公路滑坡成灾机理及处治设计

2020-09-30闫静哲

山西交通科技 2020年4期

关键词：第四系泥岩滑坡

闫静哲

（山西路桥建设集团有限公司，山西太原 030006）

1 工程概况

我国是一个地质灾害多发的国家，其中滑坡是我国山区最为常见的灾种之一。近年来随着我国山区公路通行里程和极端灾害天气的增加，致使公路滑坡地质灾害频发，严重威胁到公路正常运营和过往人员的生命财产安全[1-3]。

G307线太原段为二级公路，位于太原市东山西缘，存在典型挖方路基。2018年9月，受前期强降雨影响，该段路基发生滑塌，造成G307一侧车道无法正常通行，从而大幅降低了该段公路的通行效率并存在较大的安全隐患。

图1 滑坡现场状况

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

该场地位于太原市东山西缘，属黄土丘陵区，构造剥蚀中山斜坡地貌，地形起伏变化较大，地形坡度为10°～30°，以梁为主，梁峁并存，梁峁顶浑圆，沟谷呈“U”型，沟谷深切，地形破碎，为滑坡等地质灾害的形成提供了有利的地形地质条件。受地震影响，东山西麓形成了数量众多的地震滑坡，其大多为黄土-基岩滑坡，该类滑坡“复活”会对沿线公路安全运营构成严重威胁[4-5]。

图2 滑塌部位下缘的滑坡台地

2.2 地层分布、岩性及特征

根据现场调绘及工程地质勘探揭示，场地内大多以古近系、新近系红色泥岩为基础，第四系黄土及黄土类土沿古地形起伏覆盖，厚度小于50 m，土质疏松，剥蚀严重。按地层新旧顺序，将勘探深度范围内自上而下划分为3个工程地质单元层。

2.2.1 第四系全新统地层

a）第四系全新统人工杂填土（Q4ml，1-1），杂色，0-0.3 m为混凝土，其下为杂填土，层厚1～2 m，平均厚度1.0 m，主要由原路基料渣等组成，均匀性差、力学性质较差。

b）第四系全新统冲洪积地层黄土状粉土（Q4al+pl，1-2），黄褐色，以粉土为主，结构松散，呈稍湿、稍密状态。层厚8.0～9.0 m，平均厚度8.4 m。

2.2.2 第四系上更新统地层

a）第四系上更新统风积层黄土质粉质黏土（Q3eol，2-1），黄褐色，可塑状态，呈中等压缩性，稍有光泽。层厚2.0～8.0 m，平均厚度6.0 m。

b）第四系上更新统冲洪积层粉质黏土（Q3al+pl，2-2），黄褐夹青灰色，可塑状态，含泥岩团块，层厚1.0～8.0 m，平均厚度4.6 m。

2.2.3 第三系上新统地层

a）新近系上新统地层泥岩（Tdl，3-1），青灰色，泥质胶结，层状构造，极软岩，强风化，层厚0.2～7.0 m，平均厚度3.0 m。

b）新近系上新统地层泥岩（Tdl，3-2），青灰色，泥质胶结，层状构造，极软岩，岩芯多呈长柱状，中风化，层厚2.0～11.0 m，平均厚度6.0 m。

2.3 水文地质

勘察期间，该区域无地表河流及溪沟，地表水系主要为大气降水，且降水以突发式局部区域降雨为主，雨量集中。

3 滑坡成灾机理及稳定性分析

3.1 滑坡成灾机理

该滑坡段为挖方路基，路面宽度11.5 m，路基右侧挖方边坡高度8～12 m，左侧为南倾的单面山坡，处于自然地形状态，坡面存在一系列波浪状的滑塌体，其排列的节律性很强，并有鼻状凸丘，高差约60～80 m，坡上植被发育。从现场调研可以看出，该滑坡后缘位于路基中线部位，后壁呈圆弧状，陡坎落差约为1.0 m，中部为凸起的缓平台，前缘位于斜坡阶地上，滑坡体周界较为清晰。

分析滑坡发生原因，该段路基处于一大型冲沟沟头部位，汇水面积较大，同时该区域覆盖厚度较大的冲填土地层，结构松散，孔隙发育，有利于雨水下渗。根据现场勘查情况发现，部分钻孔在8 m深度处出现漏浆现象，结合岩芯样特性及室内试验结果分析可知，该深度处为粉土与粉质黏土变层位置，土体基本处于饱和状态，强度较小，存在明显的滑动痕迹，因此将其判定为该滑坡的主滑面。此外，在粉质黏土与泥岩地层接触面严重风化破碎，基本呈泥状，也可能存在滑动的风险，故也将其纳入边坡稳定性计算范围。

3.2 滑坡稳定性分析

图3 滑坡地质剖面图

通过建立边坡模型进行稳定性分析，模型材料参数由勘察资料及当地工程经验确定，得出该边坡在正常工况条件下的边坡安全系数为0.921，处于不稳定状态。同时针对粉质黏土与泥岩接触位置所构成的潜在滑动面进行边坡稳定性计算，得到该段滑坡在正常工况条件下，边坡安全系数为1.088，处于欠稳定状态。二者均不满足《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）对边坡稳定性的要求，需进行加固处理。

表1 计算模型参数选择

图4 边坡稳定性计算模型

4 滑坡推力计算及处治设计

4.1 滑坡推力计算

根据现场调研及勘察资料设定滑动面为圆弧形，每一级滑坡推力采用传递系数法进行计算。根据《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）对边坡稳定性的技术要求，该路段在边坡稳定性设计中安全系数按高值进行计算，即正常工况下边坡安全系数取1.25，非正常工况I下取1.15，地震重要性修正系数取1.3，得出各工况条件下滑坡剩余下滑力如表2所示[6]。

表2 滑坡剩余下滑力

4.2 滑坡处治设计

4.2.1 坡顶部分卸载及防护设计

首先对滑塌坡面进行削坡卸载处理，削坡由上而下进行，边坡高度为8 m，边坡坡率为1∶0.75，坡面采用拱形骨架+植草防护。坡脚处设置15～30 m宽平台，有利于提高边坡整体稳定性，并方便抗滑桩的施工。为完善优化设计方案，边坡坡率、平台宽度可结合施工进程进一步优化。

对该路段右侧路基坡脚进行浆砌片石防护，防护高度0.5 m，检查该段路基两侧各100 m范围内的坑穴、陷穴及地面裂缝，并采用夯实水泥土回填处理。

4.2.2 抗滑桩设计

抗滑桩桩身采用方形钻孔灌注桩，桩截面（宽×高）尺寸：1.5 m×2.0 m，桩中心间距5 m，桩长25 m，桩身主筋、纵向筋及箍筋均采用HRB400。建立模型计算滑坡剩余下滑力作用下的桩身内力均能满足规范设计要求。

图5 滑坡处治设计图

4.2.3 排水工程

该段滑坡主要原因是水的作用，故不应只重视滑坡加固处治而忽略了工程防排水。由于该路段现有路基排水沟沉陷损坏严重，已丧失正常排水功能，本次设计对其进行拆除重建，排水沟采用矩形断面，现浇混凝土并配置钢筋网片，排水沟外侧采用水泥土并铺设防渗土工布封闭，以预防排水沟变形开裂后雨水的再次下渗。同时，为避免雨水从沟头位置汇入滑坡体，在该段路基右侧边坡上方设置截水沟。通过对滑坡体地表水的有效截流和疏导，可以进一步保证坡体的自身稳定性。