滇東南地區(qū)連續(xù)降雨對山區(qū)高速地表結(jié)構(gòu)的影響及處治措施

劉陽，雷廣，陳兵樂

（中交第二航務(wù)工程局有限公司第五工程分公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

隨著云南及廣西西部地區(qū)高速公路網(wǎng)的持續(xù)完善及延伸，該地區(qū)的高速公路建設(shè)已進(jìn)入發(fā)展快車道，但受限于氣候多變、地形地貌復(fù)雜、不良地質(zhì)等問題，該地區(qū)高速公路及其他大型基建工程建設(shè)一直困難重重，病害處治、設(shè)計變更頻率居高不下，為工程建設(shè)質(zhì)量、進(jìn)度、成本、安全等方面的管控工作帶來巨大挑戰(zhàn)。本文以中交二航局文麻高速TJ-2標(biāo)三家1號大橋橋區(qū)及K39邊坡滑移處治工程為依托，對滇東南地區(qū)降雨對地表結(jié)構(gòu)的影響及相應(yīng)的處治措施進(jìn)行研究，旨在為后續(xù)該地區(qū)的工程建設(shè)提供有效的參考依據(jù)，積累經(jīng)驗，以達(dá)到提質(zhì)增效、降低成本、提高安全性的目的。

1 工程概況

云南省文山至麻栗坡高速公路（以下簡稱文麻高速）位于云南省東南部文山州境內(nèi)，起點接蒙文硯高速公路甲馬石K89+824處，終點位于麻栗坡北接天麻高速起點，全長74.591km。本項目是云南省省會昆明經(jīng)文山進(jìn)入越南的重要通道之一。項目的實施對于貫徹國家“一帶一路”倡議，完善地方高速公路網(wǎng)，發(fā)展地方經(jīng)濟(jì)，維護(hù)邊疆穩(wěn)定，促進(jìn)民族地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等意義重大，也是云南省“十三五”規(guī)劃中的重點建設(shè)項目之一。

三家 1 號大橋 （ZK39+145/YK39+155）、K39+400邊坡位于云南省東南部文山州西疇縣蓮花塘鄉(xiāng)革岔村境內(nèi)，三家1 號大橋為30m 裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁，采用雙柱式墩配樁基礎(chǔ)。該橋跨越一條季節(jié)性沖溝，兩岸斜坡植被發(fā)育，沖溝的溝向為195°，寬度10～30m，深約20m，溝床上覆蓋粉質(zhì)黏土，下部為泥質(zhì)頁巖，地表水豐富。K39+400邊坡原設(shè)計為四級挖方邊坡，后因開挖時發(fā)生多次垮塌沉降，設(shè)計變更新增支擋工程。

2 連續(xù)降雨對坡體及地表結(jié)構(gòu)的影響情況

文山州地處云貴高原東南部，為亞熱帶氣候，全年降雨充沛。結(jié)合近兩年文山州氣象資料顯示，每年5—10 月為文山州雨季時間，降雨量為全年降雨量的82%，平均日降雨量約為100mm，局部大暴雨，降雨量可達(dá)150～200mm以上。

三家1 號大橋橋址區(qū)及K39 邊坡區(qū)域巖體為泥質(zhì)頁巖，屬于軟巖，巖體破碎，裂隙發(fā)育，受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響及集中降雨的長期侵入作用，使該坡體巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，強(qiáng)度降低。加之工程活動對該區(qū)域巖土體大規(guī)模的擾動以及堆載的作用下，斜坡體易在巖土分解處發(fā)生滑動，無降雨時坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)，有一定強(qiáng)度。

因此，由于橋區(qū)所在斜坡前緣沖溝深切，滑坡前緣高程約1 240m，后緣高程約1 310m，相對高差70m。形成了一個高陡臨空面且坡體上覆蓋土層以松散的粉質(zhì)黏土為主，孔隙率較大，地表水及雨水下滲后轉(zhuǎn)化為地下水。地下水分兩部分，一部分隨著坡體內(nèi)的自有通道排出，一部分使巖土體含水量達(dá)到飽和狀態(tài)。巖土體容量增大，增加了下滑力，降低了抗滑力，且在巖土層分界處形成暫時性地下水富集現(xiàn)象，在強(qiáng)風(fēng)化層頂部形成靜水壓力，對上覆巖土體產(chǎn)生浮托力，降低有效正應(yīng)力和摩擦阻力，同時使該軟弱層進(jìn)一步軟化，其抗剪強(qiáng)度進(jìn)一步降低。此處軟巖覆蓋層經(jīng)地勘單位鉆探探明可達(dá)到40m左右的深度。由于排水工程處治不夠及時且效果欠佳，坡體富水無法有效及時排出，使其淤積在斜坡坡腳，形成對斜坡下部巖體的長時間浸泡，改變了周圍巖體的力學(xué)性質(zhì)。尤其是強(qiáng)度，使坡腳失去了有效的支撐。坡體后緣填土加載進(jìn)一步增加了斜坡的下滑力。因此，大氣降水下滲加之地下水水位過高，以及后期工程加載是導(dǎo)致坡體向下方產(chǎn)生推移式滑動的主要誘發(fā)原因，從而導(dǎo)致該坡體上方未入硬巖的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)出現(xiàn)偏位的現(xiàn)象。

綜上所述，斜坡變形滑動機(jī)理為：該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、地層結(jié)構(gòu)、巖土特性和沉積形成的地形地貌是該區(qū)域滑坡發(fā)生變形失穩(wěn)的決定性因素和內(nèi)在原因，而該區(qū)域的人類工程活動和地下水是誘發(fā)滑坡發(fā)生滑動的重要外在原因。

3 降雨、施工期間地表結(jié)構(gòu)監(jiān)測情況及數(shù)據(jù)分析

自2020 年11 月架梁前的復(fù)測發(fā)現(xiàn)墩臺結(jié)構(gòu)偏位后，項目隨即按照相關(guān)方要求對橋區(qū)及K39+400坡體進(jìn)行擴(kuò)大范圍持續(xù)監(jiān)測并加密監(jiān)控點的布置，布設(shè)深層位移監(jiān)測孔。根據(jù)持續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，可發(fā)現(xiàn)降雨及施工期間地表結(jié)構(gòu)發(fā)生偏位的幾個特點。

（1）2020.11—2021.3 為干旱時期，主要受地下水影響，這段時間內(nèi)橋墩監(jiān)測位移數(shù)據(jù)呈現(xiàn)變大的趨勢，但是幅度很小，基本處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。其中最大位移是右幅1 號墩，累計位移達(dá)16mm，高程沉降最大為右幅0號墩，累計沉降達(dá)7mm，地表位移數(shù)據(jù)正常。

（2）三家1 號大橋橋下抗滑樁按照設(shè)計于2021.3 月開始施工，施工工藝采用鉆孔灌注樁，由于樁基施工對橋區(qū)周圍穩(wěn)定影響較大，導(dǎo)致左幅0#臺位移數(shù)據(jù)逐漸變大，于2021.5.27日累計位移達(dá)91mm，高程沉降累計達(dá)37mm，其間變形速率平均為2mm/d，但自5 月23日對左幅0號臺右側(cè)進(jìn)行反壓后，變形停止，其他墩位數(shù)據(jù)正常。

（3）2021年5月進(jìn)入雨季后，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)左幅0 號、右幅0 號、右幅1 號墩位移量均呈現(xiàn)變大的趨勢，右幅0 號及右幅1 號墩位移量均變大30mm，現(xiàn)右幅0 號墩累計位移55mm，右幅1 號—0 墩累計位移3mm、右幅1 號—1 墩累計位移47mm，左幅0 號墩累計位移133mm，抗滑樁連梁累計位移最大38mm。

（4）雨季期間，通過對地表及結(jié)構(gòu)物的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，結(jié)構(gòu)的位移和沉降變化并不是線形變化或朝某一方向固定變化。受地下水及地表降水侵蝕影響，表層巖性軟化處于不穩(wěn)定狀態(tài)。導(dǎo)致地表及工程結(jié)構(gòu)在位移或沉降變化過程中出現(xiàn)反向變化或逆向變化。

（5）在強(qiáng)降雨期間，由于地表水快速而大量滲入地下，加之地下水排出不及時，導(dǎo)致地下水位迅速攀升，使巖土體重度增大，加之工程荷載、施工擾動、巖性軟化、有效正應(yīng)力和摩擦力降低等原因破壞了斜坡的極限平衡狀態(tài)。通過8 月26 日的數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)部分墩柱結(jié)構(gòu)位移量出現(xiàn)突變，位移速率達(dá)25mm/d。

4 地勘工作內(nèi)容、穩(wěn)定性分析及處治原則

4.1 地勘工作開展

（1）通過開展野外地質(zhì)調(diào)查，查清橋址區(qū)及K39+400 邊坡區(qū)域地下水補(bǔ)給徑流排泄與地表水系、大氣降水之間的水力聯(lián)系，確定該區(qū)域各含水層和水文地質(zhì)單元的邊界條件，分析該區(qū)域巖溶、斷層帶、褶皺等含水層的水文地質(zhì)特征與隔水層的空間關(guān)系。查清區(qū)域大型節(jié)理、斷層等發(fā)育特征，確定變形區(qū)的邊界范圍及深度。

（2）查明變形特征，分析出裂縫的分布位置、性質(zhì)、形狀、寬度、延伸長度等要素及變化情況。

（3）通過地面鉆孔，投放示蹤劑的方法將溶解后的示蹤劑投放至目標(biāo)含水層，再進(jìn)行注水加壓。使溶解于水中的示蹤劑隨地下水流不斷轉(zhuǎn)移，對井下各出水點的地下水按照一定的時間間隔進(jìn)行監(jiān)測取樣，根據(jù)示蹤劑離子濃度隨時間的變化情況，分析地下水的運(yùn)動規(guī)律、地下水徑流途徑。

（4）擴(kuò)大探測范圍，在未變形區(qū)布置深層測斜孔，以此判斷后緣山體是否也發(fā)生變形及滑坡邊界。在已變形區(qū)布置測斜孔，確定滑面深度。

（5）走訪當(dāng)?shù)爻Ｗ【用?，歸納整理獲得信息，以了解該區(qū)域往年的地質(zhì)變化及特殊水文信息情況。

（6）在地下水?dāng)?shù)據(jù)模擬中較為精確地確定降雨入滲系數(shù)是模擬能否成功的關(guān)鍵。采用水均衡法模擬計算巖溶區(qū)域的大氣降水入滲系數(shù)。根據(jù)研究區(qū)自然地理、氣象水文以及巖溶地下水資源利用開發(fā)情況，建立研究區(qū)三水轉(zhuǎn)化均衡關(guān)系，如圖1所示。

圖1 “三水”轉(zhuǎn)化、均衡要素框

根據(jù)三水轉(zhuǎn)化均衡要素圖，可以建立巖溶水文地質(zhì)區(qū)水均衡方程式：

同時，大氣降雨入滲系數(shù)與地下水量有如下均衡關(guān)系：

式（1）～（2）中：P為大氣降水量；R1為地表河流、溪溝水流入量；E為蒸發(fā)量；Qa為地表水開采量；R2為地表水流出量；W為地下水流出量；Δω為均衡期內(nèi)地下水儲量的變化；α為大氣降雨入滲系數(shù)；Qb為地下水開采量。

4.2 穩(wěn)定性分析

滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)對滑坡穩(wěn)定性計算、評價起到關(guān)鍵作用，通常的做法有工程地質(zhì)類比法、土工試驗法、反算法相結(jié)合進(jìn)行綜合分析。

（1）在鉆孔中主要采取滑帶土做室內(nèi)土工試驗，統(tǒng)計試驗數(shù)據(jù)采用標(biāo)準(zhǔn)值。具體數(shù)據(jù)統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。

根據(jù)鉆孔控制及滑坡變形特征，經(jīng)分析降雨是影響滑坡變形的重要因素。在暴雨工況下，滑坡體有可能進(jìn)一步變形。

（2）計算參數(shù)及物理力學(xué)參數(shù)的確定分析。通過顆粒分析試驗來測定土體中各種顆粒所占總質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)，顆粒分析的結(jié)果可作為土體分類、壓縮性及可塑性等衡量標(biāo)準(zhǔn)之一；采用環(huán)刀法測量土體密度，通過高精度電子秤測試土體質(zhì)量，除以體積可求其密度；通過直剪試驗來確定斷層、弱帶及滑土帶的抗剪強(qiáng)度。

（3）抗剪強(qiáng)度敏感性分析。根據(jù)橋區(qū)及K39+400邊坡滑坡情況，采用危險性較大的坡面進(jìn)行反算，目前該坡面處于變形階段，在暴雨工況下處于不穩(wěn)定狀態(tài)。滑帶土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、φ值的變化與滑坡穩(wěn)定性系數(shù)的敏感度如表2所示。

根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（GB/T 32864—2016）[1]，按照滑坡的安全穩(wěn)定系數(shù)將滑坡的穩(wěn)定狀態(tài)分成4個等級：穩(wěn)定性系數(shù)Fs＞1.15為穩(wěn)定，1.15≥Fs＞1.05為基本穩(wěn)定，1.05≥Fs＞1.0為欠穩(wěn)定，F(xiàn)s＜1.0為不穩(wěn)定。

結(jié)合《滑坡防治工程勘查規(guī)范》對滑坡穩(wěn)定狀態(tài)的四個等級劃分及12.3 條反演取值法反算，可基本確定滑坡體黏聚力值c及滑面內(nèi)摩擦角值φ。

（4）由于斜坡滑動受水壓力影響較大，因此可根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》的穩(wěn)定性計算公式進(jìn)行穩(wěn)定性計算。

通過計算結(jié)果和滑坡穩(wěn)定性及推力計算匯總表進(jìn)行比對，可推定三家1 號大橋址區(qū)及K39 滑坡在暴雨工況下處于基本穩(wěn)定—欠穩(wěn)定狀態(tài)，在雨季期間存在整體滑動的可能性。

4.3 處治原則

（1）重視防排水施工。鑒于三家1 號大橋橋址區(qū)及K39+400邊坡土體遇水不穩(wěn)的問題，在施工籌備及施工過程中要高度重視防排水施工，不論是永久性防排水還是臨時性防排水工程均需高質(zhì)量施工，切勿偷工減料。包括裸露坡面的覆蓋，坡頂、坡面截排水及施打深層泄水孔、降水井、防護(hù)墻體上施打泄水孔，碎石盲溝施作。而且因為地區(qū)炭質(zhì)泥巖的緣故，遇水成渣，施打的深層泄水孔、墻體泄水孔極易堵塞，所以泄水孔在做防堵塞措施的同時還要經(jīng)常性地進(jìn)行排查，對發(fā)生堵塞的排水孔及時疏通以保證排水效果，避免出現(xiàn)地下水位過高，造成坡體壓力過大進(jìn)而對地表結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響[2]。

（2）多種防護(hù)形式結(jié)合治理，靈活應(yīng)用。由于每個坡體滑移滑塌的誘因不同，滑移規(guī)模及受力不等，所以在進(jìn)行工程處治時要“對癥下藥”。結(jié)合三家1 號大橋及K39+400 約1km2范圍的滑坡處治工程，在此采用了被動防護(hù)網(wǎng)、護(hù)面墻、拱形骨架、框格梁、護(hù)腳墻、重力式擋墻、矩形抗滑樁+冠梁+錨索、圓形抗滑樁+冠梁、反壓等多種防護(hù)及處治形式，并視坡面防護(hù)效果及變化在后期及時跟進(jìn)補(bǔ)充新的防護(hù)和處治措施，從而達(dá)到效果最優(yōu)，成本可控、資源節(jié)省的良性狀態(tài)。

（3）勘察及監(jiān)控量測的重要性。工程地質(zhì)的探明工作一直是業(yè)界普遍存在的一道難題，在無法徹底探明確定地質(zhì)情況時，必須確保地質(zhì)勘察工作的全面性、監(jiān)控量測工作的嚴(yán)謹(jǐn)性及動態(tài)管理的可靠性。地勘工作要有切實依據(jù)并加以科學(xué)分析。及時設(shè)置并增大監(jiān)控量測點及鉆孔的布設(shè)范圍，按照固定周期進(jìn)行監(jiān)測，并分析結(jié)果，了解變化規(guī)律，通過反向推理逐步了解地質(zhì)情況[3]。

通過對施工環(huán)境及工程結(jié)構(gòu)自身的持續(xù)觀測，進(jìn)行信息反饋及預(yù)測預(yù)報，從而達(dá)到優(yōu)化設(shè)計，正確指導(dǎo)現(xiàn)場施工的目的，切忌因地勘及監(jiān)控量測工作不到位、結(jié)論及數(shù)據(jù)不可靠而導(dǎo)致現(xiàn)場處治施工始終處于被動狀態(tài)，疲于應(yīng)對、資源浪費(fèi)、成本增加且處治工程無法根治已出現(xiàn)的問題，使邊坡處治工程處于惡性循環(huán)之中。

5 結(jié)語

邊坡災(zāi)害處治工程及地質(zhì)勘察工作一直是高速公路工程建設(shè)過程中一項無法完全規(guī)避的難題，特別是處于不良地質(zhì)以及氣候條件復(fù)雜的建設(shè)項目。本文結(jié)合文麻高速TJ-2 標(biāo)項目的邊坡處治工程，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，旨在為后續(xù)類似項目的建設(shè)工作提供參考依據(jù)，進(jìn)而達(dá)到有效降低項目建設(shè)成本，安全、質(zhì)量可控，節(jié)約資源的目的，推動行業(yè)的共同進(jìn)步。