太鳳高速自救車(chē)道滑坡穩(wěn)定性分析及處治措施

何 軍

(陜西省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710000)

0 引言

高速公路是交通系統(tǒng)的重要組成部分，在我國(guó)交通運(yùn)輸中發(fā)揮著重要的作用。而路基是公路建設(shè)的基礎(chǔ)，其穩(wěn)定性是直接影響公路的建設(shè)與運(yùn)行，路基穩(wěn)定性不足，如路基沉陷、滑坡等會(huì)嚴(yán)重影響高速公路的建造成本，造成交通事故，影響行車(chē)的安全性與舒適性[1]。因此，對(duì)高速公路進(jìn)行路基邊坡穩(wěn)定性分析并提出相關(guān)處治措施具有重要意義。

相關(guān)學(xué)者對(duì)路基邊坡穩(wěn)定性分析及滑坡處治措施進(jìn)行了相關(guān)研究。王思鐸[2]研究了某公路高邊坡滑坡，以地質(zhì)資料為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)高邊坡滑坡的破壞特征進(jìn)行分析，進(jìn)行邊坡潛在滑動(dòng)面穩(wěn)定性計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果提出了預(yù)應(yīng)力錨索框架梁等針對(duì)性處治措施。趙瑛等[3]基于層次分析法和德?tīng)柗品ㄟM(jìn)行滑坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)，并構(gòu)建了滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)體系，為滑坡的防治提供了理論指導(dǎo)。段全江等[4]通過(guò)分析宜賓某高速填方段路基滑坡的成因，并進(jìn)行了邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，得出滑坡產(chǎn)生的具體原因，并根據(jù)實(shí)際災(zāi)害情況推薦了針對(duì)性處置措施。黃綱領(lǐng)等[5]以某高速滑坡治理和邊坡預(yù)加固工程為例，以分析工程地質(zhì)條件、滑坡破壞過(guò)程為基礎(chǔ)，對(duì)滑坡誘發(fā)機(jī)制及失穩(wěn)機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)分析，并基于理正巖土數(shù)值分析軟件計(jì)算分析了進(jìn)行預(yù)加固處理措施后邊坡的整體穩(wěn)定性，最后對(duì)其進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)，驗(yàn)證了治理方案的有效性。

因此，邊坡穩(wěn)定性對(duì)保證公路建設(shè)與運(yùn)營(yíng)安全具有重要意義，基于此，本文以太鳳高速K0+000～K0+400段自救車(chē)道處滑坡為研究對(duì)象，對(duì)其成因及形成機(jī)制進(jìn)行分析，并提出合理的處治措施和施工建議，為后續(xù)該類(lèi)滑坡的處治提供相關(guān)參考。

1 滑坡概況及工程地質(zhì)特征

1.1 滑坡概況

太鳳高速K0+000～K0+400段自救車(chē)道位于王家山特大橋與山都嶺大橋之間路基上，長(zhǎng)度400 m，其中K0+000～K0+190路線(xiàn)縱坡為-2.3%，K0+190～K0+400路線(xiàn)縱坡為10%；車(chē)道總寬度采用12 m，路側(cè)邊坡原設(shè)計(jì)最大坡高14 m，坡率采用1∶1.0，坡腳采用2 m腳墻進(jìn)行防護(hù)，上部采用植草防護(hù)。

由于連續(xù)降雨作用，自救車(chē)道路側(cè)邊坡及邊坡頂部古滑坡前緣不斷滑塌，并帶動(dòng)坡體后壁巖體滑動(dòng)，導(dǎo)致古滑坡開(kāi)始復(fù)活。根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪及施工開(kāi)挖情況，太鳳高速K14+100自救車(chē)道右側(cè)坡體受唐藏—商南區(qū)域斷裂帶(F12)影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，且形成順向坡，容易發(fā)生滑塌；該段坡體邊坡中～下段為強(qiáng)風(fēng)化千糜巖順向坡，表層覆蓋古滑坡早期滑動(dòng)形成的滑坡堆積體，厚度5 m～10 m，在自救車(chē)道路基施工過(guò)程中，新近堆積的滑坡體已被完全清理。邊坡上段為古滑坡體，滑坡堆積物為塊石土，厚度約10 m～16 m，該滑坡形成時(shí)間較早，形成后被坡積粉質(zhì)黏土覆蓋，自然狀態(tài)下基本穩(wěn)定，自救車(chē)道實(shí)施后受持續(xù)降雨影響該古滑坡復(fù)活，滑坡前緣再次發(fā)生滑塌，并牽引強(qiáng)風(fēng)化千糜巖邊坡順坡面滑落，導(dǎo)致邊坡持續(xù)滑塌破壞?；氯布爸胁科履_滑塌堆積體如圖1所示。

1.2 滑坡工程地質(zhì)特征

1)滑坡周界。古滑坡后緣被第四系坡積粉質(zhì)黏土覆蓋，界限模糊不清；在開(kāi)挖邊坡上古滑坡形成的塊石土堆積體與下伏基巖界限清楚，完成的3個(gè)鉆孔均揭穿了古滑體的底面，查明古滑體厚度10 m～16 m。

2)滑體特征。古滑坡呈圈椅狀，后緣周界被坡積粉質(zhì)黏土覆蓋，中前部沿坡面滑動(dòng)，堆積在邊坡坡腳形成新滑坡；滑坡中后部殘留在邊坡上部，滑體物質(zhì)主要為母巖為千糜巖的碎塊石，滑體厚度10 m～16 m，在新滑坡后壁上段可見(jiàn)較明顯的古滑坡滑面。

3)滑坡地表及地下水情況。該滑坡所處的坡體內(nèi)平時(shí)無(wú)地表水，雨季時(shí)有暫時(shí)性面流。其中坡體兩側(cè)的沖溝和滑坡體前部的支溝為該區(qū)域主要的匯水、排水通道。地勘鉆探未發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定的地下水層位。

2 滑坡成因及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

2.1 滑坡成因分析

根據(jù)野外調(diào)查，太鳳高速K14+100自救車(chē)道右側(cè)邊坡為巖質(zhì)邊坡，基巖受區(qū)域斷層影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，在邊坡上部存在一古滑坡；自救車(chē)道施工過(guò)程中，受持續(xù)降雨影響，古滑坡復(fù)活，前緣沿坡面發(fā)生滑塌，牽引下部順層巖體滑動(dòng)，在邊坡下部形成新的滑坡堆積體；古滑坡由于前緣滑動(dòng)，滑體受力情況發(fā)生變化，有繼續(xù)滑動(dòng)破壞的可能。

邊坡坡體中的地下水主要來(lái)源于大氣降水，坡頂較大的匯水面積在大氣降水下滲，遇土石界面受阻后，向邊坡坡面排泄。持續(xù)降雨導(dǎo)致地下水不斷累積，土體含水量增加，同時(shí)受到頂面兩處匯凹槽形成的地表徑流沖刷，坡體出現(xiàn)滑動(dòng)并牽引上部土層下落，形成滑塌。

2.2 滑坡穩(wěn)定性分析

2.2.1 滑坡穩(wěn)定性定性分析

古滑坡為巖質(zhì)滑坡，滑體物質(zhì)以碎塊石為主，頂部覆蓋有新近堆積的粉質(zhì)黏土，表明滑坡形成后長(zhǎng)期處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；該段自然坡面陡立，受區(qū)域斷裂影響和持續(xù)降雨誘發(fā)古滑坡前緣滑塌形成新滑坡，滑坡中、后部殘留于坡體之上，滑坡坡面未發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步的裂縫及滑塌；坡體后壁上段可見(jiàn)古滑坡滑面，殘留古滑體前部裸露，且不斷滑塌或落石，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況判斷古滑坡目前處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，古滑坡體前緣隨時(shí)有滑動(dòng)破壞可能。

首先根據(jù)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，得出黏聚力(c)、摩擦角(φi)取值，再結(jié)合定性分析結(jié)果(臨界穩(wěn)定狀態(tài))對(duì)滑坡進(jìn)行反算，求出滑帶土內(nèi)摩擦角(φi)值，最后結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)給出建議值，考慮天然狀態(tài)和暴雨?duì)顟B(tài)兩種工況對(duì)參數(shù)進(jìn)行選取，詳見(jiàn)表1。

表1 古滑坡計(jì)算參數(shù)選取表

采用傳遞系數(shù)法[6-7]對(duì)滑坡進(jìn)行推力計(jì)算，考慮暴雨和天然兩種工況對(duì)取單位寬度的主滑方向斷面，對(duì)滑坡體進(jìn)行分條，假定每一分塊為一剛體，即不考慮塊體內(nèi)部的變形與應(yīng)力，建立塊體間平衡方程，計(jì)算模型如圖2所示，斷面條分計(jì)算參數(shù)表如表2,表3所示。以Wi定義為每條塊的重力，則Ni為自重的法向分量，Ti為切向分量，計(jì)算如下式：

Ni=Wi·cosαi

(1)

Ti=Wi·sinαi

(2)

將前條塊下滑力當(dāng)作抗滑力，第i條塊滑面方向的抗滑阻力Ps表按下式計(jì)算：

Ps=Pi-Pi-1·cos(αi-1-αi)+[Ni-Pi-1·
sin(αi-1-αi)]tanφi+ciLi

(3)

Qi=Nitanφi-Pi-1·sin(αi-αi-1)tanφi+ciLi

(4)

δi=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanφi

(5)

穩(wěn)定性系數(shù)為:

(6)

剩余下滑力為:

Pi=Pi-1δ+FsTi-Qi

(7)

其中，Ni為第i塊重力沿垂直方向的分量;Ti為切向分量;αi為滑面水平傾角;φi為內(nèi)摩擦角;ci為黏聚力;Li為條塊滑面長(zhǎng)度;δi為傳遞系數(shù)。

按照天然狀況、滑體飽水狀況兩種狀態(tài),按照式(3)～式(7)分別驗(yàn)算古滑坡滑面穩(wěn)定系數(shù),計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表2 K0+228斷面條分計(jì)算參數(shù)表

表3 K0+258斷面條分計(jì)算參數(shù)表

表4 古滑坡穩(wěn)定性及剩余下滑力計(jì)算結(jié)果

根據(jù)計(jì)算分析,太鳳高速K14+100自救車(chē)道路基右側(cè)邊坡頂部古滑坡在天然狀態(tài)下穩(wěn)定系數(shù)為1.28～1.379,滿(mǎn)足1.25的安全系數(shù);暴雨?duì)顟B(tài)下,穩(wěn)定系數(shù)1.127～1.147,在1.20的安全系數(shù)下,剩余下滑推力147 kN/m～148 kN/m。天然狀態(tài)下,滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài);但在暴雨工況下,滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài),不滿(mǎn)足安全儲(chǔ)備要求,為保障地方道路及自救車(chē)道安全,需對(duì)邊坡頂部的古滑坡采取必要的加固措施。

2.2.2 邊坡整體穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

該邊坡坡高約45 m,屬于巖質(zhì)高邊坡,頂部存在一處欠穩(wěn)定狀態(tài)的古滑坡體。坡面傾向于巖體主要結(jié)構(gòu)面傾向相近似,且邊坡傾角大于巖層傾角,巖層在坡面上無(wú)支撐點(diǎn),不利于坡面穩(wěn)定;兩組結(jié)構(gòu)面的交線(xiàn)位于坡面影弧外側(cè),傾向近似邊坡傾向;邊坡巖體一斷層影響帶內(nèi)的破碎風(fēng)化千糜巖為主,受斷層影響,巖質(zhì)破碎,巖石及結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度均較低,不利于邊坡穩(wěn)定;目前位于邊坡頂部的古滑坡體前緣偶有掉塊現(xiàn)象,處于欠穩(wěn)定狀態(tài);受邊坡地形、上部地方路及電力設(shè)施影響,邊坡綜合坡率難以放緩,邊坡穩(wěn)定性差。

3 滑坡設(shè)計(jì)處治措施探究

由于邊坡頂部古滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài),前緣不斷發(fā)生小范圍滑塌,為確保從其中部通過(guò)的通村地方路安全,需對(duì)古滑坡及下部邊坡采取措施進(jìn)行綜合治理;受地形、坡體上部地方路及供電設(shè)施限制,進(jìn)一步刷坡卸載滑坡實(shí)施困難。故對(duì)古滑坡采取注漿鋼管加固坡體+擋土墻及錨桿護(hù)面墻防護(hù)邊坡的方案,對(duì)其下部坡體(自救車(chē)道上邊坡)采用支擋+邊坡錨固的措施進(jìn)行綜合治理,確保自救車(chē)道、地方道路及供電設(shè)施安全。

1)于邊坡上部地方道路外側(cè)采用2排φ89 mm×6 mm注漿鋼管對(duì)坡頂古滑坡及地方道路進(jìn)行加固,采用梅花形布置,間距1.2 m,其中K0+206～K0+240段58根鋼管長(zhǎng)25 m,K0+200～K0+206，K0+240～K0+25兩段27根鋼管長(zhǎng)20 m,鋼管管身預(yù)留10 mm注漿孔,注漿孔梅花形交錯(cuò)布置,間距7.5 cm。

2)為防止邊坡進(jìn)一步破壞,對(duì)裸露破碎坡面采用SNS柔性防護(hù)網(wǎng)進(jìn)行初步加固,網(wǎng)塊規(guī)格采用4 m×4 m,柔性網(wǎng)采用φ16 mm錨桿錨固,錨桿長(zhǎng)度3 m。一級(jí)邊坡采用C15片石混凝土擋土墻進(jìn)行防護(hù),增強(qiáng)邊坡整體及坡面穩(wěn)定性;為防止邊坡進(jìn)一步破壞導(dǎo)致上部古滑坡復(fù)活,擋土墻斷面尺寸采用2.0 m寬,擋土墻高度根據(jù)自救車(chē)道縱坡錯(cuò)臺(tái)布置(采用4 m～9 m),墻頂采用統(tǒng)一標(biāo)高。

3)在坡腳片石混凝土擋墻之上施作兩級(jí)10 m錨桿混凝土窗孔式護(hù)面墻封閉坡面,在護(hù)面墻豎肋位置布置20 cm×45 cm鋼筋籠,防止錨頭位置發(fā)生剪切破壞,同時(shí)預(yù)留5 cm的錨拉孔,待錨桿施工完成后,錨頭采用混凝土包封;為保證護(hù)面墻基礎(chǔ)穩(wěn)定,護(hù)面墻底部設(shè)置6 m長(zhǎng)φ28 mm錨拉腳墻;K0+240～K0+260，K0+180～K0+206兩側(cè)覆蓋層較薄路段,錨桿長(zhǎng)度采用9 mφ28 mm錨桿,其余路段錨桿采用15 m長(zhǎng)φ28 mm錨桿,實(shí)施過(guò)程中錨桿長(zhǎng)度可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整,確保錨桿進(jìn)入中風(fēng)化巖體錨固長(zhǎng)度不小于3 m。

滑坡設(shè)計(jì)處治措施布置圖如圖3所示。

4 滑坡處治方案施工要點(diǎn)

1)施工順序。

滑坡治理工程在地方路路側(cè)施作兩排注漿鋼管樁,確保古滑坡體整體穩(wěn)定及地方道路安全;然后清除邊坡坡腳不穩(wěn)定滑塌堆積體,拆除滑坡治理范圍內(nèi)已實(shí)施的腳墻,做片石混凝土擋墻,對(duì)巖體裸露破碎坡面采用SNS柔性防護(hù)網(wǎng)加固,保障邊坡整體穩(wěn)定及下階段坡面錨拉防護(hù)工程施工安全;最后在第一級(jí)片石混凝土擋墻之上施作錨拉坡面防護(hù)工程(護(hù)面墻),確保古滑坡下部巖土體安全穩(wěn)定。具體順序如下:a.做鋼管樁;b.拆除腳墻;c.做片石混凝土擋墻;d.做SNS柔性防護(hù)網(wǎng);e.做錨拉混凝土護(hù)面墻(完成一級(jí)護(hù)面墻后,待混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后做錨桿,完成后再向上施工下一級(jí)錨拉護(hù)面墻)。

2)注漿鋼管。

a.雙排注漿鋼管應(yīng)間隔施工,待一排注漿強(qiáng)度提高后,再施作另一排鋼管。b.注漿孔應(yīng)采用機(jī)械鉆孔成孔,成孔后應(yīng)立即放入注漿鋼管并迅速完成注漿。c.注漿鋼管采用φ89×6 mm熱軋無(wú)縫鋼管,底部設(shè)置錐頭,鋼管上環(huán)向每隔7.5 cm交錯(cuò)布設(shè)注漿孔,注漿孔直徑10 mm。d.注漿工藝為自下而上的注漿方式,注漿漿液為1∶1水泥砂漿,水灰比(質(zhì)量比)0.38～0.48,注漿壓力0.8 MPa～2.0 MPa,實(shí)際數(shù)量以監(jiān)理現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)為準(zhǔn)。e.鋼管頂部應(yīng)進(jìn)入地面高程以下50 cm,并在鋼管頂部設(shè)置止?jié){塞。頂部剩余50 cm在注漿施工完成后采用細(xì)石混凝土封孔,防止雨水順注漿孔滲入滑體內(nèi)部。

3)片石混凝土擋土墻工程。

a.施工應(yīng)避開(kāi)雨季,事先做好排水,以免坑槽積水危及墻基。b.擋土墻需間隔10 m跳槽施工,并注意觀(guān)測(cè)邊坡變形情況。c.擋土墻采用C15片石混凝土澆筑。d.根據(jù)地質(zhì)條件每10 m墻長(zhǎng)設(shè)置沉降縫,縫寬2 cm,縫內(nèi)填塞瀝青麻絮。e.墻基埋深應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求,墻基開(kāi)挖后若發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況不符時(shí),應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況酌情調(diào)整?；映诓糠?采用與墻體同標(biāo)號(hào)片石混凝土回填。

4)SNS柔性防護(hù)網(wǎng)。

a.對(duì)坡面防護(hù)區(qū)域內(nèi)的危石進(jìn)行清除或局部整平,放線(xiàn)測(cè)量確定錨桿孔位,并在每一孔位處鑿一深度不小于錨桿外露環(huán)套長(zhǎng)度的凹坑,一般口徑20 cm,深20 cm。b.按設(shè)計(jì)深度鉆鑿錨桿孔并清孔,孔深應(yīng)比設(shè)計(jì)錨桿長(zhǎng)度長(zhǎng)10 cm以上,孔徑為φ50 mm。c.注漿為1∶1水泥砂漿,強(qiáng)度不低于M30,確保漿液飽滿(mǎn),再進(jìn)行下一道工序前注漿體養(yǎng)護(hù)不少于3 d。d.安裝縱橫向支撐繩,張拉緊后兩端各用2個(gè)～4個(gè)(支撐繩長(zhǎng)度小于15 m時(shí)用3個(gè),大于30 m時(shí)用4個(gè),其間用3個(gè))繩卡與錨桿外露環(huán)套固定連接。e.從上向下鋪掛φ2.2 cm格柵網(wǎng),格柵網(wǎng)間重疊寬度不小于5 cm,兩張格柵網(wǎng)間的縫合(以及格柵網(wǎng)與支撐繩間)用14號(hào)鍍鋅鉛絲按1 m間距進(jìn)行扎結(jié),有條件時(shí)該道工序在上道工序前完成。f.從上向下鋪設(shè)鋼繩網(wǎng)并縫合,縫合繩為φ8 mm鋼繩,每張鋼繩網(wǎng)均用一根長(zhǎng)約31 m的縫合繩與四周支撐繩進(jìn)行縫合并預(yù)張拉(≥3 kN),縫合繩兩端各用兩個(gè)繩卡與網(wǎng)繩進(jìn)行固定聯(lián)結(jié)。

5)錨拉護(hù)面墻。

a.護(hù)面墻采用C15混凝土澆筑,澆筑時(shí)在預(yù)定錨桿位置預(yù)留PVC管為單點(diǎn)錨桿施工保留空間。

b.每級(jí)錨桿工程應(yīng)當(dāng)在單級(jí)護(hù)面墻完成之后及時(shí)施作,待錨固工程整體強(qiáng)度滿(mǎn)足要求后,再施作下一級(jí)錨拉護(hù)面墻。

c.護(hù)面墻后部局部巖體虧空部分采用同標(biāo)號(hào)混凝土補(bǔ)齊。

d.錨桿工程施工工序?yàn)?鉆孔→錨桿安裝→注漿→張拉→包封裸露錨頭。

e.錨桿設(shè)計(jì)采用全長(zhǎng)錨固式水泥砂漿錨桿,長(zhǎng)9 m,主筋采用HRB400級(jí)φ28 mm鋼筋,錨桿孔徑90 mm。

f.錨桿孔位測(cè)放力求準(zhǔn)確,偏差不得超過(guò)±3 cm,鉆孔與水平俯角25°,傾角允許偏差±2°,考慮沉渣的影響,為確保錨桿長(zhǎng)度,實(shí)際鉆孔深度大于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度0.4 m;成孔后用高壓風(fēng)(0.4 MPa)清孔。

g.成孔禁止帶水鉆進(jìn),以確保鉆孔施工不致惡化邊坡條件。

h.錨桿孔內(nèi)灌注M30水泥砂漿,水灰比(質(zhì)量比)0.38～0.45,灰砂比(質(zhì)量比)1∶1,砂漿體強(qiáng)度不低于30 MPa,采用從孔底到孔口返漿式注漿,注漿壓力不低于0.25 MPa。

滑坡經(jīng)治理后,監(jiān)測(cè)期未發(fā)生明顯的位移移動(dòng),治理后邊坡如圖4所示。

5 結(jié)論

本文以太鳳高速自救車(chē)道路基滑坡為研究對(duì)象,在滑坡工程地質(zhì)條件及成因分析的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了滑坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià),并提出針對(duì)性處治措施。主要結(jié)論如下:

1)詳細(xì)分析了滑坡工程地質(zhì)特征及成因,自救車(chē)道右側(cè)邊坡為巖質(zhì)邊坡,節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體破碎,受持續(xù)降雨影響,古滑坡前緣沿坡面發(fā)生滑塌,牽引下部順層巖體滑動(dòng),在邊坡下部形成新的滑坡堆積體。

2)基于傳遞系數(shù)法對(duì)滑坡進(jìn)行推力計(jì)算,評(píng)價(jià)了天然及暴雨兩種工況下滑坡的穩(wěn)定性,并進(jìn)行了邊坡的整體穩(wěn)定性評(píng)價(jià),天然狀態(tài)下滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài),暴雨工況下滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài),需對(duì)其采取必要的加固措施。

3)提出了滑坡處治的針對(duì)性措施及處置方案施工要點(diǎn),研究成果可為后續(xù)該類(lèi)滑坡的處治提供相關(guān)參考。