建設(shè)及營(yíng)運(yùn)期高速公路邊坡滑坡治理分析

陳境恩，陳境宇，廖 萍

(1.中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心廣東總隊(duì),廣東 廣州 510450;2.廣州地建巖土工程技術(shù)有限公司,廣東 廣州 511458)

0 引言

由于山區(qū)路基施工需要對(duì)原山體進(jìn)行大量的土方開挖,形成較高、較陡的路塹邊坡,致使原處于穩(wěn)定狀態(tài)下的山體斜坡發(fā)生了應(yīng)力調(diào)整。在巖土體本身重力、地下水的動(dòng)靜壓力及施工外部加載等綜合作用下,路基方向剪切應(yīng)力大于巖土體本身抗剪應(yīng)力,坡體沿著軟弱結(jié)構(gòu)面(帶)出現(xiàn)剪切位移,進(jìn)而局部或整體向路基下方移動(dòng)形成滑坡。

粵北、粵西山區(qū)丘陵分布廣泛,高速公路建設(shè)形成大量挖方邊坡。降雨及地質(zhì)構(gòu)造條件為影響邊坡穩(wěn)定的兩大主要因素,廣東地區(qū)雨水充沛,常出現(xiàn)連日持續(xù)降雨天氣,且地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育,巖體風(fēng)化強(qiáng)烈,故邊坡滑坡地質(zhì)災(zāi)害較為突出。本文以一處在建設(shè)期發(fā)生滑坡和在營(yíng)運(yùn)期再次發(fā)生變形滑坡的實(shí)際工程為例,介紹兩次滑坡的情況及治理方案,希望能為其他類似邊坡治理提供借鑒。

1 工程概況[1]

邊坡位于懷陽高速樁號(hào)K35+170～K35+295段右側(cè),線位走向206°,邊坡傾向296°,原設(shè)計(jì)坡高28 m,分三級(jí)放坡,坡率自下而上為1∶1.00,1∶1.00,1∶1.25,第一級(jí)坡采用錨桿框架梁+兩側(cè)噴播植草防護(hù),第二級(jí)坡采用錨索框架梁+兩側(cè)噴播植草防護(hù),第三級(jí)坡采用噴播植草防護(hù)。塹頂上部分布高陡自然斜坡,坡度30°,植被發(fā)育。邊坡表層為第四系全新統(tǒng)殘坡積 (Qel+dl) 粉質(zhì)黏土,下部基巖為寒武系水口群(∈h ) 粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖。

2 建設(shè)期邊坡滑坡及應(yīng)急處置措施

2.1 建設(shè)期邊坡滑坡情況

2018年1月,邊坡開挖完第二級(jí),因連日降雨,在坡面中部發(fā)生局部淺層滑坡,整個(gè)平臺(tái)向下部錯(cuò)落(見圖1)。第三級(jí)坡面出現(xiàn)2條拉裂縫,裂縫長(zhǎng)12 m/條,寬0.5 cm～2 cm,基本與滑動(dòng)方向垂直。整個(gè)滑坡體縱向長(zhǎng)15 m,橫向?qū)?4 m,平均厚度約2 m,體積約420 m3。測(cè)得滑面產(chǎn)狀325°∠50°,為沿順傾結(jié)構(gòu)面滑坡。2018年3月,開挖第一級(jí)過程中,因連日持續(xù)降雨,第一級(jí)大樁號(hào)三角區(qū)發(fā)生局部滑坡(見圖2),滑坡體縱向長(zhǎng)18 m,橫向?qū)?2 m,平均厚度約2.5 m,體積約540 m3。

2.2 應(yīng)急處置措施

滑坡發(fā)生后,隨即組織監(jiān)理、設(shè)計(jì)代表等對(duì)該邊坡現(xiàn)場(chǎng)踏勘調(diào)查,經(jīng)過討論后采取處置措施為:清除第一、二級(jí)坡的滑坡體,開挖臺(tái)階及采用黏土分層回填壓實(shí)嵌補(bǔ),第一級(jí)錨桿框架梁、第二級(jí)錨索框架梁加固范圍向兩側(cè)延伸,整個(gè)坡面布置。

3 環(huán)境地質(zhì)條件

3.1 地形地貌

邊坡地處丘陵,地形起伏較大,地面標(biāo)高約59 m～163 m,自然坡較高且陡,坡度約30°。山體植被發(fā)育,生長(zhǎng)桉樹、杉樹及各種灌木、蕨類植物。

3.2 氣侯條件

邊坡位于廣東西北部,屬亞熱帶氣候,年平均氣溫為21.1 ℃,雨量充沛,4月—6月份大雨、暴雨頻繁,常出現(xiàn)4 d～5 d持續(xù)降雨天氣,年平均降雨量達(dá)1 780 mm。

3.3 地層巖性

邊坡坡體主要為強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖。強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖:褐紅色,巖石風(fēng)化強(qiáng)烈,巖心呈半巖半土狀,夾少量塊狀,巖質(zhì)極軟,手折易斷。強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖:暗紅色,巖石風(fēng)化強(qiáng)烈,巖心呈碎塊狀,不均勻夾10%的中風(fēng)化巖,巖質(zhì)極軟,敲擊易碎。

3.4 地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況,邊坡坡體第四系覆蓋層及強(qiáng)風(fēng)化層較厚,節(jié)理裂隙發(fā)育,揭露巖體較破碎,測(cè)得部分結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀:地層層面320°∠30°,節(jié)理面J1:290°∠70°,J2:305°∠45°(見圖3)。

3.5 水文地質(zhì)

邊坡坡腳處局部有地下水滲出,流量受降雨控制,雨后外滲流量較大。勘察鉆探顯示,第二級(jí)平臺(tái)、塹頂兩處鉆孔均揭露地下水,穩(wěn)定水位埋深約15 m,該邊坡地下水豐富。

4 營(yíng)運(yùn)期滑坡及穩(wěn)定性計(jì)算分析[2]

4.1 營(yíng)運(yùn)期滑坡情況

2022年7月巡查發(fā)現(xiàn),邊坡存在多處病害和出現(xiàn)變形滑坡跡象:一級(jí)坡平臺(tái)及踏步兩側(cè)位置有明顯裂縫,裂縫長(zhǎng)約40 m,寬0.3 cm～1.6 cm;二級(jí)坡坡面的踏步位置出現(xiàn)剪切裂縫,長(zhǎng)約16 m,以及兩側(cè)錨頭封錨混凝土出現(xiàn)開裂,局部已經(jīng)脫落,平臺(tái)發(fā)育有裂縫;第三級(jí)坡小里程端塹頂截水溝局部開裂,中部塹頂截水溝外側(cè)山體受擠,輕微推移,塹頂后緣發(fā)育多道貫通裂縫,裂縫距離坡口線最遠(yuǎn)約40 m,縫寬2 cm～5 cm,局部已經(jīng)形成錯(cuò)臺(tái)。根據(jù)巡查情況判定,邊坡已經(jīng)發(fā)生整體變形滑坡,隨時(shí)可能發(fā)生更大的滑移及威脅高速運(yùn)營(yíng)安全,亟需采取加固措施治理,營(yíng)運(yùn)期滑坡平面圖見圖4。

4.2 滑坡原因分析

邊坡巖體風(fēng)化強(qiáng)烈,以強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖為主,現(xiàn)場(chǎng)取樣按現(xiàn)行的GB/T 50266—2013工程巖體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[3]進(jìn)行室內(nèi)巖石抗壓試驗(yàn),其軟化系數(shù)在0.42～0.58之間。遇水易軟化,強(qiáng)度急劇降低,且坡體節(jié)理裂隙較多,存在順向不利結(jié)構(gòu)面,測(cè)得順坡向?qū)用娈a(chǎn)狀320°∠30°,坡向296°,建設(shè)期發(fā)生的滑坡即由其組合面控制。連日持續(xù)強(qiáng)降雨,地表水下滲侵入坡體,巖土體長(zhǎng)時(shí)間處于飽水狀態(tài),自重增大,強(qiáng)度降低。上述綜合因素作用下,造成邊坡發(fā)生變形滑坡。

4.3 邊坡穩(wěn)定性分析

為了深入分析及掌握邊坡穩(wěn)定情況,采用極射赤平投影法和分析計(jì)算評(píng)估法對(duì)邊坡進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

1)邊坡極射赤平投影法分析[4]。根據(jù)邊坡及結(jié)構(gòu)面赤平投影圖(見圖3),邊坡由3組結(jié)構(gòu)面控制。節(jié)理J1與層面、節(jié)理J2與層面的交點(diǎn)在坡面的同側(cè)且在坡面內(nèi)側(cè),說明兩條交線均與坡面傾向相同,傾角大于坡角,較不利于邊坡穩(wěn)定。節(jié)理J1與節(jié)理J2的交點(diǎn)在坡面的內(nèi)側(cè),傾向與邊坡傾向基本相同,傾角大于坡角,有利于邊坡穩(wěn)定。邊坡坡向與巖層面小角度相交,屬不利結(jié)構(gòu)面。

由此,地層層面與節(jié)理裂隙組合和層面對(duì)該邊坡穩(wěn)定性的影響極大,層面容易造成邊坡整體滑坡(營(yíng)運(yùn)期滑坡),節(jié)理J1、節(jié)理J2與層面易造成邊坡局部楔形滑動(dòng)(建設(shè)期滑坡)。

2)現(xiàn)狀滑面分析。該邊坡主要順著層面滑動(dòng),下伏為順直基巖面,滑坡后壁為主動(dòng)拉裂面,后緣裂縫呈圈椅狀。由此,確定現(xiàn)狀邊坡上部自然山體的貫通裂縫為后緣剪入口;結(jié)合坡面病害情況,第二、三坡腳處均出現(xiàn)大小不一裂縫,確定二、三級(jí)坡腳為滑坡剪出口,第一級(jí)坡腳為滑坡潛在剪出口。主滑方向由順向?qū)用婵刂?層面組合面換算視傾角約24°(見圖5)。

3)反算確定參數(shù)[5]。根據(jù)邊坡已經(jīng)發(fā)生變形滑坡,反算滑面強(qiáng)度參數(shù)及確定巖土c,φ值及重度,計(jì)算典型斷面見圖5。

4)剩余下滑力計(jì)算。經(jīng)計(jì)算,在安全系數(shù)為1.20時(shí),相應(yīng)剩余下滑力見表1。

表1 邊坡穩(wěn)定性反算結(jié)果一覽表

5 加固及監(jiān)測(cè)措施

5.1 加固方案

在第一級(jí)坡現(xiàn)狀錨桿框架梁內(nèi)增設(shè)3排錨索框架梁加固,錨索長(zhǎng)22 m,整個(gè)坡面布置;在第二級(jí)坡現(xiàn)狀錨索框梁內(nèi)增設(shè)2排錨索框架梁+1排錨桿框架梁,錨索長(zhǎng)32 m,錨桿長(zhǎng)20 m,整個(gè)坡面布置;在第三級(jí)整個(gè)坡面增設(shè)錨索框架梁,錨索長(zhǎng)32 m。

上述錨索采用5束錨索,設(shè)計(jì)張拉預(yù)應(yīng)力值500 kN,錨桿采用φ32普通鋼筋錨桿,框架梁截面尺寸50 cm×50 cm,梁內(nèi)采用客土噴播綠化。

5.2 裂縫處理

裂縫采用注漿固結(jié)及縫口換填黏土封閉:對(duì)裂縫剪入口處松散土開挖清除,上下超挖寬0.5 m,挖深1 m,沿裂縫布設(shè)一排注漿管,按間距1.5 m布置,埋入裂縫深2 m。完成注漿后,裂縫口回填黏土及夯實(shí),摻5%水泥(見圖6)。

5.3 排水修復(fù)

滑坡導(dǎo)致?lián)p壞的截排水溝,進(jìn)行鑿除及重新澆筑混凝土修復(fù)。

5.4 監(jiān)測(cè)措施

在每級(jí)平臺(tái)分別設(shè)置深層位移監(jiān)測(cè)孔1處,采用自動(dòng)化串聯(lián)式測(cè)斜儀監(jiān)測(cè);每級(jí)坡面安裝錨索測(cè)力計(jì)3個(gè),采用振弦式自動(dòng)采集儀進(jìn)行監(jiān)測(cè);在塹頂安裝2處拉線式位移計(jì)進(jìn)行地表位移自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。

6 結(jié)語

1)挖方和連日持續(xù)降雨是該邊坡失穩(wěn)的主要誘發(fā)因素,該邊坡出現(xiàn)兩次滑坡失穩(wěn)均由這兩種因素導(dǎo)致。挖方造成坡體應(yīng)力重新調(diào)整,坡腳應(yīng)力集中,破壞了原山體內(nèi)部的應(yīng)力平衡,而降雨形成大量雨水沿裂隙浸入坡體,造成巖體軟化、抗剪強(qiáng)度降低,自重增加,加上為順層邊坡及巖體節(jié)理裂隙發(fā)育,所以非常容易滑坡失穩(wěn)。

2)根據(jù)以上滑坡案例分析,巖性為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖的順層挖方邊坡,坡角大于巖層傾角,非常不利于邊坡穩(wěn)定,采用常規(guī)的錨桿框架梁或錨索長(zhǎng)度過短、單一級(jí)坡錨索加固難以控制邊坡穩(wěn)定,特別是在地下水豐富和巖體節(jié)理裂隙發(fā)育情況,需要考慮多級(jí)坡錨索加固、錨索長(zhǎng)度加長(zhǎng)、微型樁和抗滑樁等強(qiáng)化防護(hù)措施。該邊坡選擇在原坡形坡率及加固基礎(chǔ)上,增加錨索框架梁加固,對(duì)裂縫注漿固結(jié)和封閉處理,并修繕截排水溝的治理措施[6-7]。邊坡目前已經(jīng)完成治理施工,根據(jù)監(jiān)測(cè)顯示,邊坡經(jīng)歷了今年汛期連續(xù)降雨影響,監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在預(yù)警值范圍之內(nèi),判定邊坡目前處于穩(wěn)定狀態(tài),治理效果較好。