公路桥墩处滑坡分析及防护设计研究

2021-06-24郭朝阳

山西建筑 2021年13期

郭朝阳

(山西省公路局太原分局，山西太原 030012)

0 引言

随着完善公路交通网络的需要，越来越多的公路向山区延伸，需要面对更多的复杂不良地质情况[1,2]。其中在山区特有的滑坡泥石流等地质灾害就不可避免的与桥梁工程紧密联系起来，而如何在滑坡等不良地质灾害影响下确保桥梁安全是设计人员需要重点考虑的[3-5]。本文以国道241、省道岚马线汾河水库改线工程罗汉沟大桥设计为背景，分析研究了该桥址处的滑坡体和可能对桥梁结构产生的不利影响，提出并采用了切实合理的防护措施，保证了桥梁结构安全。

1 工程概况

省道岚马线位于山西省中部山区，该线所处地质构造较为复杂。在选线方案设计之初已对大多数工程规模较大的滑坡进行了避让处理，但还有少数滑坡因地形限制等原因无法绕避。罗汉沟大桥位于全线19 km处，孔跨为11×40 m连续T梁，桥墩采用矩形墩和空心墩，桥台采用柱式台，经现场勘查，桥址处存在一滑坡，其中4号～9号桥墩均位于滑坡体上。

1.1 滑坡区地形地貌

滑坡处于一斜坡地带，坡度约25°，上部山坡土体裸露，黄土冲沟发育、黄土覆盖中低山区，地势整体起伏较平缓。不良地质现象主要为浅层小型压线黄土滑坡(K19+380～K19+700)，滑坡平面形态呈不规则形状，滑坡体如图1所示。

1.2 滑坡区地层岩性

1.3 滑坡区水文地质条件

滑坡区域地下水主要为第四系松散层孔隙水，滑坡堆积体主要由粉土组成，中更新统粉质黏土为隔水层，少量的地表水渗入后又沿粉质黏土面向沟内径流。地下水位埋深浅，水量小，水位随季节变化波动很大。坡体前缘的小冲沟内长年有流水，水量小，主要接受大气降水。当大气降水时，迅速形成坡面径流向滑坡东侧浅沟排泄。

2 滑坡分析

2.1 滑坡形态特征分析

2.2 滑坡成因分析

该工程滑坡的成因主要有：1)地形条件，滑坡体后缘以上坡面坡度较大，地形极有利于形成坡面径流向滑坡体汇集；2)地质条件，滑坡体物质主要由马兰组粉土组成，粉土竖向节理裂隙发育，形成入渗通道，且坡面有少量地裂缝形成，加之下伏的离石组粉质黏土阻水作用，使得较薄滑体更容易达到饱和状态。发生连续强降雨时，雨水沿节理裂隙和地裂缝渗入滑坡体，滑体快速饱和增重，使下滑力增大，同时形成局部软弱滑动带，大大降低了滑动带的抗滑力和岩体的抗剪强度，因此连续强降雨是形成该滑坡的主要因素。

2.3 滑坡稳定性分析

2.3.1 计算方法

根据规范[6]采用沿折线滑动面滑坡稳定性计算方法进行验算。公式如下：

其中，K为稳定系数;Ri为第i块的抗滑分力;Ti为第i块的下滑分力;Ψj为第i块对第i+1块滑体的推力传递系数。计算简图如图2所示。

2.3.2 计算参数及工况

本桥在设计时分析滑坡主要考虑了滑坡体在三种不同状态时的稳定性，计算工况见表1。

表1 计算工况

通过对滑坡体挖探取样，进行室内试验、反算及参照山西地区经验[7]确定滑体土的粘聚力c和内摩擦角φ值等参数指标。参数选取见表2。

表2 滑坡稳定性分析参数选取表

2.3.3 计算结果

根据规范[8]及工程重要性将该滑坡的安全系数综合定为1.25。图3为各工况下滑坡剩余下滑力，表3为滑坡稳定性分析计算结果。综合图3，表3可知，在天然状态下滑坡处于稳定状态，在连续降雨和地震工况下滑坡处于基本稳定状态。虽然该桥墩处滑坡目前处于基本稳定状态，为防止在施工过程中连续强降雨或后期运营时人为因素激活滑坡，对桥梁结构安全产生不利因素，需要及时治理该滑坡，提高安全储备。

表3 滑坡稳定性计算结果

3 滑坡综合防护

3.1 反压回填处置措施

对滑坡体前沿凹谷采用土方或土石方进行夯填整平，压实度要求不小于93%，填土高度为8 m；对回填体进行上覆50 cm的黏土封水处理，使滑坡无法形成滑动临空面，从而起到反压坡脚的作用，见图4。并在反压回填体(凹谷)下游修建拦渣墙，确保反压回填体的安全稳定。拦渣墙墙身、基础采用C20片石混凝土，在基础施工后要及时回填墙趾部分的基坑，并做成外倾斜坡防止积水下渗影响墙身稳定。

3.2 坡面防护

坡面有多处地裂缝，使得地表水容易下渗从而激活滑坡体，所以对滑坡体范围内的所有裂缝和陷穴采用黏性土或1∶3的水泥土进行夯填处理，以防止雨水或地表水直接通过裂缝下渗至滑面，并且将坡面做平顺处理，严禁形成反坡或积水凹槽。

3.3 排水防护措施

在桥台处设置截流槽，将路基边沟的雨水引至下游冲沟，滑坡范围内桥面散水在收集后集中排至滑坡范围外；拦渣墙从地面以上0.3 m间隔2 m交错布置泄水孔，采用φ10 cm PVC排水管将拦渣墙内的水排至墙外；在凹谷西侧靠山体侧沿凹谷设置梯形排水渠，并在排水渠尾端拦渣墙墙趾处设置跌水井，避免排水渠雨水冲刷拦渣墙墙趾，见图4。根据规范[9]，设计重现期为15年，按山西径流法得出该滑坡冲沟设计流量为3.57 m3/s，即排水渠的泄水能力3.57 m3/s，所以为满足沟谷的泄水要求采用底宽1 m，高1 m的梯形排水渠。