高速公路路基滑坡分析及綜合處治技術

2011-02-27 10:34:50唐德清

湖南交通科技 2011年2期

唐德清

(湖南省醴茶高速公路建設開發有限公司,湖南醴陵 412200)

1 概述

某高速公路k128+760～k128+840段路基右邊坡位于保靖縣復興鎮前顏家村,距G219線3 km,通過高速公路的臨時便道可與G219線相連。路基在切方后引發了場地失穩,產生了滑坡,已影響到本段路基的穩定性。

2 滑坡區域地質環境

2.1 地形、地貌

場地地貌上為湘西斷褶侵蝕剝蝕丘陵地貌,微地貌上屬于丘陵的山坡坡腳部位。因路基切坡施工已形成人工邊坡,第一級平臺現有場地地面標高為271～272m,高于現有高速公路路面標高約10 m,平臺寬度1.0～1.5 m。

2.2 地層巖性

場地為挖方區,因切坡部分前緣地段已剝去較厚的覆蓋層,擬建場地內巖土層的特征自上而下分述如下:

1)粉質粘土:黃褐色,可塑-硬塑,以硬塑狀為主,在局部地段的土巖接合部位因有地下水浸潤而呈軟塑狀。稍有光澤,無搖震反應,干強度中等,韌性中等,具中等壓縮性。本層層厚0.8～7.8m,平均厚度為2.82m,該層分布于整個場地,是組成本滑坡體的主要層位。

2)強風化泥灰巖:為寒武系中厚層泥灰巖,灰褐色,極軟巖,易軟化,巖體極破碎,鉆探時無完整巖芯,巖芯多呈粉末狀,可干鉆,沖洗液鉆進時較易鉆進。主要礦物成分為方解石及粘土質礦物,巖體極破碎,巖體基本質量等級為Ⅴ級。1.30～6.70 m,平均3.01m,該層分布于整個場地,是組成本滑坡體的重要層位。

3)中風化泥灰巖:青灰色,為較軟巖,本層巖石具軟化崩解性,薄-中厚層,以中厚層為主,主要礦物成分為方解石及粘土質礦物,巖體破碎-較破碎,巖體基本質量等級為Ⅳ級,碎裂狀結構為主,節理較發育,節理面較光滑,無充填物,節理面上有風化殼。巖芯呈碎石狀-短柱狀。本層為滑坡體的滑床,分布于整個場地。

2.3 地質構造

根據區域地質資料,該區位于揚子準地臺南東緣及湘西弧形褶皺帶上,褶皺、斷裂構造較發育。地殼上升,間歇性抬升是本區新構造運動的主要形式,發育有溝谷、丘崗、河谷及剝蝕夷平面。區內主要構造為花垣-張家界-澧縣華夏式斷裂帶,本斷裂為壓扭性斷裂,斷面傾角70°左右,斷裂北盤相對南盤向西推移,本斷裂帶及影響帶寬2～4 km。本場地處于斷裂影響帶內,場地巖體的完整性因斷裂影響而降低。

滑坡體的滑床為中風化泥灰巖,邊坡巖體內的主要構造形式為節理面,節理發育,但并無特別優勢發育方向,密度5～10條/m,為閉合型的剪節理,節理面平直,較光滑,無充填,結構面結合好。層面為巖體內最主要結構面。巖層產狀為170°∠55°。巖層傾向與坡向相反,為有利結構面組合。經地質調查,邊坡無不利結構面,巖體穩定性主要由邊坡巖體等效內摩擦角控制。

2.4 氣象水文

本邊坡區屬亞熱帶季風濕潤氣候區,冬暖夏涼,四季分明,雨量充足,年平均降雨量1 169mm,多集中在6～8月,占全年降水量的50%,最大日降雨量可達100～300 mm,是湖南省暴雨集中地,易發生洪澇災害。

該區處于花垣河流域,右為山溝,距邊坡約有80～100 m,溝底低于坡路面10～15m,對邊坡無直接影響,受地形地貌及氣候影響,坡面土質結構已受到一定程度的破壞,地表水較易滲入土壤中。

3 滑坡的形成機理分析

k128+760～k128+840滑坡段,由于路基切坡產生臨空面而誘發的滑坡,現有路基坡比約為1∶1.00。本滑坡已產生較明顯的滑動變形,前緣已有較明顯的剪出口,剪出口所在的地質層位為強風化泥灰巖與中風化泥灰巖之間,滑移平面距離約1.0 m,滑坡體內部產生很多橫向裂縫,縫寬以10～20 cm居多,最寬可達0.8m,長度達10～20m,尖滅于滑坡體兩側的滑坡周界線,形成較明顯的滑坡臺壁,臺壁高度5～20 cm居多,最高達80 cm。本滑坡為工程切坡引發的工程滑坡,組成滑坡體成分的為粉質粘土和強風化層,滑床為中風化泥灰巖。在兩側及后緣已形成明顯的滑坡周界線,在后緣呈弧形分布(見圖1所示)。滑坡范圍面積約5 000m2,滑體平均厚度約4.83 m,潛在滑坡方量約25 000 m3,經分析滑動面呈平緩的圓弧形(見圖2工程地質剖面圖),主滑方向約為340°(垂直公路路塹邊坡走向)。

圖1 滑坡裂縫分布及鉆孔布置圖

圖2 k128+805工程地質剖面圖

由于粉質粘土的孔隙比大,起始含水量很高,氣候干燥時,土體的收縮性大,往往形成較發育的網狀裂紋,網狀裂紋的產生又為水的下滲提供了條件,加劇了裂紋深處的脹縮循環。當氣候濕熱交替,土的干縮濕脹反復循環,以及裂紋處形成的應力集中,使邊坡上的裂紋不斷擴張、延伸、下切,粗裂紋逐漸連通,形成較寬的裂縫,裂縫發育連通,開始在坡面形成表層破碎層。粉質粘土邊坡一般都分布在亞熱帶濕溫地區,雨量充沛,水流的沖蝕作用很強,邊坡上的破碎層不斷發展,形成局部坍塌。

同時,在路基開挖后,路塹坡腳由于水平應力的增大,形成坡腳的應力集中區。而且粘土土層本身特性越往下,土越趨于軟塑性,力學性質越差。所以,粉質粘土路塹邊坡的破壞,常始于坡腳或邊坡下半部,慢慢向上延伸而至整個路塹。路塹邊坡破壞過程發展到后期,邊坡出現滑動。粉質粘土路塹穿過的丘崗覆蓋土層一般均不深,而覆蓋土與基巖接觸面起伏,再加上土體內存在著大量裂隙,所以滑床通常不深。粉質粘土路塹邊坡因在水流沖刷作用或人工開挖、切割使坡腳失去支撐的情況下,坡腳土體會產生坍塌,且不斷發展,從局部失穩發展到邊坡失穩,從而牽引整個邊坡向下滑動,形成滑坡。

目前滑坡正處于滑動蠕變階段,前緣、中部及后緣均已發生明顯的變形破壞,如果不治理,在其它外部條件(如地表水、地下水)作用下可能會加劇其活動速度,縱向范圍可能會擴大,但滑坡區的兩側為巖質邊坡,故滑坡范圍一般不會再向兩側(即橫向)擴展。

4 治理滑坡的原則和方案

4.1 治理原則

1)一次根治,不留后患的原則;

2)在確保公路安全的前提下力爭經濟合理;

3)根據滑坡區地形、地質等條件,同時考慮經濟、環保、方便施工等因素,采用清坡、方格骨架植草、抗滑樁及排水的綜合處治措施進行治理。

4.2 滑坡體參數的確定

1)根據室內試驗并綜合考慮各地層野外特征,本場地各巖土層參數取值見表1。

表1 各巖土層參數取值

2)結構面抗剪強度:根據邊坡巖體結構面特征,依據《建筑邊坡工程技術規范》(GB 50330-2002)第4.5.1條規定及地區勘察經驗,本邊坡的中風化泥灰巖②的結構面抗剪強度采用:內摩擦角φ=30°,粘聚力C=130 kPa。以上數據適合于結合一般的硬性結構面(含巖層層面,無風化殼及泥化夾層)。有風化殼及泥化夾層的結構面抗剪強度指標可采用表1中粉質粘土殘余抗剪強度指標。

3)邊坡巖體等效內摩擦角:邊坡巖體類型為Ⅳ類,依《建筑邊坡工程技術規范(GB 50330-2002)》第4.5.5條及地區勘察經驗,中風化泥灰巖②2等效內摩擦角取φ=45°。以上指標適合于計算巖體抗剪強度(不考慮結構面情況下)。

4.3 滑坡安全系數計算

根據現場滑坡區地形、本次勘察所取得的地質資料及目前邊坡的穩定情況,根據目前坡面下滑坡的穩定性,選取典型的橫斷面計算滑坡的安全系數,見表2。

根據以上計算結果評析:滑坡體計算的穩定系數Fs小于1,與當前滑坡體的狀態(蠕滑狀態,Fs=0.95～1.00)比較吻合,不穩定,處于蠕滑狀態。

4.4 治理方案

k128+760～k128+840滑坡段,坡腳設3m高矮腳墻,一級坡坡比為1∶1.5,采用方格骨架植草進行防護,一級平臺上設置2m×1.5m的抗滑樁(抗滑樁長度為14m,根據現場開挖情況進行調整,設計為樁嵌入中風化泥灰巖5 m左右深度),樁中心間距為4m,二級平臺以上坡比放緩為1∶1.75,采用骨架植草防護邊坡,平臺寬6m。見圖3。