公路橋墩處滑坡分析及防護(hù)設(shè)計(jì)研究

郭 朝 陽(yáng)

(山西省公路局太原分局，山西 太原 030012)

0 引言

隨著完善公路交通網(wǎng)絡(luò)的需要，越來(lái)越多的公路向山區(qū)延伸，需要面對(duì)更多的復(fù)雜不良地質(zhì)情況[1,2]。其中在山區(qū)特有的滑坡泥石流等地質(zhì)災(zāi)害就不可避免的與橋梁工程緊密聯(lián)系起來(lái)，而如何在滑坡等不良地質(zhì)災(zāi)害影響下確保橋梁安全是設(shè)計(jì)人員需要重點(diǎn)考慮的[3-5]。本文以國(guó)道241、省道嵐馬線汾河水庫(kù)改線工程羅漢溝大橋設(shè)計(jì)為背景，分析研究了該橋址處的滑坡體和可能對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響，提出并采用了切實(shí)合理的防護(hù)措施，保證了橋梁結(jié)構(gòu)安全。

1 工程概況

省道嵐馬線位于山西省中部山區(qū)，該線所處地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜。在選線方案設(shè)計(jì)之初已對(duì)大多數(shù)工程規(guī)模較大的滑坡進(jìn)行了避讓處理，但還有少數(shù)滑坡因地形限制等原因無(wú)法繞避。羅漢溝大橋位于全線19 km處，孔跨為11×40 m連續(xù)T梁，橋墩采用矩形墩和空心墩，橋臺(tái)采用柱式臺(tái)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查，橋址處存在一滑坡，其中4號(hào)～9號(hào)橋墩均位于滑坡體上。

1.1 滑坡區(qū)地形地貌

滑坡處于一斜坡地帶，坡度約25°，上部山坡土體裸露，黃土沖溝發(fā)育、黃土覆蓋中低山區(qū)，地勢(shì)整體起伏較平緩。不良地質(zhì)現(xiàn)象主要為淺層小型壓線黃土滑坡(K19+380～K19+700)，滑坡平面形態(tài)呈不規(guī)則形狀，滑坡體如圖1所示。

1.2 滑坡區(qū)地層巖性

1.3 滑坡區(qū)水文地質(zhì)條件

滑坡區(qū)域地下水主要為第四系松散層孔隙水，滑坡堆積體主要由粉土組成，中更新統(tǒng)粉質(zhì)黏土為隔水層，少量的地表水滲入后又沿粉質(zhì)黏土面向溝內(nèi)徑流。地下水位埋深淺，水量小，水位隨季節(jié)變化波動(dòng)很大。坡體前緣的小沖溝內(nèi)長(zhǎng)年有流水，水量小，主要接受大氣降水。當(dāng)大氣降水時(shí)，迅速形成坡面徑流向滑坡東側(cè)淺溝排泄。

2 滑坡分析

2.1 滑坡形態(tài)特征分析

2.2 滑坡成因分析

該工程滑坡的成因主要有：1)地形條件，滑坡體后緣以上坡面坡度較大，地形極有利于形成坡面徑流向滑坡體匯集；2)地質(zhì)條件，滑坡體物質(zhì)主要由馬蘭組粉土組成，粉土豎向節(jié)理裂隙發(fā)育，形成入滲通道，且坡面有少量地裂縫形成，加之下伏的離石組粉質(zhì)黏土阻水作用，使得較薄滑體更容易達(dá)到飽和狀態(tài)。發(fā)生連續(xù)強(qiáng)降雨時(shí)，雨水沿節(jié)理裂隙和地裂縫滲入滑坡體，滑體快速飽和增重，使下滑力增大，同時(shí)形成局部軟弱滑動(dòng)帶，大大降低了滑動(dòng)帶的抗滑力和巖體的抗剪強(qiáng)度，因此連續(xù)強(qiáng)降雨是形成該滑坡的主要因素。

2.3 滑坡穩(wěn)定性分析

2.3.1 計(jì)算方法

根據(jù)規(guī)范[6]采用沿折線滑動(dòng)面滑坡穩(wěn)定性計(jì)算方法進(jìn)行驗(yàn)算。公式如下：

其中，K為穩(wěn)定系數(shù);Ri為第i塊的抗滑分力;Ti為第i塊的下滑分力;Ψj為第i塊對(duì)第i+1塊滑體的推力傳遞系數(shù)。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖2所示。

2.3.2 計(jì)算參數(shù)及工況

本橋在設(shè)計(jì)時(shí)分析滑坡主要考慮了滑坡體在三種不同狀態(tài)時(shí)的穩(wěn)定性，計(jì)算工況見(jiàn)表1。

表1 計(jì)算工況

通過(guò)對(duì)滑坡體挖探取樣，進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)、反算及參照山西地區(qū)經(jīng)驗(yàn)[7]確定滑體土的粘聚力c和內(nèi)摩擦角φ值等參數(shù)指標(biāo)。參數(shù)選取見(jiàn)表2。

表2 滑坡穩(wěn)定性分析參數(shù)選取表

2.3.3 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)規(guī)范[8]及工程重要性將該滑坡的安全系數(shù)綜合定為1.25。圖3為各工況下滑坡剩余下滑力，表3為滑坡穩(wěn)定性分析計(jì)算結(jié)果。綜合圖3，表3可知，在天然狀態(tài)下滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，在連續(xù)降雨和地震工況下滑坡處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。雖然該橋墩處滑坡目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，為防止在施工過(guò)程中連續(xù)強(qiáng)降雨或后期運(yùn)營(yíng)時(shí)人為因素激活滑坡，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生不利因素，需要及時(shí)治理該滑坡，提高安全儲(chǔ)備。

表3 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

3 滑坡綜合防護(hù)

3.1 反壓回填處置措施

對(duì)滑坡體前沿凹谷采用土方或土石方進(jìn)行夯填整平，壓實(shí)度要求不小于93%，填土高度為8 m；對(duì)回填體進(jìn)行上覆50 cm的黏土封水處理，使滑坡無(wú)法形成滑動(dòng)臨空面，從而起到反壓坡腳的作用，見(jiàn)圖4。并在反壓回填體(凹谷)下游修建攔渣墻，確保反壓回填體的安全穩(wěn)定。攔渣墻墻身、基礎(chǔ)采用C20片石混凝土，在基礎(chǔ)施工后要及時(shí)回填墻趾部分的基坑，并做成外傾斜坡防止積水下滲影響墻身穩(wěn)定。

3.2 坡面防護(hù)

坡面有多處地裂縫，使得地表水容易下滲從而激活滑坡體，所以對(duì)滑坡體范圍內(nèi)的所有裂縫和陷穴采用黏性土或1∶3的水泥土進(jìn)行夯填處理，以防止雨水或地表水直接通過(guò)裂縫下滲至滑面，并且將坡面做平順處理，嚴(yán)禁形成反坡或積水凹槽。

3.3 排水防護(hù)措施

在橋臺(tái)處設(shè)置截流槽，將路基邊溝的雨水引至下游沖溝，滑坡范圍內(nèi)橋面散水在收集后集中排至滑坡范圍外；攔渣墻從地面以上0.3 m間隔2 m交錯(cuò)布置泄水孔，采用φ10 cm PVC排水管將攔渣墻內(nèi)的水排至墻外；在凹谷西側(cè)靠山體側(cè)沿凹谷設(shè)置梯形排水渠，并在排水渠尾端攔渣墻墻趾處設(shè)置跌水井，避免排水渠雨水沖刷攔渣墻墻趾，見(jiàn)圖4。根據(jù)規(guī)范[9]，設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為15年，按山西徑流法得出該滑坡沖溝設(shè)計(jì)流量為3.57 m3/s，即排水渠的泄水能力3.57 m3/s，所以為滿足溝谷的泄水要求采用底寬1 m，高1 m的梯形排水渠。

4 結(jié)語(yǔ)

在公路設(shè)計(jì)選線時(shí)遇到大中型滑坡應(yīng)采取避讓原則，小型滑坡因特殊原因無(wú)法避讓時(shí)，必須采取切實(shí)可行的措施確保橋梁結(jié)構(gòu)安全。本文通過(guò)對(duì)嵐馬線羅漢溝大橋所處老滑坡進(jìn)行分析并采取了反壓回填處置+坡面防護(hù)+排水防護(hù)綜合處理措施，有效確保了滑坡穩(wěn)定和橋梁結(jié)構(gòu)的安全，為今后遇到類似問(wèn)題的工程提供一定參考。