宜畢高速公路K3段震后邊坡滑坡應(yīng)急處置研究

魏東旭 朱琦 李廣景 張鑫

摘 要：為了有效控制震后山體滑坡、崩塌現(xiàn)象的蔓延，保證高速公路建設(shè)及運(yùn)營安全，以震后宜畢高速公路K3段為研究對象，開展震后應(yīng)急勘察工作，采取注漿、排水和反壓等手段對邊坡滑坡進(jìn)行位移和沉降監(jiān)測。利用Geostudio中的Slope/W模塊分析加固后的滑坡穩(wěn)定性，計算邊坡的屈服加速度，提出根據(jù)預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行加固的治理方案。結(jié)果表明，滑坡在地下水和地震的共同作用下產(chǎn)生，土體薄層狀結(jié)構(gòu)及巖層順傾均加劇了滑坡形成，盡管地震作用對邊坡整體穩(wěn)定性有較大影響，但實(shí)施的應(yīng)急處置措施遏制了滑坡的進(jìn)一步變形，經(jīng)過計算，邊坡加固處理后屈服加速度為0.07 g ，安全系數(shù)為1.3，符合相關(guān)規(guī)范要求?？梢?，邊坡滑坡體位移在震后初期得到了有效控制，治理措施有效提高了該邊坡的穩(wěn)定性。處置方案對類似高速公路的建設(shè)與維護(hù)具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞： 道路工程其他學(xué)科;地震;滑坡;應(yīng)急調(diào)查;處置方案

中圖分類號： TU44? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：? A

doi：? 10.7535/hbgykj.2020yx06008

Research on emergency treatment of slope landslides at K3

section of Yi-Bi Expressway after earthquake

WEI Dongxu， ZHU Qi， LI Guangjing， ZHANG Xin

（Shandong Provincial Coummunications Planning and Design Institute Company Limited， Jinan， Shandong? 250031， China）

Abstract：

In order to effectively control the spread of landslides and collapses after the earthquake， and to ensure the safety of expressway constructions and operation， the K3 section of Yi-Bi Expressway was taken as the research object to carry out a post-earthquake emergency survey. The displacement and settlement of the slope landslide were monitored by the methods of grouting， drainage and back-pressure. The Slope/W in Geostudio was used to analyze the stability of the reinforced landslide and to calculate the yield acceleration. And the treatment scheme of slope? reinforcement? was proposed by using prestressed? anchor? cables. It is shown that

the landslide is caused by the combined action of groundwater and earthquake， and is exacerbated by the thin layered structure of soil and the layered rock with inclination， although the overall stability of the slope is? impacted? by the earthquake， the emergency treatment scheme can prevent the? landslide from further deformation. The yield? acceleration? after the slope reinforcement is 0.07 g? and the safety factor is 1.3 based on the calculation， which can meet the? requirements? of correlative specifications.

It is thus clear that the slope landslide displacement is effectively controlled in the early post-earthquake period;? the stability of the slope is effectively improved by the treatment measures.

The treatment scheme? ?results? provides a reference for the construction and maintenance of similar expressways.

Keywords：

other subjects of road engineering; earthquake; landslide; emergency survey; treatment scheme

云南地區(qū)地勢高，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，高頻率地震多發(fā)，地震后滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，嚴(yán)重威脅人民生命財產(chǎn)及工程結(jié)構(gòu)的安全? [1-6] 。因此，對震后邊坡進(jìn)行調(diào)查，有針對性地開展震后邊坡應(yīng)急處理顯得尤為重要。何寧等? [7] 提出了采用廢舊輪胎加筋擋墻結(jié)合生態(tài)護(hù)坡技術(shù)治理震后山體滑坡的方法，并指出在余震和降雨情況下會有新的災(zāi)害發(fā)生;余健等? [8] 對蘆山地震后某巨型古滑坡提出了護(hù)坡排固的綜合防治措施，認(rèn)為地面水體下滲會加劇滑坡位移;譚彬建等? [9] 針對汶川地震后某滑坡根據(jù)定量計算結(jié)果提出了治理措施，為震后滑坡處理提供了參考;吳麗等? [10] 根據(jù)邊坡治理工程及震后災(zāi)區(qū)余震不斷等現(xiàn)狀，設(shè)計了風(fēng)險識別的分解模式，并使用風(fēng)險矩陣圖法進(jìn)行風(fēng)險評價，為邊坡余震風(fēng)險評估提供了新思路;陳紫云等? [11] 以G213國道映秀至汶川公路搶險保通的工程實(shí)踐為例，總結(jié)了極震區(qū)崩塌災(zāi)害對公路造成的危害，并探討了危巖體防治措施，提出在極震區(qū)域需關(guān)注余震對危巖體的誘發(fā);楊凱? [12] 針對四川汶馬高速公路地震烈度為Ⅷ度的震后滑坡體綜合治理，確定了合理的滑坡體綜合治理方案。由以上分析可知，針對地震后突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行應(yīng)急處置非常重要? [13-16] ，但已有的關(guān)于余震后邊坡應(yīng)急處理措施的研究對于監(jiān)測的關(guān)注度還不夠，因此需進(jìn)一步開展余震對邊坡整體穩(wěn)定性影響和震后應(yīng)急措施的研究。

宜賓至畢節(jié)高速公路K3段路塹高邊坡，在地震后局部失穩(wěn)并產(chǎn)生位移，在設(shè)計路線一定范圍內(nèi)的房屋出現(xiàn)開裂。根據(jù)該邊坡滑坡的變形特點(diǎn)，筆者結(jié)合震后應(yīng)急調(diào)查，對該邊坡失穩(wěn)進(jìn)行分析，提出了對高邊坡進(jìn)行震后進(jìn)行加固的方案。

1 工程概況

本項目位于宜畢高速公路K3段，屬四級路塹高邊坡，總長約190 m，最大開挖高度43.79 m，原坡體防護(hù)措施為錨桿框格梁。

邊坡地貌構(gòu)造剝蝕丘陵地貌單元，地形陡峭，地勢起伏較大，地形整體南高北低，地面標(biāo)高593.50～710.60 m，相對高差104.5～117.1 m，山體坡向總體呈北北東向，自然坡度35°，地形屬易滑地形? [1-3] 。

該邊坡所在地區(qū)地層巖性自上而下依次為覆蓋層第四系殘坡積（Q? ? dl+el 4）礫質(zhì)粉質(zhì)黏土（棕黃色、黃褐色），下伏基巖為奧陶系下統(tǒng)湄潭組、紅花園組（O? ? m+h 1）的全-強(qiáng)風(fēng)化頁巖（棕褐色）、全-強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)頁巖（灰黑色、灰綠色）及中風(fēng)化灰?guī)r（青灰色）。其中全-強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)頁巖主要分布在第三、四級坡體，全-強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)頁巖主要分布在第一、三級坡體和坡腳范圍內(nèi)，其中全風(fēng)化炭質(zhì)頁巖為軟弱夾層，且開挖暴露地表后極易風(fēng)化軟化、崩解，坡體結(jié)構(gòu)為上硬下軟;邊坡巖層優(yōu)勢結(jié)構(gòu)面350°～356°∠22°～33°，傾向開挖臨空面，屬于典型的煤系地層順層邊坡? [4-5] ，工程地質(zhì)性質(zhì)極差。

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015），威信縣三桃鄉(xiāng)邊坡區(qū)地震動峰值加速度值為0.05? g ，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.40 s，抗震設(shè)防烈度為6度，設(shè)計地震分組為第一組。該邊坡于2018年5月開始現(xiàn)場施工，2018年12月下旬開挖第一級邊坡。2019年1月15日，威信縣地區(qū)（坐標(biāo)：28.07°N，105.02°E）發(fā)生3.1級地震，次日滑體上部形成多條張拉裂縫及錯臺，坡體變形異常，表層出現(xiàn)多級次級小滑坡發(fā)育，第二、三級邊坡部分段出現(xiàn)垮塌，邊坡滑坡范圍如圖1所示。

2 震后應(yīng)急處置及邊坡滑坡情況調(diào)查

2.1 應(yīng)急措施及效果

對震后邊坡滑坡首先采取了相應(yīng)的應(yīng)急措施，為防止雨水下滲造成滑動帶進(jìn)一步軟化，對邊坡、平臺及坡頂裂縫注漿后用素混凝土封堵或者用塑料薄膜蓋住裂縫以及變形區(qū)。由于地下水會降低邊坡的穩(wěn)定性，對該滑坡嵌頂截水溝進(jìn)行施工，防止嵌頂外側(cè)的地表水進(jìn)入邊坡體內(nèi)，對邊坡體仰斜式排水管進(jìn)行施工，對出水較多地段進(jìn)行加密，排出坡體內(nèi)的地下水，提高邊坡體的自身穩(wěn)定性，將坡腳處積水排出，防止坡腳的炭質(zhì)頁巖進(jìn)一步軟化。同時在第一級邊坡錨索施工后，立即進(jìn)行反壓，遏制坡體進(jìn)一步變形，為后續(xù)滑坡的治理工程贏得時間。

由圖2、圖3中的監(jiān)測結(jié)果可以看出，2019年4月5日—19日各監(jiān)測點(diǎn)均發(fā)生了較大的位移及沉降突變，由于受地震作用，巖體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步遭到破壞，

加之該時間段內(nèi)持續(xù)集中強(qiáng)降雨等因素，抗剪強(qiáng)度降低。2019年6月初完成了嵌頂外側(cè)及坡面的裂縫封堵、坡腳反壓、增設(shè)仰斜式排水孔、坡體預(yù)應(yīng)力錨索張拉等工作后，場區(qū)附近先后發(fā)生了云南永善縣3.8級、4.1級地震，四川長寧縣6.0級、4.6級地震，四川珙縣5.4級地震。地震后各監(jiān)測點(diǎn)的位移及沉降曲線均未發(fā)生突變現(xiàn)象，監(jiān)測點(diǎn)累計水平位移有下降趨勢且趨于穩(wěn)定，表明應(yīng)急處置措施實(shí)施后遏制了滑坡的進(jìn)一步變形，達(dá)到了預(yù)期效果。

2.2 邊坡滑坡變形監(jiān)測

對震后邊坡滑坡進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場有明顯出水點(diǎn)，坡腳長期有水滲出，滑坡分布高程為600～660 m，滑坡體寬為105～120 m，長為190 m，主滑方向?yàn)?°左右，路線走向?yàn)?6°，滑動面傾角為 20°～32° ，滑體厚度為10～25 m，投影面積為15 000 m 2，滑面埋深為15～20 m，滑坡體積約為27×10 4? m 3，為中型中層牽引式基巖滑坡。

為具體掌握滑坡的變形動態(tài)? [8] 、確定滑坡范圍、滑坡的主滑方向，在震后應(yīng)急調(diào)查前期對滑坡體進(jìn)行地表位移觀測，在滑坡體范圍內(nèi)外布設(shè)了22個監(jiān)測點(diǎn)，形成監(jiān)測網(wǎng)，對強(qiáng)變形區(qū)進(jìn)行了加密，位移監(jiān)測平面圖如圖4所示。

由圖2—圖4可知：

1）由位移量較大的監(jiān)測點(diǎn)JC2-2，JC2-3，JC3-1，JC3-2，JC3-3，JC4-1，JC4-2，JC4-3，JC5-1，JC5-2，JC5-3等位移矢量可知，滑體的滑動方向傾向于路基，主滑方向?yàn)?°左右;

2）威信縣地區(qū)發(fā)生3.1級地震后邊坡監(jiān)測位移發(fā)生了突變，裂縫繼續(xù)發(fā)育，2019年1月13日-19日累計水平位移超過100 mm，對應(yīng)為前六天的監(jiān)測結(jié)果，說明地震作用對該邊坡整體穩(wěn)定性有較大 影響。

3 邊坡滑坡失穩(wěn)分析及治理方案設(shè)計

3.1 邊坡滑坡失穩(wěn)分析

分析該邊坡的地層構(gòu)造，場區(qū)地質(zhì)構(gòu)造作用強(qiáng)烈，褶皺及節(jié)理裂隙極其發(fā)育，巖體以散體狀-碎裂狀為主，巖體完整性差。滑坡區(qū)單斜構(gòu)造，產(chǎn)狀相對穩(wěn)定，經(jīng)基巖露頭量測，巖層產(chǎn)狀為356°∠30°，主要節(jié)理產(chǎn)狀有：16°∠20°，240°∠75°，300°∠89°等，線路走向96°，赤平投影分析如圖5所示。

由赤平投影分析可知：邊坡巖層層面及節(jié)理1面與坡面傾向呈小角度相交，二者傾向?yàn)橥鈨A關(guān)系，且傾角小于坡角，對邊坡穩(wěn)定性影響較大，因此邊坡開挖后，該側(cè)邊坡可能會沿巖層層面及節(jié)理1面產(chǎn)生滑動?；聟^(qū)為單斜構(gòu)造，巖層產(chǎn)狀與邊坡坡向呈順傾關(guān)系，坡體泥質(zhì)頁巖及炭質(zhì)頁巖呈薄層狀構(gòu)造，坡體薄層狀結(jié)構(gòu)及巖層順傾均加劇了滑坡形成。

該邊坡的穩(wěn)定性受到地下水的影響，區(qū)內(nèi)降雨量豐富，平均降雨量為1 200 mm，一年中約有230 d處于雨季。邊坡體節(jié)理裂隙發(fā)育，為雨水下滲提供通道，進(jìn)一步軟化巖土體及結(jié)構(gòu)面，力學(xué)強(qiáng)度降低，自重增大，地下水在后緣裂隙中形成的靜水壓力以及在滑體中形成的動水壓力進(jìn)一步增加下滑力。

高陡邊坡的開挖以及大里程側(cè)的深切溝為滑坡形成提供了臨空面，對邊坡體穩(wěn)定性影響較大。2019-01-15在威信縣地區(qū)發(fā)生的3級地震直接加速了該滑坡的形成。

坡體上的砌體結(jié)構(gòu)房屋的震后情況如圖6所示。坡體上分散的砌體結(jié)構(gòu)房屋出現(xiàn)了較多的水平裂縫和垂直裂縫，且裂縫均未從地面起裂，屬于典型的地震誘發(fā)的房屋開裂縫特征，因此在地震和強(qiáng)降雨的作用下，形成了現(xiàn)有滑坡。

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查、鉆探及坡體后房屋裂縫情況推斷，由于工程開挖引起的滑坡范圍（坡口線外側(cè)約50 m，嵌頂外50～400 m）內(nèi)的地表裂縫和房屋開裂是受地震作用及深切溝的影響形成的。

3.2 治理方案設(shè)計

對該滑坡進(jìn)行治理，并利用Geostudio軟件對計算滑坡的剩余下滑力。

對該滑坡進(jìn)行加固設(shè)計，并采用傳遞系數(shù)法計算加固后滑坡的穩(wěn)定性。該滑坡在震前1—4級采用錨桿進(jìn)行加固，震后主要采用預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，在滑體處1—3級設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索，4級設(shè)置錨桿。設(shè)計方案為1）1—3級：K3+405～K3+520段采用3 排預(yù)應(yīng)力錨索格梁加固，錨鎖長為35.0 m，間距為3 m×3 m，傾角為160°，采用5束錨索，每束錨索為100 kN/m，格梁內(nèi)掛網(wǎng)客土噴播防護(hù);其余坡面采用掛網(wǎng)客土噴播防護(hù)。2）4級：K3+450～K3+500? 段采用3 排錨桿格梁加固，錨桿長為11.0 m，間距為3 m×3 m，格梁內(nèi)掛網(wǎng)客土噴播防護(hù);其余坡面采用掛網(wǎng)客土噴播防護(hù)。3）5級：全坡面采用CF生態(tài)網(wǎng)植草防護(hù)。利用Geostudio中的Slope/W模塊對該治理方案進(jìn)行 驗(yàn)算。

滑坡主滑斷面的確定：滑坡計算的后緣以滑坡最后一條傾向路基方向的貫通性裂縫為準(zhǔn)，前緣為坡腳全風(fēng)化炭質(zhì)頁巖的應(yīng)力集中位置。結(jié)合現(xiàn)場巖土體性質(zhì)，主滑帶與巖層產(chǎn)狀大體一致，傾角約為30°。表1給出了穩(wěn)定性分析中巖土體的相關(guān)參數(shù)。

滑帶土參數(shù)取值對穩(wěn)定性分析較為重要，對滑帶土參數(shù)進(jìn)行反算，根據(jù)現(xiàn)場記錄，2019年4月5日—19日期間，該滑坡的累計水平位移量從283 mm突變?yōu)?00 mm，最大位移速率達(dá)到34 mm/d，平均位移速率為15.5 mm/d，大于10 mm/d，表明滑坡發(fā)育階段為劇滑階段，取穩(wěn)定系數(shù) Fs =0.950。反算滑帶土參數(shù)指標(biāo)是在滑坡治理工程實(shí)施前，可能滑面的變形活動特點(diǎn)及相應(yīng)穩(wěn)定程度的基礎(chǔ)上，評估滑坡的?現(xiàn)狀穩(wěn)定系數(shù)，把既有錨固工程等結(jié)構(gòu)對地層的加固等效成復(fù)合巖土抗剪參數(shù)，即綜合抗剪強(qiáng)度參數(shù)。在此基礎(chǔ)上計算得到如表2所示的飽水狀態(tài)下的滑帶土參數(shù)。

設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索后的滑坡安全系數(shù)為1.3。由于在地震中該滑坡產(chǎn)生了較大的滑動位移，因此需要考慮該滑坡的動力穩(wěn)定性，采用Quake/W進(jìn)行分析得到其屈服加速度為 0.07g?？紤]到地震烈度為6度時，對應(yīng)場地的地震波的峰值加速度為0.05g。由于屈服加速度大于0.05g，因此在地震烈度為6度時，該邊坡較大概率不會產(chǎn)生位移。

3.3 優(yōu)化因素分析

滑坡的治理方案設(shè)計需要考慮工程造價、現(xiàn)場施工條件及現(xiàn)場的地質(zhì)條件等因素。本文的滑坡治理采用了預(yù)應(yīng)力錨索加固設(shè)計。

該滑坡所處場地場區(qū)地層含水性、富水性較好，另外，工程開挖后的人工坡面成為新的地下水排泄通道，滲透途徑變長，地表水易下滲進(jìn)入坡體。而在2019年4月5日—19日期間，場區(qū)經(jīng)歷連續(xù)集中強(qiáng)降雨，地表水及雨水沿表層土的孔隙及巖層裂隙下滲，邊坡巖土體處于飽水狀態(tài)，自重力增大，下伏基巖的頁巖、炭質(zhì)頁巖，遇水易軟化、崩解，抗剪強(qiáng)度急劇降低，抗滑力減小。因此在滑坡治理中對地下水的處置非常重要。

上覆荷載也是邊坡設(shè)計中需要考慮的重要因素，對第四、五級邊坡可適當(dāng)刷方減載，減小下滑力。另外，該滑坡上存在砌體房屋，盡管在開挖過程中未對邊坡的穩(wěn)定性造成影響，但是在地震作用下，由于潛在滑動面的存在，會進(jìn)一步降低該邊坡的穩(wěn)定性，因此在進(jìn)行滑坡設(shè)計治理時，應(yīng)拆除嵌頂處因防護(hù)補(bǔ)償不足而引起開裂的房屋，并對坡頂進(jìn)行適當(dāng)卸載，最大限度降低險情。

該高邊坡加固還 需考慮另外2個問題：1）工程邊坡開挖引起的坡口線外側(cè)50 m范圍內(nèi)的坡體變形;2）高邊坡在一定范圍內(nèi)受大里程側(cè)深切沖溝影響的變形。因此在邊坡加固中也可以在高邊坡坡腳部位設(shè)置抗滑樁對坡體的整體穩(wěn)定性進(jìn)行支擋加固，考慮到其在地下水的作用下對樁體的錨固力貢獻(xiàn)有限，在抗滑樁前部可設(shè)置3排鋼管注漿來提高抗滑樁錨固段的錨固能力。

4 結(jié) 語

宜畢高速K3段路基坡體在震后產(chǎn)生滑坡，本文對該滑坡進(jìn)行震后勘查，并根據(jù)地層條件對其進(jìn)行加固設(shè)計。通過分析計算，得到以下結(jié)論。

1）該坡體為典型的順層、極軟巖、膨脹巖及煤系地層等復(fù)合型邊坡，由于場區(qū)降雨量豐富，地下水發(fā)育，地形上受深切溝和工程開挖形成的高陡臨空面影響，同時施工期間受多次地震作用，導(dǎo)致了該邊坡的失穩(wěn)。

2）通過設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索，并對邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，得到治理后的邊坡安全系數(shù)為1.3。進(jìn)一步對該邊坡的屈服加速度進(jìn)行計算， 得到屈服加速度為0.07g，結(jié)果表明治理措施有效提高了該邊坡的穩(wěn)定性。

3）通過對滑坡失穩(wěn)分 析，結(jié)合地表變形觀測，在地下水和地震的共同作用下，形成了相應(yīng)的滑坡，滑坡由于工程開挖引起的范圍為坡口線外側(cè)50 m;由于地震后坡體位移發(fā)生突變，坡口線外側(cè)50～400 m范圍內(nèi)房屋出現(xiàn)明顯的地震剪裂縫。采取震后應(yīng)急措施，有效限制了在余震中該滑坡的位移。

4）結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，在滑坡治理中應(yīng)綜合考慮滑坡形成因素，重點(diǎn)考慮地下水及現(xiàn)場地層條件對滑坡形成的影響，同時應(yīng)采取合理的監(jiān)測措施，加強(qiáng)監(jiān)測、巡查，確保邊坡體的穩(wěn)定性。

本文結(jié)合宜畢高速公路K3段的坡體震后應(yīng)急處置方案開展相應(yīng)研究，分析震后滑坡的產(chǎn)生機(jī)理，盡管采取的震后處理措施使滑坡位移得到了有效控制，但研究邊坡穩(wěn)定性時，僅進(jìn)行了二維分析，未考慮空間效應(yīng)對邊坡穩(wěn)定性的影響，另外現(xiàn)場地表變形觀測受到了傳感器埋設(shè)位置和精度的制約，因此在后期研究中應(yīng)當(dāng)合理布置傳感器的位置，并增加觀測頻率，或采用分布式光纖監(jiān)測方法進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測，以克服傳統(tǒng)監(jiān)測方式的不足。

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