京新高速公路K145滑坡成因分析及综合治理

2014-06-06满高峰潘智锋

山西建筑 2014年15期

满高峰潘智锋

(中交公路规划设计院有限公司，北京 100088)

1 工程概况

京新高速公路集宁至呼和浩特段K145里程段位于内蒙古乌兰察布市卓资县境内，属低山丘陵地貌，微地貌为山前缓坡台地，线路从山前缓坡台地中前部以挖方形式穿过，最大坡高约20 m。2013年5月，右侧路堑边坡在开挖过程中相继出现两处滑坡灾害，边坡后缘出现约150 m长纵向拉张裂缝。为防止滑坡继续发展，暂停了路槽土石方开挖并对坡脚堆载反压，反压后坡体基本稳定。7月初，受当地持续强降雨的影响，滑坡发生新的变形，圈椅状滑坡后缘下挫1 m，二级边坡坡脚处隆起，出现新的剪出口，后因持续降雨，滑坡持续缓慢蠕动。随后针对滑坡现状进行了全面调查分析，设计提出了一套快速有效的综合治理方案并及时进行实施，保证了工期和顺利通车。

2 工程地质条件

2.1 滑坡特征

K145里程在500 m范围出现两处滑坡，小里程段滑坡为小型牵引式岩质滑坡，沿主滑方向长约20 m～30 m，后缘形成高约2 m近直立陡坎，滑坡体主滑方向方位角约SW268°，前后缘最大高差约16 m，滑坡体体积约8万m3;大里程段滑坡中型牵引式岩质滑坡，沿主滑方向长约40 m～50 m，后缘形成高约3 m近直立陡坎，滑坡体主滑方向方位角约NW274°，前缘剪出口、滑坡侧界羽状错动裂缝明显，周界清晰，前后缘最大高差约19 m，滑坡体体积约12万m3。两段滑坡周界均呈“簸箕状”，后缘继续向后牵引，拉张裂缝发育。

2.2 地层岩性

由于滑坡体特殊的地层结构，透水性差的泥岩夹层较易成为滑坡体滑带，形成滑坡，通过路槽开挖面可见第一层滑面位于设计路堑边坡坡脚以上0.5 m～1 m处，深部地层(滑床)主要为下第三系全～强风化砂岩及全～强风化砂砾岩，泥岩夹层呈不规律分布，上部段少量为含砾粉质黏土;路槽开挖面揭露全风化砂岩、全风化砂砾岩呈碎块状，部分呈砂砾状或土状，强风化砂砾岩多呈碎块状，岩质软，岩体破碎，局部较完整。

3 滑坡成因分析

滑坡的形成是多种因素共同作用的结果，通过调查分析，K145滑坡发生的原因可归纳为以下几点:

1)K145滑坡位于山前缓坡地带，坡顶为宽缓坡地，坡顶以下自然坡度变陡，两侧为深大沟谷，平面上呈“簸箕状”，具备发生滑坡的地形条件。

2)边坡表层主要由第四系残坡积物，全风化砂岩、砂砾岩夹薄层泥岩等组成，砾岩裂隙发育，透水性好;而泥岩为隔水层，故易在砂砾岩与泥岩接触面形成饱水带，软化泥岩降低其抗剪强度指标，形成薄弱面，为滑坡形成发展提供了天然条件。

3)路堑边坡开挖后，在坡前形成高陡临空面，破坏了坡体的原有平衡条件，解除了边坡前缘的支撑力，致使坡体应力松弛，坡顶卸荷裂缝张开，雨水灌入，降低了边坡的整体稳定性。

4)坡顶地形平缓，地表水排泄不畅，加之地层节理裂隙发育，透水性好;雨季来临时，大量地表水下灌，坡体自重增加，坡体的抗剪强度弱化，致使坡体的稳定性大大降低。

以上多种因素的共同作用导致了K145滑坡发生滑动，滑坡后缘拉张裂缝在持续发展，并不断向后牵引，致使滑坡规模进一步扩大，最终形成大型牵引式岩质滑坡。

4 滑坡稳定性评价

采用基于极限平衡理论的传递系数法对自然工况、暴雨工况及地震工况等三种状态下的滑坡的稳定性分别进行评价计算。计算首先应确定岩土体重度γ、粘聚力c和滑动面(带)内摩擦角φ三个主要计算参数。岩土体重度γ结合室内试验及经验数据等相关资料综合选取:天然重度γ取19.0 kN/m3、饱和重度取20.0 kN/m3。对滑动面的粘聚力c，可根据滑坡的地质环境条件，根据室内岩土试验指标及经验值选取;内摩擦角φ可根据滑坡的性质、目前所处的稳定状态(蠕动变形阶段)及其环境变化因素，判断其稳定度，给定c值，反算滑动面(带)内摩擦角φ。在计算该滑坡剩余下滑力时，滑面粘聚力c取为10 kPa，滑坡目前的稳定系数取0.99，反算内摩擦角φ值，综合反算的φ值为7.68°。参考滑动面(带)的饱水状态、岩土室内试验指标及类似工程实例的相关经验，综合确定滑动面天然状态下的抗剪强度指标为c=10 kPa，φ=7.5°。

通过多个断面的计算，滑坡在天然状态下的稳定系数为FS=1.01～1.03，处于极限平衡状态;在暴雨工况下的稳定系数FS=0.97～1.02，滑坡处于不稳定～极限平衡状态;地震状态下边坡稳定系数FS=0.94～0.98，滑坡处于不稳定状态。

5 滑坡综合治理

通过前述滑坡稳定性评价计算结果可知，滑坡在天然状态下处于极限平衡状态，在暴雨工况下则处于不稳定状态或者极限平衡状态，因此，为保证边坡及工程施工安全，对滑坡进行永久加固前应进行临时抢险处理。具体采取的临时抢险措施有:1)挖通并砌筑坡顶及坡面截、排水沟;2)用黏土或三七灰土夯填地表裂缝;3)施工期间对滑坡前缘堆载预压;4)滑坡变形明显位置打设临时锚杆;5)在滑体上布设变形监测系统，实时监控滑坡发展。做好临时抢险措施后，采用多种措施相结合的综合治理方法对滑坡进行永久性加固，具体工程措施布置见图1。

首先对上部边坡进行刷方卸载，单级坡高6 m，一级坡坡比为1∶1，二、三级坡坡比为1∶1.5 ～1∶2，各级边坡间留出 3 m ～16 m宽平台。滑塌区亏坡部分采用三七灰土夯填，以保证坡面平整、密实，与两端坡体连接处平顺过渡。刷坡应分段进行，并及时采取以下措施进行永久加固:

1)一、二级边坡采用预应力锚索地梁加固，地梁间采用M10浆砌片石护面墙封闭，防止雨水冲刷和下渗。2)一级边坡平台宽3 m，在平台上按纵向间距3.0 m、横向0.7 m布置三排12 m长微型桩，每根微型桩由3根Ф25钢筋平行并对称焊接在1根φ50钢管上而成，桩顶采用钢筋混凝土浇筑成一个顶板承台，将微型桩连接形成整体，增强其抗滑能力。其余边坡平台采用M10浆砌片石封闭。3)在距离一级边坡坡脚1 m高位置按间距6 m布设一排仰斜式排水孔，及时排出坡体内地下水。