(yīng)力監(jiān)測(cè)及宏觀變形跡象監(jiān)測(cè)[2]。根據(jù)滑坡的復(fù)雜程度及變形破壞的快慢，可選擇若干項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一般位移監(jiān)測(cè)是首要選擇的項(xiàng)目，并把地面監(jiān)測(cè)和地下監(jiān)測(cè)結(jié)合起來(lái)形成空間監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，全面控制滑坡的動(dòng)態(tài)過(guò)程。王義鋒在水電工程滑坡體布置測(cè)斜儀，提出變形曲線與蠕滑變形體形態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系[3]；張華偉對(duì)白家包滑坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，定量分析滑坡的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)[4]；趙明華對(duì)高邊坡進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，揭示邊坡變形現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的原因及發(fā)展趨勢(shì)[5]；杜衛(wèi)華通過(guò)分析鉆孔測(cè)斜儀數(shù)據(jù)得出滑動(dòng)面位置及大小和滑動(dòng)方向[6]；陳開(kāi)圣等人介紹了測(cè)斜儀的工作原理[7]。本文主要介紹五盂高速公路K23滑坡成因及坡體變形監(jiān)測(cè)的一些心得體會(huì)。

1 工程概況

1.1 地形地貌

五盂高速公路K23+780—K23+950段地貌單元屬構(gòu)造侵蝕剝蝕低山區(qū)，微地貌為斜坡及沖溝。路塹范圍內(nèi)地形東高西低，地面高程在569～700 m之間，相對(duì)高差131 m，邊坡兩側(cè)為深溝，地表植被以草叢、灌木為主。

1.2 地層巖性

根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪及鉆探揭露，該路塹邊坡地層主要由太古界龍華河群會(huì)理組（Ar3h）黑云斜長(zhǎng)片麻巖夾絹云母片巖構(gòu)成，地表覆蓋為第四系全新統(tǒng)殘坡積（Q4dl+el）粉質(zhì)黏土和碎石土。

1.2.1 第四系全新統(tǒng)（Q4dl+el）

主要分布于邊坡坡面，巖性為粉質(zhì)黏土和碎石土，粉質(zhì)黏土，硬塑，厚度約2～3 m，碎石成分為黑云斜長(zhǎng)片麻巖，粒徑10～100 mm，含量約70%，少量砂土及黏性土混合充填，稍濕，稍密狀，厚度一般0～2 m。

1.2.2 上太古界龍華河群會(huì)理組（Ar3h）

a）黑云斜長(zhǎng)片麻巖 灰黑色-灰綠色，全-中風(fēng)化，鱗片變晶結(jié)構(gòu)及粒狀變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，主要成分為黑云母、石英及少量長(zhǎng)石，夾絹云母片巖薄層或條帶。節(jié)理發(fā)育，風(fēng)化厚度大。

b）絹云母片巖 棕黃、棕色，鱗片變晶結(jié)構(gòu)，片狀構(gòu)造，主要成分為絹云母及綠泥石。以全-強(qiáng)風(fēng)化為主。該層分布厚度極不均勻，鉆探揭示厚度0.2～12 m不等，本層為軟弱夾層，為不利于邊坡穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)面。

1.3 水文地質(zhì)條件

根據(jù)鉆孔資料及地質(zhì)調(diào)查分析，路塹深度范圍內(nèi)無(wú)地下水分布，但雨季期間，地表水會(huì)沿巖土體孔隙或裂隙下滲，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性構(gòu)成不利影響。

1.4 邊坡設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)文件中根據(jù)地質(zhì)鉆孔情況對(duì)該段深路塹邊坡采取預(yù)加固設(shè)計(jì)，該段路塹邊坡高度為45.2 m，共6級(jí)邊坡，第1級(jí)采用路塹擋墻，坡率為1∶0.75，第2～4級(jí)采用預(yù)應(yīng)力框架錨索，坡率為1∶1.25，第4級(jí)以上采用1∶3坡率進(jìn)行刷坡放緩，采用拱形骨架封閉防護(hù)。

2 滑塌過(guò)程及原因分析

2.1 滑塌過(guò)程

該邊坡于2013年3月開(kāi)始施工，在對(duì)第4級(jí)邊坡進(jìn)行錨索鉆孔施工時(shí)發(fā)現(xiàn)塌孔卡鉆現(xiàn)象，2013年6月連續(xù)強(qiáng)降雨后邊坡局部發(fā)生滑塌，部分拱形骨架及框架梁斷裂，2013年7月施工單位在第3級(jí)框架錨索未張拉的情況下，對(duì)1、2級(jí)邊坡進(jìn)行開(kāi)挖，隨后發(fā)生大面積滑塌。

圖1 K23處滑坡遠(yuǎn)景圖

2.2 原因分析

2.2.1 地質(zhì)

邊坡巖體中所含的軟弱夾層為滑坡形成的內(nèi)因，軟弱夾層巖性為絹云片巖，此類巖石含有較多的絹云母，為相對(duì)隔水層，且易受風(fēng)化蝕變影響，使巖石變軟，抗剪強(qiáng)度降低，巖層產(chǎn)狀與路塹邊坡的組合關(guān)系為順層坡，呈不利組合。

2.2.2 降雨

施工期間恰逢連續(xù)強(qiáng)降雨，降水增大滑體重力和下滑力，軟弱夾層受水軟化后強(qiáng)度降低，容易產(chǎn)生層間錯(cuò)動(dòng)。因此，降雨是加速坡體產(chǎn)生滑坡的主要因素。

2.2.3 施工

施工時(shí)未按開(kāi)挖一級(jí)錨固一級(jí)的施工工藝，在第3級(jí)邊坡未錨固的情況下開(kāi)挖第1、第2級(jí)邊坡，致使滑體臨空，增大坡腳應(yīng)力，減少抗滑力，加速滑坡的形成。

3 監(jiān)測(cè)布設(shè)

3.1 地表位移監(jiān)測(cè)

滑坡位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)布置在主滑動(dòng)方向及其垂直面上[8]，本滑坡在坡體主滑動(dòng)方向設(shè)豎向觀測(cè)線3條，沿裂縫到溝底設(shè)置觀測(cè)線1條，觀測(cè)線上監(jiān)控點(diǎn)共設(shè)4排24個(gè)，布設(shè)范圍涵蓋上下邊坡，上邊坡布設(shè)范圍以后緣裂縫控制。

監(jiān)測(cè)中坐標(biāo)系統(tǒng)采用獨(dú)立坐標(biāo)系，監(jiān)測(cè)等級(jí)按四等精度執(zhí)行，水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)位中誤差小于等于12 mm，垂直位移監(jiān)測(cè)的高程中誤差小于等于10 mm。水平位移與垂直位移均采用GPS觀測(cè)方法。具體位置見(jiàn)圖2。

圖2 平面監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

3.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

從2014年5月15日開(kāi)始監(jiān)測(cè)，至2015年5月12日，累計(jì)監(jiān)測(cè)34次。分析34次測(cè)量結(jié)果，累計(jì)最大沉降為197.0 mm，位置4號(hào)點(diǎn)；累計(jì)最大X向（正為向北，負(fù)為向南）位移70.6 mm，位置4號(hào)點(diǎn)；累計(jì)最大Y向（正為向東，負(fù)為向西）位移-510.4 mm，位置4號(hào)點(diǎn)。累計(jì)最大合成位移526 mm，位置4號(hào)點(diǎn)。對(duì)24個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位移趨勢(shì)分析后得出，4、5、10、11、12、16、17、18、19、20、21、22 號(hào)點(diǎn)（共 12 個(gè)）位移變化趨勢(shì)比較明顯，上述監(jiān)控點(diǎn)均位于邊坡開(kāi)口線上方主裂縫范圍以內(nèi)坡體，沿西南方向移動(dòng)（主方向?yàn)橄蛭鳎?/p>

圖3 合位移變化曲線圖

圖4 沉降變化曲線圖

4號(hào)點(diǎn)平面位移及沉降存在突變，赴現(xiàn)場(chǎng)勘察發(fā)現(xiàn)該點(diǎn)點(diǎn)位處邊坡已滑塌，其余11個(gè)點(diǎn)合成位移量均介于30～120 mm之間，位移變形速率小于0.33 mm/d，沉降量均小于50 mm，變化趨緩。1、2、3、6、7、8、9、13、14、15、23、24 號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（共 12 個(gè)）無(wú)明顯位移變化趨勢(shì)，其中1、7、13號(hào)點(diǎn)位于邊坡下方便道旁；2、8、14 號(hào)點(diǎn)位于邊坡右側(cè)整平區(qū)；3、9、15、23、24號(hào)點(diǎn)位于邊坡左側(cè)路塹擋墻旁平臺(tái)；6號(hào)點(diǎn)位于邊坡開(kāi)口線上方主裂縫外坡體。

綜上所述：路塹擋土墻、路基及下邊坡均無(wú)明顯位移。

3.3 深孔監(jiān)測(cè)

為了探明滑坡的滑動(dòng)面進(jìn)行深孔位移監(jiān)測(cè)，選取一條主軸斷面進(jìn)行深孔位移監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)鉆孔3個(gè)，分別在鉆孔ZK4、ZK5、ZK6安裝測(cè)斜儀。深部位移動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)采用鉆孔測(cè)斜儀觀測(cè)，工作原理：通過(guò)內(nèi)置伺服加速度計(jì)原理來(lái)準(zhǔn)確量測(cè)儀器中軸線與鉛垂線之間夾角的變化值，即測(cè)取測(cè)斜管的傾斜變化值，也就是每?jī)纱螠y(cè)量間隔期監(jiān)測(cè)斜管受力產(chǎn)生傾斜后的變化值。斷面布設(shè)位置見(jiàn)圖5。

圖5 深孔測(cè)斜儀布設(shè)位置圖

3.4 監(jiān)測(cè)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

ZK4孔深40 m測(cè)斜儀深入35 m，由圖6、圖7可知，孔口累計(jì)合位移為17.72 mm，在孔深4.5 m處，累計(jì)合位移為19.42 mm，在孔深26 m處，累計(jì)合位移為17.63 mm，在孔深26 m處，累計(jì)合位移為17.63 mm，在27.5 m以下各點(diǎn)位移基本為0。雨季最高水位在15 m，常水位在30～31 m之間。

圖6 ZK4深孔測(cè)斜位移-時(shí)間曲線圖

圖7 ZK4深孔測(cè)斜位移曲線圖

ZK5孔深51.5 m，測(cè)斜儀深入49 m，由圖8、圖9可知，孔口累計(jì)位移為16.46 mm，在孔深27.5 m處，累計(jì)合位移為14.46 mm，在28 m以下各點(diǎn)位移基本為0。雨季與其他時(shí)段水位在41～45 m之間。

圖8 ZK5深孔測(cè)斜位移-時(shí)間曲線圖

圖9 ZK5深孔測(cè)斜位移曲線圖

ZK6孔深70 m，測(cè)斜儀深入68 m，由圖10、圖11可知，孔口累計(jì)位移為4.23 mm，在孔深29.5 m處，累計(jì)合位移為10.32 mm，在30 m以下各點(diǎn)位移基本為0。雨季最高水位在35 m，常水位在47～52 m之間。

圖10 ZK6深孔測(cè)斜位移-時(shí)間曲線圖

圖11 ZK6深孔測(cè)斜位移曲線圖

從3個(gè)測(cè)斜孔的位移變化曲線來(lái)看，變形趨勢(shì)是一致的，可分為3個(gè)階段：第一階段基本為豎直向的直線；第二階段基本為一條斜線；第三階段基本為0。第二階段的斜線段為突變段，是發(fā)生錯(cuò)動(dòng)的滑動(dòng)面位置，其下為穩(wěn)定的基巖，常水位在滑動(dòng)面以下。

4 結(jié)語(yǔ)

a）在山區(qū)路塹邊坡預(yù)加固路段施工時(shí)一定要控制好施工工序及工藝，開(kāi)挖邊坡時(shí)應(yīng)從上而下逐級(jí)開(kāi)挖，每開(kāi)挖一級(jí)邊坡及時(shí)將其錨固，在上一級(jí)邊坡錨固發(fā)生作用后再進(jìn)行下一級(jí)邊坡的開(kāi)挖，減少臨空面的范圍，有效控制滑坡的產(chǎn)生。

b）邊坡監(jiān)測(cè)能很好地掌握邊坡的變形發(fā)展趨勢(shì)和大小，平面監(jiān)測(cè)可以反映坡體變形方向和速率，深孔監(jiān)測(cè)結(jié)合鉆孔揭示的地層情況可準(zhǔn)確地判定滑動(dòng)面的位置，同時(shí)也可反映地下水位的變化情況，為滑坡方案的優(yōu)化提供有效的依據(jù)。

c）從平面變形監(jiān)測(cè)看，上邊坡整體在移動(dòng)，滑坡體處于蠕動(dòng)擠壓變形階段，沿西南方向移動(dòng)，邊坡開(kāi)口線附近變形較大，中部和后緣呈現(xiàn)后張前壓的特點(diǎn)。

d）從深孔測(cè)斜監(jiān)測(cè)看，滑坡存在特定的滑動(dòng)面，介于26～30 m之間，與鉆孔揭示的地質(zhì)情況（絹云母片巖）相吻合。

e）根據(jù)監(jiān)測(cè)的結(jié)果，建議盡快對(duì)上邊坡坡體采用多排抗滑樁進(jìn)行分級(jí)支擋加固方案，避免二次滑坡。