成雅高速公路K1887+350段滑坡災害分析與治理

張磊 孔濤 吳君艷

摘 要：2019年雨季持續(xù)強降雨工況下，成雅高速K1887+385～K1887+540段冰水堆積層土質(zhì)邊坡發(fā)生滑坡，前緣鼓脹變形、后緣形成多道張拉裂縫，通過現(xiàn)場調(diào)查及地質(zhì)分析，對滑坡早期破壞特征分辨、滑坡監(jiān)測、應急搶險設計以及冰水堆積層土質(zhì)滑坡處治設計有一定參考意義。

關鍵詞：冰水堆積層;滑坡;監(jiān)測;應急搶險;抗滑樁;道路養(yǎng)護

中圖分類號：U418.55 文獻標識碼：A

0 引言

成都至雅安高速公路運營樁號K1887+385～K1887+540段原設計為土質(zhì)挖方路塹，最大邊坡高度約18 m，坡腳設置擋土墻支擋加固，墻高6 m，墻頂按1：1.5放坡，分級高度6 m，邊坡平臺寬2 m，坡口以上自然斜坡高度約32 m。2019年9月持續(xù)強降雨工況下，9月23日該段邊坡發(fā)生蠕動變形，前緣鼓脹變形造成坡腳擋土墻發(fā)生位移、內(nèi)測邊溝擠壓鼓脹破壞、行車道路面產(chǎn)生縱橫向裂縫、中央分隔帶處波形梁被推移，坡體中后部產(chǎn)生多道不連續(xù)裂縫、錯臺。邊坡蠕動變形速率較快，9月26日滑坡后緣已產(chǎn)生大量張拉裂縫、側(cè)壁形成剪切裂縫，并基本貫通，斜坡有整體滑移趨勢，嚴重影響高速公路的運營安全（詳見圖1）。

1 地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

地貌類型以淺丘、平壩為主，相對高差不大。區(qū)內(nèi)整體地勢南高北低，最低海拔位于公路右側(cè)平壩，約480 m，最高海拔位于公路左側(cè)斜坡坡頂，約548 m，成雅高速公路路面海拔約501 m。

1.2 地層巖性

主要出露地層為新生界第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml）、滑坡堆積層（Q4del）和中更新統(tǒng)冰水冰磧沉積層（Q2fgl），下伏基巖為白堊系中統(tǒng)灌口組（K2g）。第四系中更新統(tǒng)冰水冰磧沉積層主要有卵石、漂石、粉質(zhì)砂土、中砂、含卵石粉質(zhì)粘土、含卵石粉質(zhì)砂土，厚度約6.0 m～43.7 m分布不均勻。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造及地震

場區(qū)區(qū)域上地質(zhì)構(gòu)造形跡由成都凹陷、大興隆起（隱伏背斜）和熊坡背斜組成。區(qū)位于成都凹陷西南段之南部，受地質(zhì)構(gòu)造影響較小。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306-2015），本區(qū)內(nèi)動峰值加速度0.10g，動反應譜周期為0.45 s，地震基本烈度Ⅶ度。

1.4 水文地質(zhì)

場區(qū)地下水劃分為松散堆積層孔隙水、基巖裂隙水。場區(qū)內(nèi)斜坡地勢較陡，有利于地表水及地下水排泄。松散層孔隙水，主要賦存于第四系粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)砂土和卵礫石層內(nèi)，為松散層上層滯水?；鶐r裂隙水主要賦存于構(gòu)造裂隙、風化裂隙中。

2 滑坡成因分析及穩(wěn)定性計算

2.1 成因分析

地下水是誘發(fā)該滑坡的主要原因，連續(xù)降雨條件下地表水匯集下滲，導致土體容重增加、抗剪強度降低。受區(qū)域地質(zhì)條件的影響，土體的破壞將進一步加劇，主要有以下兩個因素：

（1）上覆土層第二系冰水堆積層細粒土粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)砂土具有弱膨脹性，根據(jù)土工試驗數(shù)據(jù)，土體最大自由膨脹率達到26%。

（2）土層結(jié)構(gòu)分布不均勻，粉質(zhì)黏土滲透系數(shù)小為隔水層，粉質(zhì)砂土滲透系數(shù)大為透水層。鉆探揭示含卵石粉質(zhì)砂土分布深度一般位于路面結(jié)構(gòu)層以下1.5 m～3.8 m，上部為含卵石粉質(zhì)黏土，是種十分不利的結(jié)構(gòu)。連續(xù)降雨的條件下，地表水緩慢匯集下滲，匯集至含卵石粉質(zhì)砂土層中，局部排水不暢的條件下，自由潛水轉(zhuǎn)變?yōu)槌袎核?，將造成兩土層接觸面抗剪強度的急劇下降。

2.2 發(fā)展變化過程

對邊坡進行受力分析，擋土墻墻趾下部為應力集中處，隨著土體抗剪強度的降低，墻趾下部首先發(fā)生塑性變形進入極限平衡狀態(tài)，內(nèi)側(cè)邊溝側(cè)壁將受到水平向擋墻方向的合力影響發(fā)生側(cè)向位移。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查K1887+450～K1887

+500段內(nèi)側(cè)邊溝鼓脹變形嚴重，護欄外側(cè)最大開裂寬度約10 cm（圖2），根據(jù)破裂處土體的新鮮程度判斷，裂縫的形成已持續(xù)一段時間，邊溝破損、側(cè)壁裂縫加劇了地表水的下滲。墻趾下部土體塑性破壞，應力調(diào)整、土體松弛，地表水滲入軟化，該區(qū)域首先失穩(wěn)產(chǎn)生蠕動，擋墻一側(cè)土體發(fā)生主動土壓破裂、中央分隔帶一側(cè)發(fā)生被動土壓力破裂，滑面逐步貫通?；驴够挝挥谧蠓坊反矃^(qū)域，受路面結(jié)構(gòu)層豎向荷載的作用反翹剪出口表現(xiàn)不明顯，反翹推力和豎向荷載的共同作用形成中央分隔帶一側(cè)的水平推力，造成左幅中央分隔帶左側(cè)波形梁護欄被推移（詳見圖3）。如未采取有效的加固處理，滑坡將進一步發(fā)展，路面結(jié)構(gòu)層受力擠壓瓦解，產(chǎn)生網(wǎng)狀裂縫，抗滑段滑動面逐步前移全部形成和貫通后，滑坡即進入整體滑動階段。

2.3 滑坡穩(wěn)定性計算

滑面確定：實測后緣裂縫發(fā)育范圍設為滑坡剪入口;中央分隔帶處目前已參與受力，該處設定為剪出口，采用簡化畢紹普法，搜索最危險滑面。最危險滑面，從粉質(zhì)黏土與粉質(zhì)砂土接觸面附近滑動，滑面深度與深部位移監(jiān)測突變位置基本一致。

根據(jù)室內(nèi)試驗成果取滑體土層飽和狀態(tài)容重20.5 kN/m3。

按搜索滑面，采用傳遞系數(shù)法，按暴雨工況穩(wěn)定系數(shù)0.99反算滑面力學參數(shù)，取值C=5 kPa、φ=19.104°，與土工試驗統(tǒng)計值接近。

采用暴雨工況安全系數(shù)1.15進行控制設計，對主滑剖面進行下滑力計算，最后一塊滑體剩余下滑力為661.30 kN/m，水平向分力為648.17 kN/m。

3 搶險應急設計

滑坡發(fā)生的時間緊鄰70周年國慶，成雅高速將迎來車流量高峰，為保障國慶期間高速公路的不斷道通行，同時控制滑坡發(fā)展變化、提高穩(wěn)定性，取暴雨工況安全系數(shù)1.05進行應急搶險控制設計，具體措施如下：

（1）采用粘土回填夯實坡體裂縫、完善截排水設施以避免地表水匯集下滲，同時封閉左幅應急車道及一根行車道設置反壓，以提高滑坡的穩(wěn)定性。

（2）擋墻內(nèi)側(cè)設置3排φ168 mm鋼管樁支擋加固，排間距1.2 m，縱向間距1.5 m，梅花形布設，防護長度130 m。

（3）同期開展滑坡監(jiān)測工作，采用儀器自動監(jiān)測和人工巡視檢查相結(jié)合的方法。監(jiān)測儀器有雨量計、GNSS、測縫計、RTK和測斜儀等。

應急搶險施工期間經(jīng)歷多次降雨工況，滑坡未產(chǎn)生明顯的滑動變形，國慶期間成雅高速的雙幅通行，取得了較好的工程效果。

4 永久加固處治設計

（1）修復、完善截排水設施，減小地表水、地下水的影響。在滑坡上部機耕道設置排水溝，匯集、疏導地下水;坡面上設置兩排仰斜式排水孔。

（2）采用天然工況安全系數(shù)1.20，地震工況安全系數(shù)1.10和暴雨工況安全系數(shù)1.15對各剖面進行剩余下滑力計算分析。經(jīng)綜合分析比選，采用暴雨工況安全系數(shù)1.15進行控制設計，于臨時加固鋼管樁內(nèi)側(cè)（靠山側(cè)）采用圓形抗滑樁支擋加固，直徑2.5 m（詳見圖4）。擬設支擋位置水平向剩余下滑力較大，為節(jié)約工程投資，考慮樁前土體及施工完成鋼管樁提供的水平向樁前抗力，根據(jù)多剖面下滑力計算情況調(diào)整樁間距分別為4 m、5 m、6 m。

5 結(jié)論與建議

（1）冰水冰磧沉積層細粒土粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)砂，具有較大的自由膨脹率，受地下水的影響較大，需特別加強路基、邊坡的排水設計。

（2）道路養(yǎng)護過程中應加強邊溝、中央分隔帶的巡查。路塹內(nèi)側(cè)邊溝、中央分隔帶附近分別是路基應急集中、結(jié)構(gòu)強度最弱的區(qū)域，往往最容易產(chǎn)生破壞。加強養(yǎng)護巡查及時發(fā)現(xiàn)問題、有效分析、及時處理可減小地質(zhì)災害的影響。

（3）建議應急搶險工程措施應保證降雨工況滑坡的穩(wěn)定系數(shù)不小于1.05，方能有效控制滑坡變形發(fā)展，保證臨時工程的安全。

參考文獻：

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