天龙山路1号桥K2+180～K2+215段崩塌成因机制与治理设计

2020-10-12莫江涛

山西建筑 2020年20期

莫江涛

(太原市住建局城市建设管理中心，山西太原 030009)

1 工程概况

该崩塌位于天龙山路K2+180～K2+215段左侧边坡，该段道路以桥梁形式通过，影响路线长35 m。受近期持续降雨及边坡上侧绿化灌溉影响，2019年11月1日早晨，该边坡发生崩塌破坏，崩塌体沿岩体层面发生滑移，脱落岩体底部卡入桥梁与边坡之间，垮塌方量为320 m3，部分岩体垮塌坠入桥底，该崩塌灾害给该段公路行车安全带来严重威胁，急需进行工程治理。崩塌全貌见图1。

2 崩塌基本特征

2.1 形态特征

K2+180～K2+215段边坡主要为挖方基岩边坡，为1号桥修建时开挖形成，坡率从1∶0.75～1∶0.1渐变，坡高10 m，坡面方向219°～225°，边坡上部平台宽约2 m，平台上部为二级边坡，二级边坡小桩号侧为开挖基岩边坡，大桩号侧为绿化景观树，地表受园林绿化浇灌较为潮湿。该段道路以桥梁形式通过，桥墩高1 m～4 m，桥梁边界距离边坡1 m～5 m。已发生崩塌位于K2+193～ K2+200段桥梁内侧(如图2所示)，坡口线后侧边坡以人工种植林木为主。该崩塌影响路线长约10 m，危岩体高约10 m，宽约8 m，厚约4 m，体积320 m3，为小型崩塌。一二级基岩边坡已进行挂网防护，已发生的崩塌体与边坡脱离，撕裂主动防护网卡在桥梁与边坡的空隙中。

2.2 结构特征

该段崩塌体主要为强风化砂岩，岩层产状280°∠30°，路线走向315°，岩层倾向与路线走向呈现35°相交。强风化砂岩层厚0.5 m～1 m，风化强烈，节理裂隙发育，坡面不平整。

2.3 变形特征

受绿化浇灌和雨水下渗等不利因素作用，崩塌岩体沿岩层层面发生向下滑移(见图3)，其中崩塌体后部2 m宽岩体发生拉裂垮塌，岩体坠入至桥下，受岩体滑移的侧向张拉作用，崩塌体与边坡之间形成宽约30 cm凹凸不平的张拉裂缝。目前崩塌体受下部桥梁的阻挡作用，卡于桥梁与边坡之间，对该段桥梁产生横向推力，对桥梁受力产生较为不利的影响，危岩体对桥梁安全运营形成重大威胁，急需进行工程治理。

同时，崩塌段小桩号侧边坡上部约9 m高位置存在一条宽约10 cm、长约8 m的裂缝(见图4)，该裂缝向下错动约5 cm。

该段崩塌灾害发生后，在坡体上方设置3处地表移动变形监测点，经过数日定时监测，未发现这3处监测点发生明显移动变形。

3 崩塌形成机制分析

该段崩塌的形成、发生和发展主要受边坡结构、构造作用和地表水下渗等因素影响。

1)边坡结构、构造作用。该崩塌地处构造较为发育地段，岩体受到构造作用较为破碎，可见构造揉皱现象，边坡发育产状为280°∠30°的近外倾层面，该层面与边坡坡面呈一定角度相交，对坡体稳定形成不利影响。

2)地表水下渗。该崩塌体所处边坡后部为山体低洼过水区域，地表水较为发育，同时，边坡上部存在绿化单位种植的景观树，绿化单位对其的灌溉导致边坡岩体富水，在长期浸泡冲刷作用下，导致岩体结构面之间强度参数较低，从而发生地质灾害。

综上所述，复杂的地质结构构造条件是崩塌形成的主要内因，地表水下渗是崩塌形成的主要外因，在内外因共同作用下，形成该处崩塌灾害。

4 崩塌灾害评价

根据JTG C20—2011公路工程地质勘察规范，该崩塌按体积、形成机理以及组成物质划分为小型滑移式崩塌。

4.1 定性分析

通过对该崩塌的地质勘察揭露，该段开挖边坡较陡，在自重作用下，部分岩体沿外倾层面发生滑移，进而与边坡脱离，形成凹凸不平的后缘近竖直的张拉裂缝。区内岩石大部分为沉积岩，以厚层砂岩为主，风化严重较为破碎，存在不利的外倾层面，且多夹有泥化软弱夹层，同时受地表降水、绿化浇灌的下渗等影响，崩塌体稳定性将越来越差，对边坡下方公路通行车辆带来严重威胁。根据对该崩塌灾害点详细的工程地质勘察，采用地质类比法及赤平投影图(如图5所示)对其稳定性进行定性判断。

由赤平投影图可知，岩层层面与坡面呈一定角度相交，但是由于坡面临空且近直立，加之岩层层面外倾，岩体在不利因素下有沿层面滑动的可能。

同时，岩层层面与节理1形成不稳定楔形体，在不利因素下可能发生滑动。

4.2 岩土物理力学参数分析与评价

4.2.1计算工况

根据JTG D30—2015公路路基设计规范及JTG B02—2013公路工程抗震规范规定，边坡稳定性计算应考虑下列三种工况(如表1所示)进行分析。

表1 计算工况和荷载一览表

4.2.2稳定性计算

1)计算模型。

目前，按照不同的标准，危岩分类系统多样，但是，从工程防治的角度按照危岩失稳类型进行分类更有价值，可将危岩概化分为滑移式危岩、倾倒式危岩和坠落式危岩3类。当软弱结构面倾向坡外，上覆盖体后缘裂隙与软弱结构面贯通，在动水压力和自重力作用下，缓慢向前滑移变形，形成滑移式危岩，其模式见图6；当软弱夹层形成岩腔后，上覆盖体重心发生外移，在动水压力和自重作用下，上覆盖体失去支撑，拉裂破坏向下倾倒，形成倾倒式危岩(见图7)；根据现场调查，本次崩塌采取的计算模型为滑移式。

2)计算公式。

后缘有陡倾裂隙、滑面缓倾时，滑移式危岩稳定性按相关规范公式计算。

3)岩土物理力学参数分析与评价。

计算参数主要包括危岩块体物理力学参数、几何形状参数、裂隙和滑面参数以及地震水平系数。

a.危岩块体物理力学参数。危岩块体物理力学参数主要是依据已发生滑动岩体结构面参数进行反算、类比修正后确定，具体参数见表2。

表2 危岩体稳定性计算参数一览表

b.几何形状参数。几何形状参数主要包括危岩体重心、面积、重心到倾覆点的水平和垂直距离、与基座接触面倾角等，可从计算剖面中量取。

c.裂隙和滑面参数。裂隙和滑面参数主要包括后缘裂隙高度、裂隙充水高度、滑面长度、滑面倾角、裂隙粘聚力和内摩擦角等，主要从计算剖面中量取和采用经验数据。

d.地震力水平作用系数。项目区基本地震烈度为8度，地震动峰值加速度为0.2g。

4)稳定性与评价。

该崩塌变形破坏模式为滑移式，通过计算，其稳定性结果见表3。

表3 三种工况下各危岩块体整体稳定性计算结果统计表

5)综合稳定性分析评价。

根据危岩体稳定性计算结果，按照DZ/T 0218—2006滑坡防治工程勘查规范中危岩体稳定程度等级划分表对其进行稳定程度划分，具体见表4。

表4 危岩体稳定程度等级划分表

根据表3计算结果可知，计算滑动岩体各种工况下均处于不稳定状态。崩塌体受下部桥梁的阻挡作用，悬于桥梁与边坡之间，脱落岩体有发生断裂垮塌的危险，危及行人安全，同时，根据上文计算，该段边坡在不利工况下极易发生进一步崩塌变形，对道路安全运营形成重大威胁，故对该灾害点进行病害治理显得十分紧迫和必要。

5 崩塌治理工程设计

5.1 治理原则

1)治理工程应做到经济合理、安全有效、施工可行。

2)治理工程措施尽量有利于环境保护和路容美观。该段公路为旅游防火通道，为避免对环境造成大的破坏，以坡面防护结合局部清理的措施对崩塌灾害进行处治，不再采取大量开挖的方案。

3)设计方案应充分考虑施工过程中对原有路面的保护，并尽量保持施工期间道路可供施工车辆通行。

5.2 治理工程设计

本次灾害治理工程设计先进行了应急工程施工，再在详细勘察以后，进行局部危岩体清除，再采用锚索地梁+主动防护网+护面墙+截水沟的工程措施进行综合治理。

5.2.1应急工程

清除已脱离边坡的崩塌堆积体，对危岩体进行清理，清方量为380 m3。在该段边坡上设置3处地表变形观测点，每天监测两次直至施工结束。

5.2.2主要工程设计

1)坡面危岩体清理。

对K2+180～K2+210段边坡裂缝张开，存在安全隐患的危岩体进行清理，同时，对坡面进行整平处理，共计清理危岩体300 m3。

2)锚索地梁。

在K2+170～K2+230段上边坡采取22根锚索地梁进行防护，其中锚索长15 m～25 m，锚固段8 m～10 m，横向间距3 m，竖向间距2.5 m，共计布设84根锚索。其中K2+170～K2+180段锚索地梁设置在原设挡墙顶上，每根地梁设置3根锚索，地梁高7 m；其余段落锚索地梁设置于本次新建挡墙顶上，每根地梁设置4根锚索，地梁高10 m。

由于清除危岩体位置出现巨大凹腔，需对凹腔两侧进行坡面整平处理，锚索地梁视地形设置于凹腔中心两侧位置。

3)护面墙。

在K2+182～K2+230段设置4 m高C20混凝土护面墙，共长53 m，护面墙依地形而建，墙背需紧贴坡面，埋深1.5 m，墙顶设置本次拟建锚索地梁。

4)截水沟。

该段崩塌后侧的地形为一洼地，地表降雨汇集后对该段基岩边坡不利外倾层面的软化是该段边坡发生滑坡的一个重要原因，因此，为防止坡体后部山体低洼区域汇水继续渗入该段边坡，降低其稳定性，在该段边坡中部平缓处上部增设100 m长C20混凝土截水沟，将地表汇水引至原有截水沟。

5)拆除、重新安装主动防护网。

拆除原设一级边坡已破坏主动防护网450 m2，对完好原有主动防护网进行二次利用，本次对K2+180～K2+210段设置主动防护网，新增主动防护网150 m2。