厦蓉高速公路某滑坡病害分析及处治措施研究

段小强,李俊鹏,侯怀亮

(中交第一公路勘察设计研究院有限公司,陕西西安710075)

0 引 言

近年来,随着国家高速公路事业的飞速发展,在丘陵、山区地区进行路堑边坡开挖而引起的工程滑坡成为一个经常遇到的问题。针对滑坡的变形特征、滑坡性质、地质条件、作用机理,边坡开挖影响坡体稳定的敏感因素及所保护的对象等进行综合分析,评价滑坡目前的稳定状态和工程活动影响下的发展趋势;在安全适用、技术可行的前提下,通过多方案比较选择最经济合理的方案对滑坡进行根治是滑坡设计的一个基本原则。由于滑坡对公路安全运行的危害性巨大,往往治理费用较高,因此,滑坡治理工程中进行多方案比选和对滑坡的治理方案进行优化以降低工程投资具有重要意义。

厦蓉高速公路某滑坡位于某特大桥与某隧道之间,滑坡沿路线方向长约300 m,路线在该段以挖方路堑通过,路线右侧设有停车区广场,开挖后右侧形成最大高度为48 m的五级高边坡。当路线边坡第三级边坡开挖基本到位,停车区广场第四级边坡开挖至近一半坡高时,受降雨影响发生了工程滑坡。

1 滑坡工程地质特征

1.1 滑坡地貌特征

滑坡所在位置自然坡体地貌类型属构造剥蚀中低山斜坡地貌,为倾向西南的单斜坡体,地形北东高、西南低,地面自然坡度23°～27°。沿路线方向坡面表现为东南侧高、西北侧低的特点。现坡面已被人工改造为梯田。

滑坡后缘标高825 m,前缘标高735 m,前后高差约90 m。沿滑动方向,地貌上因边坡开挖表现为多级阶梯状。

1.2 滑坡水文地质简况

勘察区地形坡度前缓后陡,覆盖层中后部较厚、前部较薄,大气降水在坡面迅速形成地表径流易向坡面前部的冲沟汇集,渗入土层的孔隙中,进而下渗到下部破碎岩体中,顺着节理裂隙向下部渗流。经调查,地下水主要以基岩裂隙水为主,分布在基岩的强风化裂隙中,其流量受季节性变化影响,主要受大气降水补给,弱风化泥质板岩裂隙不发育,岩体完整性较好,为相对隔水层。

滑坡坡体地下水丰富,在自然冲沟等地势低洼处形成3处泉水出露。其流量为0.01 L/s～0.02 L/s。现因边坡开挖,改变了地下水的渗流条件,原地表泉水出露处未见泉水。

1.3 不良地质现象

根据现场调查和地形、地貌特征分析,该段所在坡体为一古滑坡[1,2],该古滑坡影响路线长度454 m。古滑坡后壁由于后期的崩塌形成局部坡面较缓的崩塌堆积山坡地貌。

从坡体地形地貌特征、路线位置弱风化板岩顶面高程与左线左边坡地层特征及左线左侧冲沟形态、冲沟深度等因素综合分析认为,古滑坡整体上属牵引—推移复合式滑坡,路线施工前,该古滑坡整体处于稳定状态。

1.4 地层与地质构造

滑坡区地层主要由第四系残坡积碎石土、亚粘土及下伏二叠系清江组板岩组成。第四系覆盖层厚度8 m～22 m,强风化板岩厚度1.25 m～30.4 m,其下为弱风化板岩,薄层构造,产状340°∠5°。

根据边坡工程地质勘察资料,F7断层由路线右侧边坡坡顶外通过,为张扭性裂隙带,断层产状190°∠70°,破碎带宽度8 m～13 m。

坡体岩体裂隙发育,主要发育三组裂隙。①组:产状 210°∠70°,密度 7 条/m;②组 :产状 320°∠80°,密度4条/m;③组:产状140°∠70°,密度2条/m。其中,第①组裂隙倾向与边坡倾向(215°)基本相同,构成最不利结构面。裂隙一般为张性裂隙,宽度1 mm～2 mm,无充填,延长长度大于5 m。

1.5 滑坡形态特征

该滑坡滑动后边界特征较为清晰,滑坡体的后缘张开裂缝及两侧的剪切裂缝都在地表清晰可见。滑坡前缘剪出口裂缝仅在左边界附近可以看到,其余部分因滑坡滑动后坡脚填土反压而覆盖或已被开挖破坏。滑坡平面形态呈“圈椅”状,前宽后窄,主滑方向218°,滑坡沿路线方向宽度300 m,纵向长度205 m,滑体厚度 13 m～25 m,估算滑坡体积约110×104m3,具体见图1。滑坡在纵向上滑面呈折线型,中前部较缓,在滑坡后缘一带,滑面较陡,倾角60°～70°,向下滑动面倾角变缓,剪出口滑面倾角为4°。总体上滑面表现为上中部较陡,中下部较缓的特征。

2 滑坡的形成机制分析及稳定性评价

2.1 滑坡的形成机制分析[3～5]

该滑坡是由于工程活动引起的工程滑坡,其发生的主要原因为:

(1)物质组成:由于滑体主要由粉质粘土碎石土、残坡积土、全～强风化的板岩组成,在开挖断面上表现为碎、块石夹土状,钻孔内岩芯呈土夹碎、块石状,结构疏松,为滑坡形成提供了物质基础。

(2)大气降雨与地下水活动:由于本区雨季时降雨集中,降雨强度大,降水量高,大气降水不仅对滑体加载,也为地下水提供了充足的补给来源,在地下水的作用下,风化岩体的抗剪强度降低,其抗滑性能变差。

(3)坡体裂隙发育构成易滑地层:由于坡体内岩体裂隙发育,裂隙面多有泥化现象,加之风化作用强烈,坡体上部的风化岩体在坡脚支撑应力降低时,极易使上部坡体沿某软弱带产生滑动。

(4)斜坡前缘临空:因边坡开挖,使坡体前缘临空,为滑坡的形成提供了滑动空间。

2.2 滑坡的稳定性评价

根据该滑坡目前的裂缝特征及变形情况分析,沿着主滑方向的滑面已经基本贯通,滑坡发生后,施工方已停止了下部边坡的开挖,因正值雨季,地表降水沿裂缝入渗,不仅会造成前部滑体的进一步滑动,还将会有牵引作用,造成整体滑坡的加速和大规模滑动。当路基开挖到设计标高后,坡脚处进一步失去支撑,由于卸荷作用,当遇连续降雨时,滑坡的稳定性将会进一步降低,必将造成边坡失稳和坡体的大规模滑动。

3 滑坡治理方案及方案比选

3.1 滑坡治理方案[6,7]

针对该滑坡的变形特征、滑坡性质、滑体物质组成特征、边坡开挖施工特征影响坡体稳定的敏感因素、及所保护的对象等综合分析,本着技术可行、经济合理的原则,以综合防排水措施与抗滑支挡相结合,通过必要的监测预警,进行综合治理。

图1 滑坡平面形态图

因滑坡沿路线方向长度较长,滑坡治理工程量比较大,滑坡拟定的方案有3种。3种治理方案总体分为保留右线停车区方案和取消右线停车区方案(将停车区移至下一个标段),保留右线停车区方案分为原设计停车区标高方案(方案一)和抬高停车区标高方案(方案二),方案三为取消右线停车区方案。3种方案具体如下:

3.1.1 方案一:普通抗滑桩+锚索抗滑桩+综合排水

因主滑断面滑坡推力较大,在停车区广场北侧的四级平台上距五级边坡坡脚约1 m沿路线方向布置一排锚索抗滑桩,在高程785 m附近沿路线方向布置第二排抗滑桩,对滑坡进行支挡,在三级边坡坡面滑坡剪出口附近设置仰斜排水孔。主滑断面工程布置见图2。

图2 主滑断面治理工程布置图(方案一)

3.1.2 方案二:抬高停车区标高+普通抗滑桩+锚索抗滑桩+综合排水

在不降低高速公路设计标准的情况下,将右线停车区广场的标高抬高4 m,根据抬高后的停车区广场标高,将本段的一级边坡高度由原来的10 m调整为6 m,从而四级平台上的抗滑桩桩长可缩短4 m,其它工程同方案一。主滑断面工程布置见图3。

图3 主滑断面治理工程布置图(方案二)

3.1.3 方案三:取消停车区广场+锚索抗滑桩+综合排水

停车区广场取消后,根据本段的现有地形情况,路线的右边坡最大边坡高度为30 m,从而形成三级边坡,一级边坡采用锚杆框架进行坡面防护,二、三级边坡采用锚索框架进行边坡加固。同时在三级边坡坡顶外10 m沿路线方向设置一排锚索抗滑桩,对滑坡进行支挡。主滑断面工程布置见图4。

图4 主滑断面治理工程布置图(方案三)

3.2 滑坡的治理方案比选

保留停车区的方案一投资巨大,施工工期最长,难度最大。

保留停车区的方案二虽然保留了停车区广场,投资规模稍有减少,但由于抬高了停车区广场标高,致使停车区的服务水平降低。

方案三为取消停车区广场方案,相比之下,其投资较小,工期最短,易于施工,质量和工期有保证。

综合考虑工程投资、工期及其对工程质量的影响等因素,最终选择了方案三作为滑坡治理方案。

4 结 语

厦蓉高速公路某滑坡是山区公路建设中比较典型的滑坡,主要涉及到了工程线路主体及其附属工程在结合应用中的一种突出矛盾,本文以工程实例的形式介绍了该滑坡在安全适用、技术可行、经济合理等设计原则下,通过多方案比较,选择最佳滑坡治理方案。说明了在滑坡治理工程设计中,应综合考虑多方面因素,多方案进行比较,选择最佳方案作为滑坡的工程治理方案。同时,对于类似工程在综合设计中的全面考虑具有一定的借鉴价值。

[1] 建设部综合勘察研究设计院.GB50021-2001.岩土工程勘察规范[S].北京:人民交通出版社,2009:52-53.

[2] 交通部第一公路勘察设计院.JTJ064-98.公路工程地质勘察规范[S]北京:人民交通出版社,1999:98-103.

[3] 中交第二公路勘察设计研究.JTGD30-2004.公路路基设计规范[S].北京:人民交通出版社,2004:61-64.

[4] 周海清,陈正汉.面向对象的神经网络建模工具及其在滑坡稳定性分析中的应用[J].水利与建筑工程学报,2007,5(4):13-16.

[5] 娄一青,郑东健,岑黛蓉.降雨条件下边坡地下水渗流有限元分析[J].水利与建筑工程学报,2007,5(1):5-7.

[6] 赵明阶,何春光,王多垠.边坡工程处理技术[M].北京:人民交通出版社,2003.

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