G4216仁沐新高速公路新市互通区巨型滑坡处治方案

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(1.四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院， 四川 成都 610041；2.西华大学能源与环境学院， 四川 成都 610039)

1 工程概况

G4216线仁寿经沐川至新市高速公路是《国家公路网规划》新增展望路线成都至丽江公路的重要组成部分。成都至丽江公路起于成都，经仁寿、犍为、金阳、会东、攀枝花，止于云南省丽江市[1]。

同时作为四川省高速公路规划网中的组成部分，与 “遂宁-资阳-眉山”、“乐山-自贡”、“乐山-宜宾”及“宜宾-攀枝花”等高速公路形成“十字”型的高速公路为主骨架的现代化区域公路交通网络体系，对完善四川省高速公路网及区域公路网，有效实现成都、攀西、川南三大经济区之间的便捷连接，带动三大经济区之间的交通运输和经济往来，使成都、攀西、川南三大经济区资源共享、产业互补、实现经济一体化，促进区域社会经济快速发展意义重大[2]。

新市节点高速公路规划布局图见图1。

图1 新市结点高速公路规划布局图

2 地质概况

测区位于四川盆地西南边陲向云贵高原过渡地带，地势总体南高、北低。场地属侵蚀构造单面山中山区，沟谷呈“V”型，临近最高峰为五指山脉，海拔可达2 008.7 m。

线路走廊带场地附近海拔高程360～740 m，互通区附近相对高差约380 m。中都河从场地的左侧通过，位于线位的左侧，距离线位最近约450 m，由于此处中都河位于金沙江向家坝水电站库区尾部，河面宽阔，在200～500 m，水深一般在5 m以上，水流较为静止。

拟建新市互通位于中都河右侧斜坡中下部，斜坡呈折线状，下缓上陡，缓坡地带多为第四系松散层多覆盖，最大厚度可达74 m，被垦为旱地，局部有少量的冬水田，陡坡地带多为基岩裸露，出露岩性为砂泥岩互层[3]。场地不良地质主要有滑坡、崩坡堆积体及裂隙，分布有4个滑坡、1个崩坡堆积体及危岩体(见图2)，分别为④号滑坡、⑤号滑坡、⑥号滑坡、⑦号滑坡和①号崩坡堆积体，其中④号滑坡可分为④-1滑坡、④-2滑坡、④-3滑坡和④-4滑坡。滑坡与堆积体位置见图2。

3 ④号巨型滑坡稳定性评价

④号滑坡规模最大，且新市互通场址位于其中部，这种巨型滑坡的稳定性对路线方案的成立与否起决定性作用[4-6]；因此也是本文的研究重点。

根据滑坡特征及成因将④号滑坡分成④-1滑坡、④-2滑坡、④-3滑坡和④-4滑坡(见图3)。④-1滑坡和④-2滑坡作为一个整体来评价，其余两个分开进行评价。④号滑坡和⑤号滑坡的现场航拍照片见图3。

3.1 滑坡的分布位置、形态特征及规模

3.1.1 ④-1滑坡和④-2滑坡

滑坡分布在中都河右岸的斜坡中下部，该滑坡纵向长约280 m，横向约500 m，钻探揭露滑体厚度9.4～66.80 m，平均厚度约40 m，约560万m3，属巨型滑坡。滑体出露为滑动变形的粉砂质泥岩夹细砂岩块体，下伏稳定基岩亦为该套地层。

整个滑坡平面形态呈方形，滑动方向为114°，与岩层倾向正交。滑坡体部位地形起伏稍有变化，前缘突出，形成陡坡，横坡约40°～45°，高约10～20 m，基岩未解体完全，可见成片的粉砂质泥岩块体。滑坡中后缘为一平台，横坡约10°～15°，平台的后缘为基岩陡坎，坎高30～60 m，出露岩性为粉砂质泥岩夹薄层细砂岩，滑体上现被开垦为旱地，种植有玉米和橘子树。

图2 滑坡与堆积体位置示意图

图3 ④号滑坡和⑤号滑坡地形示意图

3.1.2 ④-3滑坡

整个滑坡平面形态呈锥形，滑动方向为114°，与岩层倾向正交，滑体整体向外凸出，横坡约30°～40°，坡表被垦为旱地，局部有灌木，滑体两侧发育内凹微冲沟，滑体上发育众多下挫式裂缝，裂缝宽5～10 cm，下挫5～20 cm(见图4)，现处于蠕动变形状态。

图4 下挫变形照片

3.1.3 ④-4滑坡

整个滑坡平面形态上呈圆弧圈椅状，前缘形成陡坡，坡高2～5 m，陡坡直接与砂岩陡坎接触，滑坡后缘为圆弧形平台，呈内凹，平台后缘为2～4 m的泥岩陡坎，滑体中部经后期改造强切，现在都被开垦为旱地，种植有玉米等庄稼。地表未见有任何拉裂变形等痕迹，据当地老乡介绍，近100 m也未曾复活变形过，现状处于整体基本稳定状态。

由于④-4滑坡距离线位较远，且与④-1、④-2和④-3滑坡没任何关系；因此只要不对④-4滑坡和滑坡前缘的陡坡进行施工扰动的话，可以对④-4滑坡仅做监测即可。如果对④-4滑坡前缘陡坡(即④-1滑坡及其后缘)进行清方而不采取预加固措施，可能会导致④-4滑坡复活从而影响新市互通。

3.2 滑坡的稳定性评价

根据滑坡现有状态及分布规律，根据上述稳定性分析，④-1、④-2、④-3和④-4滑坡现天然和暴雨工况下均处于基本稳定状态。

拟建互通从④-1滑坡和④-2滑坡中部穿过，④-3和④-4滑坡位于线位的左侧，对拟建互通存在影响的是④-1、④-2和④-4滑坡。拟建互通的修建势必影响④-1滑坡和④-2滑坡的稳定性，极易使④-1滑坡和④-2滑坡产生复活，将会对互通产生破坏性影响；④-4滑坡位于拟建互通的高位，④-4滑坡在极端天气下易出现失稳，其失稳将对互通的修建和营运产生极大的破坏。

4 滑坡推力计算

4.1 参数的确定

4.1.1 试验参数

据钻探揭示，滑坡滑带(面)土为全风化粉砂质泥岩，十分破碎，呈角砾状，局部夹有黏土层。根据现场采取原状土样试验成果，结合现阶段滑坡体稳定性特征反算求得C、φ值。据现场调查，地下水的不良作用明显，滑坡土体呈软塑状-可塑状，因此蠕滑带(面)土的参数结合《公路路基设计规范》(JTG D30—2015)及经验参数取得。

滑坡带土天然快剪试验参数：φ=17°～22.6°，C=45～70 kPa；饱和剪切实验参数：φ=10.5°，C=13 kPa；滑坡以块石为主，天然密度2.1 g/cm3，饱和密度2.2 g/cm3。

按照《公路路基设计规范》(JTG D30—2015)推荐的公式，采用传递系数法对1-1’和2-2’剖面滑体进行稳定性验算[7]。

Ti=FSWisinαi+ψiTi-1-Wicosαitanφi-ciLi

(1)

ψi=cos(αi-αi+1)-sin(αi-αi+1)tanφi+1

(2)

式中：Ti为第i滑块剩余下滑力，kN/m；FS为稳定系数；Wi为第i条块的重力，浸润线上取天然重度，浸润线以下取饱和重度，kN/m；αi为第i条块的重力线与通过此条块底面中点半径之间的夹角,(°)；Li为第i条块的滑动面长度,m；ci为第i条块滑面黏聚力,kPa；φi为第i条块滑面内摩擦角(°)；ψi为传递系数。

地震力计算：由于滑坡区地震基本烈度为Ⅶ度，计算时应考虑地震力的影响[8]。验算结果见表1。

表1 主滑剖面验算表

由表1可知，利用试验室得到的c、φ值计算出来的滑体的安全系数小于1，处于不稳定状态，与实际调查情况(现场调查该滑坡处于基本稳定状态)不符，因此该滑坡的滑体强度参数不能用试验参数，应结合滑坡实际稳定情况进行反算。

4.1.2 反算参数

鉴于④号滑体整体处于基本稳定状况，对主滑剖面按1.1进行参数反算，得到天然工况下滑体力学参数如下：λ=21 kN/m3，c=19 kPa，φ=18.5°；暴雨工况下参照经验，适当降低参数：λ=22 kN/m3，c=18 kPa，φ=17.5°。

4.1.3 参数确定

因此处滑带土很薄，部分含有较多角砾，钻探中取得的样品无法完全代表整个滑带土的真实情况，因此，取按反算得到的滑带抗剪参数。

4.2 剩余推力计算

对①-④号滑坡剖面(见图5)分别进行天然工况(安全系数取1.3)、暴雨工况(安全系数取1.2)的剩余推力，计算结果如表2所示。

图5 4条计算剖面平面图

可以看出，主滑剖面和3-3剖面处剩余推力巨大，远超一般工程措施承受限度。在比选了“直接支挡方案(滑坡前缘直接设抗滑桩防护，无法处治)”“完全清方方案(清方量约300万m3，工期无法保证，施工组织困难，易诱发次生灾害)”后，选择了清方+抗滑桩+锚索防护的综合手段。

表2 ①-④号滑坡剖面推力计算成果表 kN/m

5 处治方案设计

由于滑坡规模巨大，在清方设计中采用的理念是“清方后确保整体稳定，即清方后不做其他防护即可满足天然工况(安全系数取1.3)、暴雨工况(安全系数1.2)、地震工况(安全系数1.2)的安全储备”。在确保滑坡体整体稳定的情况下，采用瑞典圆弧法搜索最危险次级滑面。

结合地勘土层划分，对上下两层土体(上层为含碎石粉质黏土，下层为碎石、块石)分别取参数如下：上层土体λ=21 kN/m3，c=20 kPa，φ=22°、下层土体λ=22 kN/m3，c=20 kPa，φ=30°。通过搜索最不利滑面，得到最不利局部滑面位置如图6所示。

图6 最不利局部滑面位置

经计算该滑面天然工况安全系数为1.1，在天然工况安全系数取1.3、地震及暴雨工况安全系数取1.2的情况下，得到最大剩余推力约1 100 kN/m。

在此基础上，针对影响互通方案的4号滑坡制定如下处治方案。

5.1 ④-1、④-4区滑坡处治

该区定义为滑坡1区。

对K155+770～K156+050段采取沿530.00高程按15%横坡清方至岩土界面，后沿岩土界面清方至滑坡后缘，同时对后部清方形成的高边坡采取竖梁锚杆、锚索防护。滑体中前部设一排抗滑桩对坡体进行预加固，同时预防次级滑面的产生；此外，清方后缘15 m处设30根1.5 m×2 m截面、桩长20 m抗滑桩对后部④-4高位中型滑坡堆积体进行预加固。

对应典型断面1-1、2-2如图7、图8示。

图7 主滑断面1-1处治设计方案

图8 2-2断面处治设计方案图

对应左右线桥位处清方处治方案如图9、图10所示。

图9 右线桥位处清方处治方案图

图10 左线桥位处清方处治方案图

5.2 ④-2、④-3区滑坡处治

该区定义为滑坡2区。

对此段沿最外侧的B匝道设计标高进行清方(原设计B匝道最大挖深约30 m)，单个断面增加清方量约1 900 m3，同时对后部形成的高边坡采取竖梁锚杆、锚索防护；在滑坡前缘、桥梁外8 m左右设一排预加固圆形抗滑桩。对应典型断面3-3、4-4如图11、图12示。

图11 3-3断面处治设计方案图

图12 4-4断面处治设计方案图

5.3 方案总体布置图

具体施工顺序为：1)施工坡口外预加固抗滑桩；2)进行1区、2区清方的同时，进行后缘高边坡防护清方；3)完成滑坡前缘预加固抗滑桩；4)按互通区设计图纸施工桥、路工程。其平面布置见图13。

图13 互通区巨型滑坡处治总体方案平面布置图

5.4 处治费用估算

主要处治工程数量粗估如下：抗滑桩C30砼20 380 m3，约4 100万元；竖梁锚杆、锚索25 000 m，约900万元；增加清方100万m3～110万m3，约2 000万元。总计处治费用约7 000万元。

6 结论

G4216线仁寿、沐川至新市高速公路止点新市互通场址区发育多处巨型滑坡，且新市镇作为仁沐新高速、宜新高速、新金高速、串新高速等4条高速公路交接的重要结点，有设落地互通的需求；因此，给互通区的工程防护、处治设计提出了巨大挑战。

整个处治的理念可以概括为“清方减载实现整体稳定，前缘设桩加固次级滑面，后缘锚杆(索)加固清方形成的高边坡，小截面抗滑桩支挡顶部中小型滑坡，结合坡面截排水措施共同防护”。该方案经相关专家多方论证，可以达到确保互通工程的安全运营的目的。

另一方面，由于处治费用高昂、施工组织难度巨大，该方案也在与多个路线绕避方案进行综合比选。