深中层切脚牵引式滑坡体的治理技术
2020-04-09叶宇
叶宇
中铁二十二局集团第五工程有限公司，重庆 400700
近年来，随着我国经济的快速发展使城市规模持续扩大，城市之间的高速公路已基本完善，特别是随着西部大开发战略的深入实施，西部地区中小城市的高速公路进入了快速发展的阶段。由于高等级公路的结线性标准要求高，因此它的修建势必会对沿线的地形地貌产生一定的破坏。尤其是在一些不良地质地段，由于对于坡体的稳定性认识不足，大量开挖和填筑土石方以及不正确的施工方法等原因，破坏了坡体的稳定，促使滑坡的发生[1]。我国西部山脉众多，地质条件复杂，因而公路滑坡也较为严重，因公路滑坡问题导致的交通中断，影响公路的正常运输的情况时常发生，对人们的生命财产造成严重威胁。
针对高速公路建设过程中的滑坡体治理方面，刘国勇等[2]以某滑坡治理工程为例，采取抗滑桩和坡面排水措施，利用理正岩土软件计算下滑力，并以此为基础进行抗滑桩设计计算。何勇等[3]依托贵州省沿德高速公路龙家岩滑坡体，对其滑坡体特征、滑坡影响因素、滑动变形破坏机制进行分析，结合滑坡深层位移监测及施工开挖揭露地质信息对滑坡治理的动态设计过程进行了研究。罗勇等[4]以贵州省沿德高速公路龙家岩特大型滑坡的H 型抗滑桩为研究对象，采用深部位移测试手段和BOTDA 全分布式光纤传感测试技术对H 型抗滑桩在滑坡治理全过程中的变形及内力响应进行测试，采集了从滑坡治理过程到稳定后的应变，并结合深部位移成果对H 型抗滑桩的变形特性及内力进行了研究。余寿全等[5]选取典型滑坡体剖面，对其进行天然和暴雨工况下边坡稳定性计算，并以1.3 的安全系数进行剩余下滑力推算，完成其稳定性评价。
综上所述，对于不良地质滑坡施工影响及采取相应的治理措施方面，国内外学者做了大量研究，得出了很多有意义的结论，但是对于中深层切脚牵引滑坡及中层填方堆载推移式滑坡群的研究工作还不多见。
1 工程背景
1.1 工程简介
贵州余庆至凯里高速公路6 标全长11.85 km，其中黄平互通位于黄平县城附近，互通区覆盖层为含碎石粉质粘土，下伏基岩为泥岩夹砂岩，场区地质构造不稳定，区内地势相对高差140 m，互通主线及匝道设计以高填路堤、深挖路堑边坡形式通过。2014 年9 月，该边坡发生开裂、错台后，经贵州省交通厅、设计院、贵州高速集团、咨询等单位根据滑坡现状分为A、B、C、D 四个区域治理大规模滑坡，详见图1。
图1 余凯高速黄平互通地质滑坡综合治理分区平面图Fig.1 Comprehensive treatment zone plan of Huangping interchange geological landslide of Yukai expressway
1.2 地质及水文概况
1.2.1 地形地貌及周边环境 本标段场区位于贵州高原的东部斜坡地带，省道S306 通过滑坡区，交通便利，区内地势起伏较大，地表受侵蚀、冲蚀作用强烈，场区附近海拔836.2～967.5 m，相对高差接近140 m，路基轴线通过海拔在876.2～912.6 m 之间，相对高差36.4 m，路段多为旱地，植被不发育，场区地貌类型属构造侵蚀—剥蚀型中低山地貌。
场区覆盖层为黏土夹碎石，厚约3～10 m。下部为强～中风化砂岩夹泥岩，薄～中厚层，地层呈单斜产出，节理较发育。
1.2.2 水文地质 场区地下水类型为第四系松散土层孔隙水、基岩裂隙水。前者赋存于上覆松散土体重，主要为上层滞水，水量较小，埋藏较浅；后者赋存于基岩裂隙中钻探揭露A 区稳定水位8～15 m，B 区稳定水位3～20 m，C 区稳定水位8～13 m。
2 主要治理技术
2.1 总体治理技术概况
针对该滑坡体的现状，结合地质情况，主要采用以下方式进行治理：
1）抗滑桩182 根，桩截面2×3 m、3×4 m，护壁厚35 cm，桩基深度16～40 m；
2）抗滑桩上设置锚索34278 m，锚固端8 m，自由端15～32 m；
3）桩间墙采用C15 片石混凝土，墙面坡率1:0.5，高度8～10 m；
4）仰斜式排水孔9591 m，埋入坡面深度20 m，间距12～15 m。
2.2 钢支撑护壁抗滑桩施工技术
图2 滑坡体综合治理技术示意图Fig.2 Schematic diagram of landslide treatment technology
抗滑桩设计截面3×4 m，桩深超过40 m，采用人工开挖，对施工人员的生命时刻存在安全风险，在开挖时采用钢支撑进行护壁支撑，即以钢支撑为骨架，使桩体形成一个统一整体，在不均匀外力作用下，形成一个强有力的支撑体，避免了桩体的垮塌及变形，从而达到安全施工的目的。
由于处于滑坡体的敏感区域，加上粉质粘土的特殊地质情况，以及存在地下水作用，在开挖时土体自稳时间较短，极易形成塌孔影响开挖。在开挖中先对四边土体按照普通抗滑桩开挖成槽，给模板安装提供条件，在模板安装以后，迅速将槽钢焊接成形，形成支撑模板的骨架体系。在清理完孔内土体后，再对模板后面进行混凝土浇筑形成钢筋混凝土护壁。在开挖至弱风化层时，设置锚杆，锁定整个钢支撑。在开挖过程中钢支撑未发现变形情况，整体性、稳定性及安全良好，实现了大截面超深抗滑桩的安全平稳开挖成孔。
3 抗滑桩施工对边坡稳定影响分析
黄平互通边坡滑坡分为4 个区域，选用B 区抗滑桩施工对边坡稳定性支挡的效果进行分析。
该区滑坡属大型-牵引式-深层滑坡，滑坡区覆盖层为粉质粘土夹碎石，下伏基岩为志留系中上统翁项群（S2～3 wn）泥岩夹砂岩，其岩体破碎，岩石风化强烈，开挖揭示坡体上岩体多呈碎块状，边坡施工前进行切脚开挖后，破坏了原坡体的平衡条件，从而形成滑坡。根据地勘资料，分BA-BA’，BB-BB’，BC-BC’三个断面进行分析设计计算：
BA-BA’断面，滑动面参数：C=10 kPa，φ＝5°，当K=1.25 时，边坡开挖后剩余下滑推力N=1500 kN/m。
BB-BB’断面滑动面参数：C=10 kPa，φ＝7.6°，当K=1.25 时，边坡开挖后剩余下滑推力N=5300 kN/m。
BC-BC’断面滑动面参数：C=10 kPa，φ＝10.2°，当K=1.25 时，边坡开挖后剩余下滑推力N=6250 kN/m。
根据滑坡推力计算情况，不同剖面间的滑坡推力差异较大，须现场的地形地质条件和滑坡推力计算，分区分级进行处治：
（1）BA-BA’断面下滑力较小，开挖至路床标高后，最大剩余下滑力为1780 kN/m。该断面附近区域第一级采用2 m×3 m 抗滑桩支挡，桩长22 m，桩间距6 m，为控制桩顶位移和改善抗滑桩受力，桩上设两排锚索，如图3 所示。
（2）BB-BB’断面目前滑面剩余下滑力N=3433 kN/m，且挖至路床标高后最大剩余下滑力为5300 kN/m。该断面下滑力较大，改断面附近须分级支挡，在坡口线外120 m 左右设置一排抗滑桩，桩截面2 m×3 m，桩间距6 m，桩长30 m，为全埋式抗滑桩，桩顶标高为地面以下4～8 m；在第一级平台位置设置一排抗滑桩，桩截面3 m×4 m，桩长26 m，桩间距6 m，为控制桩顶位移和改善抗滑桩受力，桩上设两排锚索，如图4 所示。
图3 BA-BA’工程地质治理横断面图Fig.3 Cross section of BA-BA' engineering geological treatment
图4 BB-BB’工程地质治理横断面图Fig.4 Cross section of BB-BB' engineering geological treatment
4 滑坡体深层位移监测
根据分区治理、分区监测的原则，对A、B、C、D 四个滑坡区域分别设置监测点，其中A 区设置5 个，B 区设置16 个，C 区设置5 个，D 区设置4 个，共设置监测点30 个（图5）。
5 治理效果分析
从以上3 个分区的监测情况分析，除个别点位由于施作挡墙等支挡在过程中有一定位移外，其余大部分点位均处于稳定可控的范围内。经治理后的黄平互通区域趋于稳定，基本无变形，滑坡治理取得了良好效果，为该高速公路全线通车计划顺利完成提供了很好的进度保证。该综合治理方案已应用于本标段内3 个边坡和另一个标段的滑坡治理，都取得了良好的治理效果（图6）。
图5 滑坡体监测点位布置示意图Fig.5 Layout of monitoring points of landslide mass
图6 黄平互通滑坡体治理效果图Fig.6 Treatment effect of Huangping interchange landslide
6 结语
通过分析黄平互通大规模滑坡灾害形成原理，采取清方减载、设置抗滑桩、预应力锚索、仰斜式排水孔等综合治理技术对黄平互通地质灾害进行综合治理是行之有效的，取得了较好的经济技术效益。通过成熟施工经验，在以后的地质覆盖层为含碎石粉质粘土，下伏基岩为泥岩夹砂岩，层间夹软弱夹层，其岩体破碎，岩石风化强烈所引起的中型中层挖方切脚牵引式滑坡、大型深层挖方切脚牵引式滑坡、中型中层填方堆载推移式滑坡都可尝试采用该综合治理技术。总结得出以下结论：
1）对于人工开挖成孔的大截面超深抗滑桩，在施工时除严格按照抗滑桩施工规范进行施工外，可采用钢支撑进行护壁支撑，杜绝塌孔的情况发生；
2）对于超深锚索施工，可引进长锚索钻机进行钻孔施工，对于堆积体积厚度较小的采用套管护壁跟进的方式防止孔壁坍塌；对于堆积体厚度较大、破碎带埋深较大的地层，可采用固壁注浆的方法进行，但同时注浆量不可控，造成成本增高；
3）采用传统的锚索套管跟进钻孔施工技术附加锚索套管管外增设大直径套管的施工方法相结合，锚索套管管外增设钢套管与锚索钻孔同步跟进，起到防止孔壁坍塌和安装排水孔预埋件的作用，可适用岩层恶劣的地质环境。
