三淅高速灵卢段山体滑坡稳定性评价及治理措施研究

2022-09-07袁安森

中国水能及电气化 2022年8期

袁安森

(中铁十八局集团第一工程有限公司, 河北涿州 072750)

随着我国交通建设速度的加快, 极大地促进了地区间的经济发展, 其中高速公路建设是极为重要的一环, 而在其建设中不可避免会遇到边坡稳定性治理等常见工程问题, 多年来受到重点研究关注[1-6]。

张卢明等[7]采用有限差分动力分析法对整治后的滑坡进行抗震稳定性分析, 同时结合现场监测评估坡体的安全性。丁恒等[8]为对尖山营滑坡变形破坏机制及稳定性进行研究, 结合收集的资料和现场调查情况综合分析, 运用构造地质学、数值模拟、无人机等手段方法展开研究。李效萌等[9]通过野外调查, 较全面地研究了赣东地区小型牵引式残坡积土质滑坡的区域地质环境和水文、工程地质条件, 结合反演分析及折线滑动法计算滑坡稳定性系数等手段, 对滑坡在两种工况下的稳定性进行了定量探讨, 在此基础上分析了滑坡成因和可能的失稳破坏模式; 针对小型牵引式残坡积土质滑坡失稳破坏模式分析得出: 小型牵引式残坡积土质滑坡破坏模式经历三个阶段: 前期蠕变—坡体蠕动阶段、中期变形—滑动面贯通阶段、后期破坏—滑坡破坏阶段。董建辉等[10]为了进行二道坪滑坡的成因及稳定性分析, 在对现场进行详细勘察后, 结合无人机、工程地质学以及土力学等手段, 对其进行研究。

综上所述, 目前对于滑坡稳定性分析已有较多研究, 但是目前研究针对工程种类多样, 而针对重点高速公路沿线典型滑坡治理可借鉴的工程经验较少, 同时对于滑坡立体监测研究内容较为缺乏, 因此本文依托三淅高速灵卢段典型山体滑坡, 通过详细的现场地质调查和原位变形监测, 开展公路滑坡稳定性分析和时空演化过程分析。

1 工程简介

三淅高速灵卢段TJ11 标位于卢氏县境内, 起点桩号为K71 +800, 终点桩号为K75 +100, 全长3.3公里。合同价2.93 亿元, 合同工期22 个月, 主体工程在2012 年12 月底完工。主要工程量有: 路基土石方工程200 万m3, 其中挖方182 万m3, 填方18 万m3;分离式大桥2 座: 柳家凹大桥左线全长381m, 右线全长356m, 全桥的桩基共66 根, 立柱共54 根, 箱梁共116 片, 李家沟大桥左线全长231m, 右线全长181m, 全桥的桩基共44 根, 立柱共28 根, 箱梁共64片; 分离式隧道2 座: 西凹隧道左线长427 米, 右线长520 米, 刘家凹隧道左线长930 米, 右线长925 米;涵洞4 道共125.49 米; 机耕天桥1 座长94.06 米。

工程地质条件: 路段内覆盖层主要为碎石类土层, 片岩、砂砾岩。隧道岩性主要为粉质黏土、黄土、砾石、泥质砂岩。

三淅高速公路TJ11 标起点桩号为K71 +800, 终点桩号为K75 +100, 全长3.3 公里, 其中K71 +800-K73 +430 段共计1.63 公里为滑坡地段。豫西指挥部于第一时间组织有关单位及时对现场进行勘察并制定了切实可行的治理方案。主要工程数量为: 167 根抗滑桩(其中3m×4.5m 的15 根, 2.5m×3m 的11 根,2m×3m 的50 根, 1.75m×2.5m 的34 根, 1.5m×2m的37 根, 1m×1.5m 的6 根); 280 米隧道明洞; 锚索22710 延m; 锚杆56070 延m, 填石路基反压25 万m3。

2 滑坡稳定性评价

为分析开挖后的高速公路滑坡稳定性, 采用行业规范规定的极限平衡法, 选择3 个剖面(1-1、 2-2、3-3 剖面, 见图1)。经计算, 得到各剖面稳定性系数相关情况(见表1 和图2) 由表1 和图2 可知, 在未开挖前, 山体的开挖稳定性较好, 稳定性系数在1.13 ~1.56 间, 处于稳定和欠稳定状态。尤其在边坡深部, 由于边坡开挖的卸载作用, 深部1-1 剖面的稳定系数有所提高, 剩余推力也较小, 而在边坡表面,由于降雨入渗、风化等地质条件直接作用, 边坡的安全系数有所降低, 因此有必要对边坡的临空面进行加固, 以确保公路项目的成功修建和长期安全。

图1 立体多点监测系统平面布置

表1 滑坡稳定性评价结果

图2 剩余推力分布

3 滑坡治理工程及效果评价

3.1 滑坡治理措施施工

2011 年3 月初, 经过初期现场调查, 在已开挖的第2、 3 级边坡中出现贯穿性剪出口和小型裂缝, 随后出现裂缝的边坡发生小型滑坡, 针对发生的滑动情况进行细致地质调查和应急处理, 随后提出清方、清方+锚索、清方+抗滑桩的备选治理方案。经过综合比选, 暂时选择进行清方处理。

7 月中旬经过细致的地质勘察, 决定对施工方案进行变更, 将原先三级开挖的方案进行分六级放坡开挖。经过4 个月的放坡开挖, 在11 月中旬六级边坡开挖成型, 而在第2、 3 级边坡坡面出现局部的坍塌,于是又在该处边坡坡面增加锚索地梁进行加固, 确保坡面不出现过大裂缝进而演变为小型滑坡, 导致整个边坡稳定性降低。

12 月后开始对开挖边坡进行位移监测, 除次年4—6 月由于持续暴雨影响导致位移存在突变, 其余时间位移普遍小于3mm/月。由前述极限平衡法分析可知该边坡在暴雨作用下稳定性较低, 存在滑坡风险, 尤其是3—6 月雨季强降雨影响下容易形成公路滑坡地质灾害, 因此实有必要对该滑坡进行深层加固。为此, 经过方案比选, 决定在挡土墙后侧增设抗滑桩。经分析, 在设置抗滑桩后, 1-1、 2-2、 3-3 剖面的稳定系数分别为1.88、 1.14、 1.15, 均大于1.0,满足规范要求。由于抗滑桩施工影响, 后期边坡发现局部裂缝扩大, 因此增设锚索24 根并设置三排钢管桩见图3。

图3 工程防治方案

3.2 防治效果评价

图4为加固前后地表水平位移速率对比, 由图4可知, 抗滑桩加固前后地表水平位移月平均速率最大值分别为3.5mm/月、 0.9mm/月, 相比加固前减少了约3/4, 证明加固措施取得了很好的治理效果。

图4 抗滑桩加固前后地表水平位移速率(单位: mm/月)

4 滑坡时空演化过程分析

4.1 多点变形监测系统建立

为对滑坡变形开展长期监测, 建立如图5 所示多点变形监测系统, 其中地表监测点主要布设在滑坡体上, 监测点布设平面位置见图1, 从左至右分6 列布设共计53 个地表位移监测点, 监测为期25 个月。坡深层位移采用钻孔测斜仪垂直监测间距1m 布设, 布设19 个深部位移监测孔。

图5 立体多点监测系统布置三维示意图

4.2 地表位移速率监测结果

为直观显示地表位移速率监测结果, 将为期25个月的位移数据累积合成三维位移量, 最终形成图6三维合成位移量。据图6 可知, 由于滑坡逐渐开挖的影响, 导致滑坡中后部的位移较大, 而滑坡前缘和两侧的位移较小, 纵向上滑坡体从前至后位移量呈现增大趋势, 横向上从两侧向中间位移量呈现增大趋势,表明该滑坡在最终状态下总体呈现出推动式滑坡的特征。

图6 监测结束后累积地表三维合成位移量

4.3 滑坡时空演化过程与演化模式分析

根据地表位移变化速率将地表位移变形阶段分为初始变形阶段、剧烈滑动阶段、渐趋稳定阶段3 个阶段。图7 为高速公路滑坡变形演化过程。

图7 高速公路滑坡变形演化过程

第一阶段是在2011 年3 月之前。具体表现是小型山体滑坡, 从3 月到5 月逐渐明显。在边坡出现裂缝的天然边坡上, 出现了穿透式剪切孔, 部分开挖的二级、三级边坡出现裂缝, 下部挡土墙出现裂缝。

11 月滑坡发生后, 二、三级边坡均出现局部崩塌, 边坡裸露岩层有裂开迹象, 坡体后端拉裂呈张开状态, 倾斜呈蠕动变形。现阶段滑坡主要受前一次滑坡的扰动, 属于牵引式滑动。为防止大面积坍塌, 采取应急处理方案, 在二、三级边坡加设主索楼板梁。从观测结果可以看出, 地表呈水平坡度, 垂直分区变化均匀或略高, 累积组合较小, 说明应急措施具有较好的预防效果。

4—9 月为快速变形阶段, 在4—6 月持续暴雨的异常因素作用下, 最大变化量达40mm, 滑坡处于预警状态。在这一阶段, 滑坡的位移远大于滑坡前的位移, 说明滑坡已由最初的牵引式滑坡转变为滑坡, 雨季过后7—8 月位移减小。逐渐恢复到一个比较稳定的状态。

10 月以后, 天气变得越来越稳定。这一阶段监测持续时间较长, 可分为以下三个阶段:

a. 9—12 月为缓慢变形阶段, 期间未受强降雨影响, 变形较小, 边坡处于残余变形状态;

b. 处理变形期为次年1—4 月, 在此阶段进行了防滑桩施工加固, 并在滑体前缘和挡土墙后部设立了抗滑桩, 该阶段受防滑桩施工开挖的影响, 滑体深部位移进一步增大, 最大变化量为14mm;

c. 5 月后是稳定期, 5—6 月为暴雨期, 虽然位移速率有小幅增加的趋势, 但最大累计变化不到5mm, 6 月以后变化率很小, 逐渐趋向于零。