砂泥巖互層滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)與壓力分散型錨索處治技術(shù)研究

程 飛

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

山西省地處黃土廣泛覆蓋的山地高原，山區(qū)面積約占總面積的80%以上，地形高差變化大，地質(zhì)構(gòu)造條件復(fù)雜，降水集中，為形成崩塌、滑坡、泥石流、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害提供了充分的動(dòng)力條件[1-2]。近幾年，公路建設(shè)引起的滑坡地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，每年都會(huì)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失[3-4]。本文結(jié)合省內(nèi)某高速公路工程實(shí)例，介紹了邊坡開(kāi)挖擾動(dòng)引發(fā)滑坡的技術(shù)分析及加固處治措施，為公路工程類(lèi)似滑坡的處治提供借鑒。

1 工程概況

某高速公路穿越山西省南部典型黃土覆蓋低山丘陵區(qū)，其中RK70+810—RK71+050段為6級(jí)土巖結(jié)合邊坡，開(kāi)挖高度為35～50 m，坡率為1∶0.75。該段邊坡于2016年底開(kāi)始施工，2017年6月在強(qiáng)降雨影響下發(fā)現(xiàn)變形，頂部土層開(kāi)裂，距開(kāi)口線外約27 m，裂縫寬度1～2 cm，隨后在平行路線方向、距離坡腳8 m左右出現(xiàn)一條長(zhǎng)40 m左右的隆起帶，隆起78.5 cm，寬度約2.5 m，4～6級(jí)邊坡部分滑坍，嚴(yán)重影響了工程施工安全。

圖1 滑坡體示意圖

2 地質(zhì)概況及成因分析

2.1 地形地貌

該段滑坡區(qū)域位于一東西走向的山脊東北側(cè)，擬建高速公路修建切坡將形成一高約50 m的順向邊坡，路線從山腰通過(guò)。該區(qū)域地貌上屬基巖低中山區(qū)安澤河河谷亞區(qū)，總體地勢(shì)北高南低，山坡自然坡角約35°，順向坡坡度基本與巖層傾向一致，坡體上覆蓋10～20 m厚Q2粉質(zhì)黏土，局部基巖埋深較淺。

2.2 水文氣象及地質(zhì)

擬建場(chǎng)地屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，降水量相對(duì)較多，總的氣候特征為冬季寒冷干燥、夏季炎熱多雨，春秋短暫、冬夏明顯、日照充足。全年降水主要集中在7—9月份，年平均降水量607.7 mm。坡體內(nèi)地下水主要為砂巖裂隙水，主要接受大氣降水補(bǔ)給，排泄方式主要為蒸發(fā)式排泄，含水性較弱，一般處在干燥狀態(tài)下。經(jīng)調(diào)查和鉆探場(chǎng)地范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)地下水露頭，場(chǎng)地內(nèi)地下水貧乏，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單。

2.3 地層巖性

根據(jù)鉆探揭露及工程地質(zhì)調(diào)繪，本邊坡地層主要為第四系中更新統(tǒng)粉質(zhì)黏土（Q2）、三疊系下統(tǒng)劉家溝組（T11）紫紅色中厚層狀-厚層狀粉細(xì)砂巖、薄層黃綠色、紫紅色泥巖、薄層白色石膏組成，在揭示深度范圍內(nèi)地層巖性由新至老為：

a）第四系中更新統(tǒng)（Q2）粉質(zhì)黏土，褐黃色，可塑，韌性中，刀切面光滑，干強(qiáng)度較差，局部夾鈣質(zhì)結(jié)核，含氧化物；揭示厚度約0～4.2 m。

b）三疊系（T11）全風(fēng)化-強(qiáng)風(fēng)化砂巖，黃褐色，粉末狀，偶見(jiàn)碎塊狀，礦物成分主要為長(zhǎng)石、黏土礦物、石英等，節(jié)理發(fā)育，節(jié)理面含黏土，揭示厚度約8.5～23.7 m。

全風(fēng)化泥巖，紫紅色；原巖結(jié)構(gòu)基本被破壞呈土狀及碎末狀，軟塑或者可塑狀態(tài)，礦物成分主要為長(zhǎng)石、黏土礦物，部分區(qū)域含白色滑膩感極強(qiáng)礦物，揭示厚度約0.2～1.7 m。

中風(fēng)化砂巖，灰褐色；粉細(xì)粒結(jié)構(gòu)；層狀構(gòu)造；礦物成分主要為長(zhǎng)石、黏土礦物、石英等；巖芯呈較完整柱狀，局部夾塊狀，錘擊聲悶，節(jié)理不發(fā)育，鉆孔進(jìn)尺較慢，揭示厚度約3.5～8.6 m。

2.4 地質(zhì)構(gòu)造

邊坡為土巖結(jié)合邊坡，地層主要為第四系中更新統(tǒng)（Q2）粉質(zhì)黏土、三疊系下統(tǒng)劉家溝組（T11）紫紅色中厚層狀-厚層狀中粗砂巖和薄層黃綠色、紫紅色泥巖，巖層呈單斜產(chǎn)出，產(chǎn)狀為142°∠5°，結(jié)構(gòu)面之間結(jié)合程度較差。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，在平行路線方向、距離坡腳8 m左右的隆起帶為一斷層，該斷層產(chǎn)狀為230°∠16°，寬度約2.5 m，斷層帶內(nèi)充填物為褐黃色、綠色泥巖。

2.5 滑坡成因分析

a）該邊坡巖層以及土石界面傾向與邊坡傾向一致，為順層狀坡體結(jié)構(gòu)，且邊坡巖體破碎，節(jié)理發(fā)育，含有多層軟弱泥巖夾層，浸水易軟化，這種地質(zhì)條件極易引發(fā)滑坡。

b）該路段屬于路塹邊坡，由于挖方體為斷層帶上盤(pán)，坡體開(kāi)挖擾動(dòng)后造成巖體內(nèi)部應(yīng)力釋放，使巖體內(nèi)的節(jié)理、裂隙進(jìn)一步發(fā)育，并形成了高陡臨空面，而當(dāng)邊坡開(kāi)挖至斷層帶底部后，引發(fā)上盤(pán)巖土體發(fā)生錯(cuò)動(dòng)并沿?cái)鄬訋Ъ舫?，邊坡上部土體則在滑坡的牽引作用下發(fā)生變形破壞。

c）降雨是誘發(fā)滑坡的重要因素之一，由于暴雨作用，雨水沿巖層裂隙入滲導(dǎo)致泥巖夾層軟化，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)降低，并引發(fā)邊坡失穩(wěn)下滑。

3 滑坡穩(wěn)定性分析

3.1 巖土工程參數(shù)選擇

本次邊坡穩(wěn)定性分析采用GEO-STUDIO軟件，滑坡推力計(jì)算采用理正巖土軟件。根據(jù)規(guī)范對(duì)于邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法的評(píng)價(jià)規(guī)定：當(dāng)邊坡破壞機(jī)制復(fù)雜時(shí)，宜結(jié)合數(shù)值分析方法分析，計(jì)算方法宜采用MORGENSTREN-PRICE法或簡(jiǎn)化BISHOP法，邊坡計(jì)算模型如圖2所示。

圖2 邊坡計(jì)算模型

該滑坡體主要受泥巖軟弱夾層強(qiáng)度控制，強(qiáng)度指標(biāo)綜合室內(nèi)試驗(yàn)和反算分析綜合確定，邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，選取典型代表剖面進(jìn)行天然狀態(tài)反演分析，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況，安全系數(shù)取0.95進(jìn)行反演分析。各土層主要物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 計(jì)算模型參數(shù)選擇

3.2 穩(wěn)定性分析

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015），滑坡推力計(jì)算采用傳遞系數(shù)法，計(jì)算工況采用3個(gè)工況：a）一為天然工況，滑體重度取天然重度，滑面抗剪強(qiáng)度取天然值，安全系數(shù)取1.3；b）二為暴雨工況，滑體重度取飽和重度，滑面抗剪強(qiáng)度取飽和值，安全系數(shù)取1.2；c）三為地震工況，滑體重度取飽和重度，滑面抗剪強(qiáng)度取飽和值，安全系數(shù)取1.1。計(jì)算得到危險(xiǎn)工況為地震工況，相應(yīng)各工況的剩余下滑力如表2所示。

表2 剩余下滑力計(jì)算結(jié)果 kN/m

4 滑坡處治設(shè)計(jì)

該滑坡處治考慮了卸除部分滑坡體和對(duì)滑坡體進(jìn)行支擋兩種方案，支擋結(jié)構(gòu)采用壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行坡體加固[5]，同時(shí)采用了坡面裂縫回填夯實(shí)和截排水措施，如圖3所示。

圖3 滑坡處治圖

4.1 邊坡卸載

根據(jù)地質(zhì)鉆孔資料，結(jié)合地層巖性、產(chǎn)狀和坡頂裂縫位置等，考慮邊坡上部土層已經(jīng)松散不成型，對(duì)坡體的第三、四、五級(jí)邊坡及小樁號(hào)側(cè)松樹(shù)林邊坡局部進(jìn)行卸載。邊坡按8 m分級(jí)，第一、二、四、五、六級(jí)邊坡坡率1∶0.75，第三級(jí)1∶1，第一級(jí)平臺(tái)寬6 m，第二級(jí)平臺(tái)寬4～6 m，第三級(jí)平臺(tái)寬30 m，第四、五級(jí)平臺(tái)寬4 m。

4.2 加固設(shè)計(jì)

第一級(jí)RK70+825—RK71+000段采用框架錨索防護(hù)，框架內(nèi)采用30 cm厚M7.5漿砌片石護(hù)砌，RK70+810—RK70+825、RK71+000—RK71+050 段采用護(hù)面墻防護(hù)。

第二級(jí)RK70+825—RK70+968段采用框架錨索防護(hù)，框架內(nèi)采用30 cm厚M7.5漿砌片石護(hù)砌，RK70+968—RK71+040段采用穴栽檸條防護(hù)。

第三級(jí)RK70+830—RK70+935段采用護(hù)面墻防護(hù)，RK70+935—RK70+990段采用穴栽檸條防護(hù)。第四級(jí)RK70+850—RK70+865段采用護(hù)面墻防護(hù)，RK70+865—RK70+930段采用穴栽檸條防護(hù)，以上各級(jí)采用穴栽檸條防護(hù)。

由于該滑坡體內(nèi)存在較多的軟弱夾層，為提高錨索錨固力，降低錨索長(zhǎng)度，設(shè)計(jì)采用壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索。壓力分散型錨索的拉力通過(guò)鋼絞線傳遞至鉆孔底部的承載體，承載體再將錨固力作用于各錨固段上，使錨固段承受壓力，可以充分發(fā)揮混凝土抗壓強(qiáng)度的同時(shí)，黏結(jié)應(yīng)力峰值大大減小且分布也比較均勻，改善了錨固段附近的應(yīng)力狀態(tài)，有利于將滑坡體錨定在地層深部，充分利用有效錨固段。錨索設(shè)計(jì)錨固力可按《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015）公式5.5.4計(jì)算得出：

對(duì)于此處設(shè)計(jì)，應(yīng)對(duì)在非正常工況Ⅱ進(jìn)行錨固力設(shè)計(jì)，E 取 827.5 kN/m，α 取 36.5°，β 取 20°，φ取18°，則設(shè)計(jì)錨固力pd不應(yīng)小于1 005.6 kN/m，框架梁設(shè)置間距為3 m，每個(gè)斷面設(shè)置6排錨索，則每根錨索的設(shè)計(jì)錨固力不應(yīng)小于502.8 kN，本次設(shè)計(jì)每根錨索的設(shè)計(jì)錨固力取510 kN，錨索采用4根φ15.2高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，錨固段分兩個(gè)單元，每個(gè)單元均為4 m，鉆孔直徑150 mm，傾角為20°。

4.3 排水設(shè)計(jì)

各級(jí)平臺(tái)設(shè)置平臺(tái)排水溝，平臺(tái)排水溝采用M7.5漿砌片石，矩形斷面，第一、二、四、五級(jí)平臺(tái)排水溝底寬30 cm，深30 cm，第三級(jí)兩排平臺(tái)排水溝底寬60 cm，深60 cm，平臺(tái)水溝的水通過(guò)急流槽引入邊溝或引入截水溝，平臺(tái)中間21.8 m范圍采用30 cm厚10%灰土+防滲土工封閉，再回填30 cm種植土。邊坡坡頂線外5 m設(shè)截水溝，截水溝采用矩形M7.5漿砌片石，底寬60 cm，深60 cm。

對(duì)山體內(nèi)裂縫采用100 cm厚10%灰土回填封閉，回填需壓實(shí)，壓實(shí)度不小于90%。

4.4 滑坡監(jiān)測(cè)

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015）以及工程安全需要，對(duì)整個(gè)滑坡體進(jìn)行穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容及監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置方案如下：

a）坡面地表監(jiān)測(cè) 在坡面平臺(tái)、坡頂及坡腳處設(shè)置變形觀測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)盡可能設(shè)在邊坡的前后緣、裂縫和地質(zhì)分界線等處，另外，坡面變形觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)盡量設(shè)置在測(cè)斜孔附近，以便相互比較、印證。監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量每監(jiān)測(cè)斷面不應(yīng)少于4個(gè)。

b）地下位移監(jiān)測(cè) 根據(jù)邊坡的位置、地質(zhì)構(gòu)造以及相關(guān)監(jiān)測(cè)要求，在坡頂及中間平臺(tái)處的坡體內(nèi)設(shè)置測(cè)斜孔，所布置測(cè)斜孔應(yīng)穿過(guò)滑動(dòng)面，進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定地層一定深度。

c）錨索監(jiān)測(cè) 選取不少于工程總數(shù)量3%的錨索進(jìn)行錨固力監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)布設(shè)在錨索受力較大邊坡錨固區(qū)關(guān)鍵部位。

d）框架梁 在每個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的框架梁節(jié)點(diǎn)處布置變形觀測(cè)點(diǎn)，梁中布設(shè)混凝土應(yīng)變計(jì)。

滑坡體穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)頻率如表3所示。

表3 施工期邊坡監(jiān)測(cè)頻率表

5 結(jié)語(yǔ)

a）該滑坡治理工程治理后處于穩(wěn)定狀態(tài)，說(shuō)明該滑坡處治措施安全可靠，滿(mǎn)足工程要求。

b）壓力分散型錨索雖然可以有效加固破碎巖土體邊坡，且具有一定的造價(jià)優(yōu)勢(shì)，但工程設(shè)計(jì)和施工工序較為復(fù)雜，同時(shí)也缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的指導(dǎo)，在實(shí)體工程應(yīng)用中應(yīng)進(jìn)行具體分析。