某山区斜坡湿软路基滑坡机理及处治措施研究

唐家辉,郭华江,罗 洁

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司 贵阳市 550081)

0 引言

贵州省位于我国西南山区,大部分为山地丘陵地貌,占比高达92.5%,山区地形切割强烈,地质环境脆弱,地质灾害易发多发,是全国地质灾害最为严重的省份之一[1]。其中滑坡是贵州山区最常见的地质灾害之一,尤其是在斜坡湿软路基上,更易产生滑坡,是影响公路施工及运营安全的重大隐患[1-5]。

斜坡湿软路基[2,8]指的是具备以下三个特点的公路路基,一是原始坡面具有一定的坡度,二是地表水地下水很丰富,三是地基土长期受水浸泡。这样的路基在极端降雨等诱发因素的影响下很容易发生滑移失稳,最终形成滑坡,造成公路破坏,阻断交通。

文章以实际工程为例,通过工程勘察及工程监测等手段,分析该路基失稳的产生机理,并提出了针对性的处置措施建议。

1 场地工程地质条件

1.1 概况

某段路基位于G7521渝筑高速SK82+240～SK82+310段,于2018年1月开通运营。该段填方路基全长60m,中心填高6.8m,左侧填高11.7m,边坡坡率为1∶1.5,坡面采用衬砌拱护坡,填方坡脚设置2m高护脚墙。

2020年7月中旬,受连续强降雨影响,该段路基左幅路面发生开裂,7月20日,裂缝发展至左幅路基中间行车道位置,缝宽5cm,长度约45m。最左侧行车道路面发生沉降,影响行车安全。工程地质平面图见图1。

图1 工程地质平面图

1.2 地形地貌

场区地处贵州高原中部斜坡地带,场区地貌类型属溶蚀-侵蚀低中山地貌;场区高程介于1192.2～1280.0m,高差87.8m。

填方路基位于单斜坡上,地势西面高东面低,上陡下缓,路基斜坡地带上分布有大片耕地。场区原始地貌总体为单斜坡地形,滑坡下部8°～12°,中部15°～20°,上部30°～35°之间,坡体后缘为栖霞组灰岩夹泥岩陡崖地形,崖高18～40m不等。场区地形地貌如图2所示。

图2 场区地形地貌

1.3 地层岩性

根据钻探揭露,场地出露第四系人工填土、第四系残坡积层含碎石粘土、碎石土、淤泥质粘土,下伏基岩为二叠系下统梁山组泥质粉砂岩夹炭质泥岩、石英砂岩。

1.3.1覆盖层

1.3.2基岩

(1)强风化层:灰黄、灰黑色,薄至中层状,节理裂隙很发育,岩体破碎,岩芯呈碎块状,厚1.2～3.6m。

(2)中风化层:灰、灰黑色,薄至中层状,节理发育,岩体较破碎～较完整,岩芯呈柱状,块状,碎块状。

1.4 水文地质条件

路基区位于场区地势低洼处,下部发育一河流,与鱼上水库相连,为场区主要排水通道;由于场区三面环山,路基区汇水面积较大,地表水一部分汇入排水涵洞经排水沟排出场区,另一部位于坡面上多呈散流状向下部沟内排泄,见图2。勘察期间恰逢雨季,坡面上见雨水冲沟,约5L/s,同时路基下部玉米地内见地下水渗出,并存在积水现象。根据钻孔水位测量,滑坡区地下水埋深1～7.5m。

2 滑坡特征及产生机理

2.1 滑坡位置及规模

该滑坡后缘位于已建遵贵扩容高速SK82+240～SK82+310右幅左侧,距中央隔离带约0.2m;滑坡前缘位于路线左侧110～150m河流处,河流边墙已局部鼓胀开裂。滑坡左侧边界位于SK82+207左78m处,右侧边界位于SK82+327左113m处。根据对整个场区的地质调绘、钻探及监测结果,该滑坡体长约115m,宽约100m,滑坡面积约10400m2,厚度8 ～ 16m,滑坡体积约12×104m3,根据《公路工程地质勘察规范》的分类标准,该滑坡为中型滑坡。

2.2 滑坡变形特征

路段滑坡主滑方向78°。滑坡沿主滑方向长115m,横向最大宽度100m,滑坡前后缘高差33m,平面上呈“圈椅状”,见图3。

图3 滑坡变形特征

后缘裂缝位于路基中线右侧0.2m处,缝宽5cm,延伸长度45m,路面见下沉现象;路基边缘及填方边坡上有多处裂缝,左幅路肩沉降错位明显,最大错台高度0.5m,缝宽0.1～0.3m,裂缝深度1.3m;滑坡中部有多条横向贯通裂缝,尤其中下部最大缝宽20cm,错台高度达0.8m,可见深度1.3m,裂缝延伸长度达67m;滑坡前缘位于溪沟河堤处,河堤可见鼓胀变形及倾斜;滑坡两侧剪切裂缝已基本贯通,其中主滑方向右侧剪切裂缝长度达50m,缝宽约5～10cm,局部可见深度约8～15cm。各处裂缝特征见图3。

根据滑坡变形特征及变形过程可知,该滑坡为下部坡体滑移后逐渐向后发展牵引上部坡体,最终导致路基失稳垮塌,为典型的牵引式滑坡。

2.3 滑坡监测

为查明滑坡的形成机制,共布置7个深层位移监测孔及1条拉线式自动化监测装置,见图1。监测结果如下:

(1)深部位移监测

a.JCK03监测数据显示滑动面埋深16m,7月30日单日位移累计达60mm,变形速率快;7月31日测斜管在15.5m已断裂,设备无法下入,该孔监测工作终止。JCK03深部位移变化曲线图见图4。

图4 JCK03深部位移变化曲线图

b.JCK02数据显示无明显异常,无滑动面迹象。

c.JCK01监测孔深部位移变形主要表现在孔口处。

(2)拉线式位移监测:布设于中央分隔带上,于2020年7月21日安装调试完毕,截止至8月1日,累计变化26.1mm。

从监测结果可知,该滑坡后缘外侧暂无明显滑动迹象,但滑坡仍处于滑动状态(勘察时),且变形剧烈,存在加速滑动且牵引右幅路基失稳的可能。

2.4 滑坡机理分析

该滑坡的形成主要有以下两方面的条件(图5):

图5 滑坡机理分析图

(1)该地形利于蓄水且地下水丰富,同时坡体覆盖层较厚,且岩土界面发育炭质泥岩软弱层,形成了滑坡的基本条件。

(2)持续性的强降雨造成岩土体的软化,同时前缘河道水体涨落影响了坡体的稳定性,引发了坡体滑动变形并后退式发展,最终形成滑坡。

3 滑坡稳定性评价及处治措施建议

3.1 滑坡稳定性评价

根据该滑坡的破坏模式,滑动面为土石分界线及炭质泥岩夹层,根据《公路滑坡防治设计规范》(JTG/T 3334—2018)规定,采用不平衡推力法[5-7]进行计算,计算结果见表1。

表1 稳定性计算结果一览表

通过计算,正常工况下滑动面稳定性系数为1.10～1.11,非正常工况下滑动面稳定性系数为0.97～0.98。滑坡计算稳定性系数不满足《公路路基设计规范》(JTG D30—2015)中稳定安全系数的相关要求,若不及时采取工程措施处治,在暴雨或连续降雨状态下极易加速滑移。

3.2 处治措施建议

鉴于该滑坡仍处于滑动阶段,且变形剧烈,为尽快处治该滑坡,避免滑坡继续发展,造成更大损失,处治措施分为临时处治措施及永久处治措施两部分。

(1)临时处治措施

a.尽快封闭裂缝并做好临时防排水措施,防止水体下渗软化岩土体及进一步降低滑动面力学参数,避免滑坡加剧变形。

b.建议于路基中分带附近采取钢管桩等方式进行临时加固处治,保障右幅路基的稳定及通行。

c.加强巡视及监测,发现异常及时预警、及时撤离。

(2)永久处治措施

a.建议于左幅路基坡脚设置抗滑桩进行永久支挡,完善场区防排水系统,对滑坡区水稻田水改旱处理。

b.滑坡上严禁施工堆载,抗滑桩施工应采用机械成孔,确保安全。施工时应采取跳桩开挖,以免大面积开挖加剧滑坡体失稳。开挖后及时浇筑。

4 结论

该滑坡为山区典型湿软路基滑坡,通过地质勘察及监测手段分析了该滑坡的形成机理,一是该路基段自身具备形成滑坡的有利条件,二是强降雨及河道冲刷等诱发因素综合导致形成滑坡。基于该滑坡机理提出了临时排水+钢管桩进行临时加固及综合防排水+抗滑桩进行永久支挡的处治措施建议,为该滑坡的治理设计提供了准确的基础资料支撑。目前该段路基已处治完毕,通过后续监测数据表明,该段路基已处于稳定状态,说明建议处治措施合理,可为类似工程提供参考。