某二级公路段滑坡分析与治理

史建涛 周明芳 谢廷勇

滑坡是发生频繁,危害较大的地质灾害之一,一旦发生,给人民的生命财产及安全带来严重破坏[1]。随着广西公路建设快速发展,线路在经过山区和丘陵地带时,遇到了很多的滑坡问题。本文以某二级公路K56+660～K56+860左侧上边坡滑坡为工程背景,分析该边坡的变形破坏机理,揭示控制边坡变形的主要因素,提出合理的综合治理方案。

1 工程概述

该公路由于沿线地形及工程地质条件复杂、多变,路堑边坡在开挖过程中常出现整体或局部滑坡、崩塌等现象。在K56+660～K56+860段左侧上边坡,由于组成该边坡的岩土层结构复杂,力学性能差,开挖高度较大,形成较大的临空面,斜坡上出现大量拉张裂缝,边坡出现整体蠕滑变形现象;并且该边坡在雨季降雨和地表水大量渗入时,有加速滑移的趋势。为防止边坡失稳影响路基施工及运营安全,需对该边坡进行治理。

2 工程地质情况

2.1 地质构造

该区属云贵高原桂西隆起带,位于背斜东北翼,为单斜构造,岩层走向 NW-SE,倾向 NE,倾角35°～ 52°,与公路左侧边坡坡向相反。因受断层活动影响,岩层中裂隙较发育,下伏微风化炭质泥灰岩裂隙结构面主要有四组,产状分别为:34°∠52°(层间裂隙),309°∠84°,224°∠74°,164°∠81°,这些裂隙纵横交错,延伸较长,裂隙多被方解石脉充填,使岩石完整性降低。

2.2 岩土体构成

根据规范[3]按其成分、力学性质可划分为:种植土(Q4)、含粉土块石、碎石(Qcel4)、全～强风化炭质泥灰岩(C1)和弱～微风化炭质泥灰岩(C1)。1)种植土(Q4):呈褐色,以粉土为主,混有碎石、角砾,其含量约为40%～50%,稍湿～湿,松散,含少量植物根系。2)含粉土块石、碎石(Qcel4):呈褐黄色,为Ⅰ类混合土,以碎石、块石为主,含量50%～80%,结构松散,稍湿～湿,层厚5.3 m～10.95 m。3)含粉土碎石、角砾(Qcel4):呈褐黄色,为Ⅰ类混合土,以角砾为主,含量61%～85%,结构松散,湿,层厚 4.3 m～10.25 m。4)全～强风化炭质泥灰岩(C1):灰黑色,隐～泥晶质、薄层状,裂隙发育,岩石多风化为土夹石状,风化碎石含量随深度的增大而增加,近底部以碎块及碎石为主,该层质软,遇水易崩解软化,其中顶面0.2 m～0.30 m风化黏土为饱和软塑状,为滑坡滑动带。层厚0.5 m～6.8 m。5)弱～微风化炭质泥灰岩(C1):灰黑色,泥晶～隐晶质结构,薄～中厚层状,质软,为易软化岩石,遇水、暴晒易碎裂,细裂隙较发育,少量方解石细脉充填,岩块坚硬,厚度不详。

3 滑坡成因分析

1)地形地貌条件:滑坡体基岩面起伏变化形态基本与地面一致,倾向公路。坡脚开挖路堑之后,形成了高约25 m的临空面,打破斜坡原来的平衡状态。2)地层条件:滑坡体上部岩土体厚度大,力学强度低,卸荷作用产生的卸荷裂隙使雨水和上部潜水沿裂隙及松散堆积物孔隙下渗,到达起隔水作用的全～强风化炭质泥灰岩岩层顶面时,使风化炭质泥灰岩顶面受到软化作用,大大降低了该层的抗剪强度,造成上部松散堆积物沿该接触面下滑,导致边坡失稳。3)水文地质条件:上部松散堆积物含水、透水性较强,地下水运动速度比较快,其透水系数K=4.5×10-4cm/s,下部强风化炭质泥灰岩、微风化炭质泥灰岩节理裂隙虽较发育,但多被方解石脉和泥钙质充填,岩溶不发育,呈弱透水性,其透水系数K=5.35×10-6cm/s。区内降雨充沛,降雨多集中在夏季,在暴雨或长时间降雨期间,地表水沿裂隙下渗到滑床,基岩阻水,浸润滑动面,成为诱发边坡失稳的关键因素。

4 滑坡稳定性验算与评价

4.1 定性评价[2]

该滑坡体厚度为7.3 m～18.9 m,滑坡成因:滑坡体受路堑开挖形成临空面,打破原有的平衡状态,产生重力式牵引,使滑体产生拉张裂缝。

滑坡体上部松散堆积物透水性较强、力学强度低,雨水沿裂隙及松散堆积物孔隙下渗,下部基岩透水性差,导致全风化炭质泥灰岩顶面受到软化,降低抗剪强度。

综上原因得知,目前滑坡处于整体蠕滑变形状态,如边坡在雨季降雨或地表水大量渗透时,有加速滑移的趋势。对路基施工和斜坡上的高压塔式电杆会产生不利的影响。

4.2 定量评价

1)根据上述稳定性分析,折线形滑动面采用稳定性方法计算,将滑体划分若干垂直条块,其公式[3]如下:

其中,Fs为稳定系数;Ri为作用于第i块段的抗滑力,kN/m;Ti为作用于第i块段滑面上的滑动分力,kN/m,出现与滑动面方向相反的滑动分力时,Ti取负值;Rn为作用于第n块段的抗滑力,kN/m;Ψi为第i块段的剩余下滑力传递至第i+1块时的传递系数(j=i);θi为第i块段滑动面与水平面的夹角;Ni为作用于第i块段的法向分力,kN/m;φi为第i块段土的内摩擦角,;Ci为第 i块段土的粘聚力,kPa;Li为第 i块段滑动面长度,m。

2)渗透压力计算公式[4]如下:

渗透压力产生的平行滑面分力:

渗透压力产生的垂直滑面分力:

其中,γW为水的重度,kN/m3;hWi为第i条块地下水位,m;Li为第i块滑面长度,m;αi为第i条块滑面倾角,(°);βi为第i条块地下水流向。

3)地下水位通过钻孔揭露地下水位及该地区地下水位变幅情况确定。

4)地震力计算。由于滑坡区地震基本烈度为6度,滑坡防治工程类型为二类,故计算时未考虑地震力的影响。

滑坡稳定性系数计算主要参数选取:天然状态C=16.6 kPa,φ=8.5°,ψ=19.5 kN/m3,饱和状态 C=14.2 kPa,φ=7.3°,ψ=20.5 kN/m3。经计算,各个工况的稳定系数见表1。

表1 各个工况的稳定系数

计算结果表明,该滑坡在天然状态下,各剖面的稳定系数大于1,小于安全系数,在饱水状态下,各剖面稳定系数小于1,处于不稳定状态。

5 滑坡治理方案设计

根据该公路滑坡特征和稳定性现状,建议选择施工简单、成本较低的抗滑锚拉桩作为支挡结构,辅以夯填裂缝和地表排水工程,具体措施如下:1)由于滑坡目前稳定性较差,抗滑桩的施工会破坏边坡目前暂时的稳定状态,甚至会加速滑坡滑移,影响路基和抗滑桩施工安全,施工前必须先在滑坡前缘堆载压脚,使滑坡处于暂时相对稳定状态,同时夯填滑坡体上裂缝,避免雨水和地表水直接渗入滑体。待后期抗滑桩及锚索施工完毕,养护期时进行了张拉锁定,支挡结构达到设计要求后,再清除压脚部位土体。2)在滑体前缘修筑施工平台,并在平台上施工人工挖孔桩,桩顶设锁口梁,加固范围主要在 K56+700～K56+785范围内,抗滑桩排宜布置在公路左侧距中轴线17 m的坡面上,桩排应与主滑方向垂直,并在抗滑桩上增加1束～2束预应力锚索,形成桩—锚联合支挡结构,改变抗滑桩的受力结构,使悬臂桩变成近似的简支梁结构,增强加固效果。3)在滑坡周界处修筑截水沟,防止外围地表水渗入滑坡;在滑体上修筑排水沟,与外围排水沟连成完善的排水系统,将滑体上的地表水排出滑体外。4)桩顶以上边坡采用放坡1∶1.25后,采用骨架植草护坡。

6 结语

该滑体目前处于基本稳定状态,但是如发生强降雨滑坡就会失稳下滑。建议K56+700～K56+795路段滑坡采用抗滑桩作为支挡结构,抗滑桩之间增加预应力锚索,辅以夯填裂缝和地表排水工程综合整治[5]。为避免抗滑桩施工时过量减载,引起边坡滑移,施工前应采取加载压脚,抗滑桩开挖时应采用隔孔跳跃式施工。在边坡加固工程施工期间及完工后1年内,在斜坡上设置简易、实用的变形监测装置,进行定期监测,以掌握滑坡滑移变形趋势和工程加固效果。

[1] 秦海燕,宋帮平.抗滑桩在某滑坡治理中的应用[J].西部探矿工程,2006(9):276-278.

[2] 黄润秋.20世纪以来中国的大型滑坡及其发生机制[J].岩石力学与工程学报,2007(3):433-454.

[3] GB 50021-2001,岩土工程勘察规范[S].

[4] DZ/T 0218-2006,滑坡防治工程勘察规范[S].

[5] 王恭先.滑坡防治中的关键技术及其处理方法[J].岩石力学与工程学报,2005(11):3818-3827.

[6] 宋志伟.高速公路高填方路基边坡滑坡的鉴定与治理[J].山西建筑,2009,35(2):271-272.