樂百高速公路高邊坡順層滑坡綜合處治研究

劉威勤

摘要：持續(xù)性強降雨及施工過程中的外力擾動是誘發(fā)山區(qū)高速公路砂-粉砂巖順層邊坡滑移引起下埋隧道開挖過程中出現(xiàn)拱頂下沉、開裂的重要影響因素。文章以樂業(yè)至百色高速公路順層高邊坡滑坡為例，從地形地質(zhì)、水文構(gòu)造等方面分析了滑坡形態(tài)及失穩(wěn)機理，提出了安全可靠、經(jīng)濟有效的綜合處治方案。采用該方法處治后，經(jīng)過時間和雨季檢驗，該邊坡及下埋隧道質(zhì)量穩(wěn)定無變形，可為類似工程提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：山區(qū)高速公路;邊坡;粉砂巖順層坡;滑坡處治;隧道拱頂處治

0 引言

廣西樂業(yè)至百色高速公路（以下簡稱樂百高速）位于桂西北山區(qū)，項目沿線地質(zhì)災(zāi)害弱發(fā)育，地質(zhì)環(huán)境條件復雜。該區(qū)域橋隧比高，深填高挖產(chǎn)生的高邊坡數(shù)量多，受外力擾動及當?shù)丶竟?jié)性降雨影響[1]，該山區(qū)高速公路砂-粉砂巖順層邊坡在施工開挖過程中極易發(fā)生局部或者整體坍塌情況，既嚴重影響高邊坡及下埋隧道的質(zhì)量安全，又直接影響到高速公路項目的如期建設(shè)。本文以樂百高速主線路基ZK72+400～ZK72+600處砂-粉砂巖43 m順層高邊坡滑坡為例，通過對其所處工程地質(zhì)、水文構(gòu)造、滑坡形態(tài)及失穩(wěn)機理進行了深入的研究和分析，提出了安全可靠、經(jīng)濟有效的綜合處治方案。

1 工程概況

滑塌邊坡自隧道左側(cè)出口，位于ZK72+425.87～ZK72+560段高邊坡。該邊坡為五級邊坡，坡率自下而上依次為1∶1.0，1∶1.0，1∶1.25，1∶1.25，1∶1.25，第一、二級采用預(yù)應(yīng)力錨索格梁防護，第三至五級為噴播植草綠化。原設(shè)計下埋隧道頂標高低于左側(cè)路基頂標高，設(shè)計邊坡坡面距離下埋隧道頂最短距離不足20 m。該段隧道設(shè)計圍巖級別為Ⅴ級，支護類型為Sd5a復合襯砌。

受季節(jié)性持續(xù)性降雨及右側(cè)隧道施工影響，ZK72+425.87～ZK72+560段高邊坡在開挖過程中，第三、四級坡面出現(xiàn)局部滑塌。為了保證邊坡工程質(zhì)量，決定對該滑塌邊坡進行放坡處理，清除滑塌土石方。后開挖一、二級邊坡，進行坡面防護期間，一、二級邊坡均出現(xiàn)不同程度的順層滑移，導致施作的錨索格梁出現(xiàn)了較大變形而失去防護作用。

另外，ZK72+505～ZK72+560段對應(yīng)的右線隧道在左線開挖后，由于受到邊坡順層偏壓的影響，初支出現(xiàn)較大變形。由于該控制性結(jié)構(gòu)面為巖層巖面，巖層產(chǎn)狀80°∠44°，邊坡走向180°，巖層視傾角43.6°，滑移平面形態(tài)貫穿整個坡面。

1.1 氣候、水文

該滑塌順層高邊坡位于廣西西北部，屬季風型亞熱帶氣候，光照充足，雨熱同季，夏長冬短，年平均溫度為20.9 ℃，極端最高溫度為38.4 ℃，極端最低溫度為-2.5 ℃，年平均日照為1 500.6 h，年平均降雨量為1 700 mm。該區(qū)域雨季集中出現(xiàn)在5～10月份，全年無嚴寒酷暑。

滑塌區(qū)地表水系發(fā)育較差，因為地形陡峭，坡降大，水流多順山坡流失，山體兩側(cè)沖溝水主要為降雨及地下水排泄匯流形成，水量受降水量控制，暴漲暴跌。根據(jù)鉆探資料，地下水多成點滴狀出水。

1.2 地質(zhì)、地形

根據(jù)野外地質(zhì)鉆探及調(diào)繪，邊坡滑塌地質(zhì)巖性主要為第四系及三疊系中統(tǒng)板納組構(gòu)成，具體如下：

第1層，粉質(zhì)黏土：棕黃-黃褐色硬塑狀粉質(zhì)黏土，土質(zhì)較均勻，韌性中等，無搖震反應(yīng)，含較多棱角狀砂巖碎石，分布不均勻，其土、石工程等級為Ⅱ級普通土;

第2層，碎塊狀強風化砂巖：黃褐色、灰色，細粒結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，巖石破碎，裂隙發(fā)育，含鈣質(zhì)，送水回轉(zhuǎn)鉆進較慢，巖芯呈塊狀，返水呈黃色。其土、石工程為Ⅱ級軟巖;

第3層，中風化砂巖：灰色，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，巖體完整，裂隙發(fā)育，含鈣質(zhì)，送水回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)進較慢，巖芯呈塊狀，短柱狀，返水呈灰色，土、石工程分級屬Ⅴ級次堅石。邊坡區(qū)巖層產(chǎn)狀為350°∠65°，未見地下水，未見滑坡，崩塌有直接影響不良地質(zhì)構(gòu)造及不良地質(zhì)體，自然坡體現(xiàn)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

根據(jù)物探資料表明，該隧道段為物探低阻異常區(qū)，鉆探破碎帶。圍巖為中風化砂巖夾風砂巖，裂隙發(fā)育，巖石呈鑲嵌碎裂狀結(jié)構(gòu)，Rc=32.8 MPa，Kv=0.53，開挖中地下水多呈淋雨狀出水，側(cè)壁穩(wěn)定性較差。拱頂無支護時易產(chǎn)生小-中坍塌，自穩(wěn)能力差[2]。

2 邊坡滑移及下埋隧道初支拱頂開裂成因分析 受當?shù)氐刭|(zhì)構(gòu)造影響，地形地貌、工點巖性、降雨及周邊施工擾動是誘發(fā)坡體局部滑塌及順層滑移的重要原因。根據(jù)現(xiàn)場勘探及坡面滑移特點，具體分析如下：

（1）該處地形陡峭，局部坡度為47°～52°。山體覆蓋層由粉質(zhì)黏土及強風化砂巖、碎石土構(gòu)成，在自然條件下，坡體已有下滑的趨勢[3-4]。

（2）坡體開挖后，原本覆蓋該山體上的植被被破壞，又形成了較大的臨空面，為坡體局部坍塌提供了有利的空間條件。

（3）開挖后，第三、四級邊坡坡面上的粉質(zhì)黏土、松散的堆積體以及第一、二級邊坡暴露出來的順層強風化砂巖受季節(jié)性降雨沖刷及附近施工爆破振動，也極易誘發(fā)坡體的局部松動而導致局部坍塌以及滑移。

（4）該邊坡及右側(cè)施工期間，加上持續(xù)性的降雨，地表水下滲，土體呈飽水狀態(tài)，使得順層面的巖性力學強度下降，從而使坡體的下滑力急劇增加，導致邊坡產(chǎn)生滑移病害。另該處山體滑移后產(chǎn)生較大的牽引力使得下埋隧道初支發(fā)生變形，從而加劇了該處坡體的破壞程度。

3 處治方案比較

3.1 主要處治方案

根據(jù)現(xiàn)場勘察情況以及設(shè)計單位出具的《工點地質(zhì)詳細勘察報告》及穩(wěn)定性計算結(jié)果，提出了兩種綜合處治方案進行對比。

（1）方案1。邊坡坡面：拆除變形的錨索格梁，采用“抗滑樁擋墻+格梁+截排水”的刷坡方案，在邊坡第一級挖方平臺處設(shè)置13根抗滑樁支擋，樁基尺寸為2.5 m×3.0 m，樁間距為6 m，樁長為22 m;第二至第五級邊坡坡率調(diào)整為1∶1.5。坡面清方后，第二至五級邊坡采用錨桿框格梁植草防護，格梁截面尺寸為30 cm×30 cm[5]，分別在坡頂和各級平臺處設(shè)置截水溝，完善坡面排水系統(tǒng)，將水流引排至坡體外。

（2）方案2。邊坡坡面：拆除變形的錨索格梁，采用“大尺寸路塹擋墻+掛鐵絲網(wǎng)噴射混凝土護面封閉+截排水”的刷坡方案，在邊坡第一級挖方平臺處采用大尺寸混凝土路塹擋墻，擋墻高度H=10 m，局部垮塌區(qū)域采用碎石土回填，第二至第五級邊坡坡率調(diào)整為1∶1.5，坡面清方后，第二至五級邊坡采用10 cm厚鋼筋網(wǎng)噴射混凝土封閉;第二、三級坡腳分別設(shè)置仰斜式排水管，在坡頂和各級平臺處分別設(shè)置截水溝，完善坡面排水系統(tǒng)，將水流引排至坡體外。

相對應(yīng)的下埋隧道：均對開裂的初支采用環(huán)向注漿，施工臨時仰拱，豎撐，加密拱邊墻及二襯環(huán)向鋼筋間距。

3.2 處治方案經(jīng)濟對比

對上述兩種邊坡及下埋隧道綜合處治方案涉及的主要工程量進行經(jīng)濟性對比見表1。

考慮到該邊坡坡體特殊，因附近機械及爆破振動，該邊坡體內(nèi)外部已松動，再加上邊坡坡面刷坡后，坡面距離下埋隧道法向距離較近，施工過程中邊坡及下埋隧道施工的安全性是需要注意的重中之重，故該工點的處治不宜采用大型機械或爆破等增加振動的施工方案，另外從工程經(jīng)濟方面考慮，方案2較方案1造價低，故本工點處的綜合處治方案采用方案2作為推薦方案。

4 關(guān)鍵綜合處治方案技術(shù)

經(jīng)過方案比選，采用施工安全風險最低、造價低的方案2作為該工點的綜合處治方案。

（1）考慮到該處邊坡及隧道的位置的特殊性，應(yīng)先對下埋隧道拱頂進行處治，直至該下埋隧道處治段落越過該段邊坡滑移范圍。

（2）路塹擋墻工程。設(shè)計墻高10 m，至第一級邊坡頂平臺處，墻體采用C20混凝土澆筑。為保證施工的安全性，擋墻采用跳格開挖，分段施工，分段澆筑，擋墻背后設(shè)置反濾層，局部垮塌區(qū)域采用碎石土回填。

（3）坡面防護工程。第二至五級邊坡坡面均采用掛鐵絲網(wǎng)噴射10 cm厚C20混凝土護面封閉，鋼筋網(wǎng)（8 mm，間距20 cm×20 cm）采用8018 mm錨桿固定，錨桿間距為200 cm×200 cm。

（4）截排水工程。擋墻泄水孔直徑采用10 cm，第二、三級坡腳處分別設(shè)置一排仰斜式排水管，間距為5 m，長度分別為10 m、20 m。各級平臺截水溝采用矩形，截面尺寸為30 cm×30 cm，坡頂截水溝采用梯形，截面尺寸為60 cm×65 cm。并完善該處邊坡排水系統(tǒng)。

（5）因該處邊坡高度超過40 m，考慮后期邊坡的穩(wěn)定性監(jiān)控，分別在各級平臺及坡頂處設(shè)置觀測點。

該工點已于2018年8月處治完成，已經(jīng)歷了兩個雨季檢驗，運營期間坡體及隧道穩(wěn)定，無任何變形情況發(fā)生。

5 結(jié)語

（1）強風化泥質(zhì)砂巖路塹順層高邊坡地質(zhì)條件復雜，尤其是與隧道相鄰較近的高邊坡，更應(yīng)充分重視前期的路線走向、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)勘察工作，為后期施工提供可靠的地質(zhì)依據(jù)。

（2）順層高邊坡及附近隧道設(shè)計應(yīng)充分考慮施工開挖和降雨對邊坡穩(wěn)定性的影響，若二者相距較近，可考慮改變線路或增加左右幅路線距離。若因條件限制，應(yīng)充分考慮隧道及邊坡的施工順序合理性，不盲目壓縮工期。

（3）應(yīng)加強高邊坡施工過程中防排水工程的設(shè)計，科學布設(shè)，完善排水系統(tǒng)。

參考文獻：

[1]馮玉濤.山區(qū)高速公路省界站場大型堆積體滑坡綜合處治關(guān)鍵技術(shù)研究[J].災(zāi)害學，2018（S1）：100-104.

[2]JTGD70-2019，公路隧道設(shè)計規(guī)范[S].

[3]耿雨風，袁 坤.某高速公路路塹順層邊坡滑動機理及處治對策[J].路基工程，2019（1）：234-236.

[4]安明旭，趙 陽，吳 森.路塹邊坡滑坡成因及處治措施[J].交通科技，2018（5）：5-6.

[5]JTGD30-2015，公路路基設(shè)計規(guī)范[S].