廣南、廣巴高速公路連接線邊坡分析與治理

張 磊

(四川省交通運(yùn)輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，四川成都 610041)

廣元至巴中高速公路黑水塘至元壩段K12+800～K13+250(AK0+400)段路線以路塹形式從斜坡(右高左低)前緣通過，挖方邊坡高度15～28 m。K12+800～AK0+320段斜坡覆蓋6～14 m厚的坡殘積粉質(zhì)黏土夾碎石角礫；AK0+320～AK0+320段上覆粉質(zhì)黏土0～3 m，下伏砂泥巖互層(優(yōu)勢產(chǎn)狀337°∠8°)。在路塹部分開挖前提下，該工程迎來了2010年雨季，區(qū)內(nèi)強(qiáng)降雨頻發(fā)，給山體斜坡的穩(wěn)定帶來隱患。K12+800～AK0+320段斜坡土層出現(xiàn)多道裂縫(裂縫寬0.1～0.4 m)，后緣基巖陡斜坡處(距設(shè)計(jì)線160～220 m)出現(xiàn)了多道弧形基巖裂縫(裂縫寬0.2～3.5 m、錯(cuò)臺(tái)高0.6～1.8 m)，致使斜坡上個(gè)別房屋產(chǎn)生輕微裂縫，坡體前緣未見鼓脹變形及地下水滲出；AK0+320～AK0+400段斜坡后緣陡坡處出現(xiàn)基巖裂縫，未貫通，裂縫寬1～10 cm。斜坡體裂縫、錯(cuò)臺(tái)呈逐步擴(kuò)大的趨勢，嚴(yán)重威脅了高速公路施工安全。

1 地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

場區(qū)屬構(gòu)造侵蝕剝蝕低山地貌，附近最低點(diǎn)為長灘河，海拔514 m，最高點(diǎn)為官梁包，海拔783.2 m，整體地勢南高北低。路線穿越斜坡中部緩坡平臺(tái)前緣，下部自然坡度一般為25°～35°，上部地形順傾向坡緩，其自然坡度與巖層傾角相近，多為3°～10°。兩岸植被發(fā)育，斜坡主要生長柏樹，平緩處種植農(nóng)作物。

1.2 地層巖性

1.3 水文地質(zhì)條件

場地多為旱地，僅在斜坡緩坡處有少量水塘等地表水體分布。地表水主要為降雨時(shí)的坡面水流。場地地下水主要有第四系松散層孔隙水、基巖裂隙孔隙水兩種類型。

基巖裂隙孔隙水主要富存于基巖強(qiáng)風(fēng)化帶裂隙、構(gòu)造裂隙及砂巖孔隙之中，接受降水及上覆地層中的地下水補(bǔ)給，順地形向坡下排泄。因其含水層薄，富水性、透水性受巖性、裂隙發(fā)育的制約而量小，具動(dòng)態(tài)變化大，與氣象關(guān)系密切的特征。

2 成因分析及對(duì)高速公路的影響評(píng)價(jià)

2.1 裂縫成因分析

根據(jù)斜坡變形體平面圖、路基施工開挖橫斷面圖以及裂縫發(fā)展的觀測、監(jiān)視情況，并結(jié)合斜坡體的裂縫變形大小不等，性質(zhì)不同等因素，將該段邊坡分為3個(gè)區(qū)，見圖1。

圖1 變形斜坡平面示意

Ⅰ區(qū)基巖滑坡，順坡長77 m，寬約147 m，滑體平均厚度約9 m，距設(shè)計(jì)線160～220 m，主滑方向角250°。該段斜坡后緣陡斜坡處出露砂泥巖互層，節(jié)理裂隙發(fā)育，風(fēng)化解體嚴(yán)重，呈碎裂鑲嵌塊狀結(jié)構(gòu)。受“5·12”汶川特大地震影響，后緣陡傾裂隙進(jìn)一步張開變形，地形上有利于地下水的匯入，在連續(xù)暴雨工況下，地表水從裂縫處下滲，形成靜水壓力，擠壓、推移巖體(裂縫寬0.2～3.5 m、錯(cuò)臺(tái)高0.6～1.8 m)；強(qiáng)風(fēng)化泥巖是較好的隔水層，地下水運(yùn)移至該巖層，容易產(chǎn)生富集并浸潤軟弱接觸面，從而導(dǎo)致強(qiáng)風(fēng)化破碎巖體沿軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑坡破壞，造成前緣個(gè)別房屋產(chǎn)生輕微裂縫(圖2)。

圖2 Ⅰ區(qū)基巖滑坡后緣錯(cuò)臺(tái)裂縫

Ⅱ區(qū)覆蓋層滑坡，坡順坡長288 m，寬約475 m，滑體厚度4～14 m。該段以后緣基巖陡坎為界，呈臺(tái)階狀地形，上緩下陡，地勢較低，有利于地表水及地下水的匯集；上覆粉質(zhì)黏土夾碎石角礫厚度約4～14 m，坡向與下伏基巖傾向基本一致，屬順向土質(zhì)邊坡。在連續(xù)暴雨的工況下，受地表水及地下水的綜合作用，斜坡的土體自重增加，土石界面處抗剪強(qiáng)度降低，從而導(dǎo)致上覆土層沿土石界面發(fā)生滑動(dòng)，造成后緣的土體開裂，形成多道裂縫，處于蠕滑階段(圖3、圖4)。

圖3 Ⅱ區(qū)覆蓋層滑坡前緣開挖變形

圖4 Ⅱ區(qū)覆蓋層滑坡后緣錯(cuò)動(dòng)裂縫

Ⅲ區(qū)蠕動(dòng)變形邊坡，自然坡度一般為25°～35°，零星出露中生界侏羅系上統(tǒng)蓮花口組(J3l)粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，剝蝕風(fēng)化嚴(yán)重，卸荷裂隙發(fā)育，完整程度較差，巖體呈塊狀結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)面外傾且結(jié)合程度差。在連續(xù)暴雨工況下，受地表水及地下水的綜合作用，地表水沿基巖節(jié)理裂隙下滲，裂隙中形成靜水壓力，擠壓、推移巖體，后緣形成基巖裂縫，裂縫寬1～10 cm(圖5)。

圖5 Ⅲ區(qū)蠕動(dòng)變形邊坡局部裂縫

2.2 對(duì)高速公路的影響評(píng)價(jià)

Ⅰ區(qū)推移式基巖滑坡，滑動(dòng)方向與設(shè)計(jì)線走向近似平行、距離遠(yuǎn)，故對(duì)高速公路無影響。

Ⅱ區(qū)覆蓋層滑坡，由坡面第四系坡殘積松散堆積的粉質(zhì)粘土夾碎石角礫沿土石界面發(fā)生滑移引起。設(shè)計(jì)路線位于滑坡前緣通過，右側(cè)最大挖方邊坡高度約14 m。K12+800～K12+990施工現(xiàn)場部分開挖3～5 m，已造成邊坡淺表層滑塌，后緣水塘產(chǎn)生多道裂縫，施工完成的線外截水溝錯(cuò)臺(tái)、斷裂。進(jìn)一步施工開挖，將破壞了推移式滑坡的前緣阻滑段，穩(wěn)定性降低，須對(duì)該滑坡進(jìn)行及時(shí)的工程治理。

Ⅲ區(qū)蠕動(dòng)變形邊坡，自然邊坡處于整體穩(wěn)定臨界狀態(tài)。設(shè)計(jì)路線位于邊坡前緣通過，右側(cè)最大挖方邊坡高度約28 m。該段路塹右側(cè)邊坡為順層邊坡，待邊坡開挖完成后，將削弱坡腳的支撐力、改變坡體的應(yīng)力狀態(tài)和地下水的滲流場。在動(dòng)水壓力的影響下，邊坡整體易沿泥巖隔水層發(fā)生順層滑動(dòng)，形成工程滑坡；受節(jié)理結(jié)構(gòu)面控制，在地下水的影響下，局部邊坡也易發(fā)生楔體滑動(dòng)。

3 處治措施

3.1 Ⅱ區(qū)覆蓋層滑坡處治

(1)滑體重度的取值：滑坡體物質(zhì)主要為粉質(zhì)黏土夾碎石角礫，考慮暴雨工況，其重度取20.7 kN/m3。

(2)滑面參數(shù)的確定:結(jié)合地勘鉆孔資料，現(xiàn)場勘察及滑坡現(xiàn)狀穩(wěn)定狀態(tài)，擬合1-1、2-2、3-3三個(gè)代表斷面，取安全系數(shù)1.0分別計(jì)算各坡面的滑面參數(shù)，計(jì)算結(jié)果見表1。

根據(jù)滑坡形態(tài)，對(duì)該滑坡進(jìn)行分段研究。K12+130～AK0+120段以剖面1-1、2-2為代表，地勢相對(duì)較陡，滑體厚度7～14 m，相對(duì)較大。該段滑面參數(shù)取值粘聚力C

=7.558 kPa，內(nèi)摩擦角φ=8°。 K12+800～AK0+130以剖面3-3為代表，地形平緩，滑體厚度4～8 m。該段地下水豐富，土體含水量大，滑面參數(shù)取值粘聚力C=3.176 kPa，內(nèi)摩擦角φ=4°。

表1 安全系數(shù)1.0反算參數(shù)

(3)處治方案：根據(jù)滑面參數(shù)，取安全系數(shù)(暴雨工況)K=1.15，邊坡開挖后，計(jì)算1至3剖面的滑坡推力分別為1 307.1 kN/m、1 639.7 kN/m、596.9 kN/m。設(shè)計(jì)分段采用2.0 m×3.0 m、 2.5 m×3.5 m、1.8 m×2.5 m三種樁徑埋置式抗滑樁支擋加固；樁后按1∶1.5放坡至第一級(jí)邊坡平臺(tái)，坡面采用菱形骨架植草防護(hù)，并設(shè)置擋土墻收縮坡腳；其中K12+800～AK0+130擋土墻上方樁間設(shè)置仰斜式排水孔，以減小地下水的影響(圖6)。

圖6 覆蓋層滑坡處治設(shè)計(jì)示意

圖7 蠕動(dòng)變形邊坡加固設(shè)計(jì)示意

(1)重度的取值：路塹邊坡物質(zhì)主要為強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，在邊坡整體穩(wěn)定計(jì)算中，其綜合重度取24.0 kN/m3。

(2)參數(shù)的確定:采用K=1.00反算臨界狀態(tài)自然邊坡參數(shù)，邊坡結(jié)構(gòu)面參數(shù)C值為14.217 kPa、φ值為6°。

(3)處治方案：根據(jù)滑面參數(shù)，取安全系數(shù)(暴雨工況)K=1.15，計(jì)算開挖后邊坡下滑力為480.6 kN/m。設(shè)計(jì)采用壓力注漿錨桿、錨索框架梁植草防護(hù)，分級(jí)高度10 m，機(jī)耕道邊坡分級(jí)高度8 m，邊坡平臺(tái)寬度2 m。錨桿采用φ32螺紋鋼筋；錨索由4φs15.2高強(qiáng)度、低松弛鋼絞線組成，強(qiáng)度級(jí)別為1 860 MPa。錨桿、錨索入射角度25°(圖7)。

4 結(jié)論與建議

上陡中緩下陡的緩坡平臺(tái)地貌是四川紅層地區(qū)較為常見的一種地貌形態(tài)，一般緩坡平臺(tái)上覆較厚的土層。路線通過此類地形時(shí)，應(yīng)貫徹地質(zhì)選線原則，選擇合適位置通過斜坡體，以減少工程活動(dòng)的擾動(dòng)。同時(shí)應(yīng)查明地下水的排泄路徑，重點(diǎn)評(píng)價(jià)水的影響。該類地形的基巖陡斜坡，因巖體構(gòu)造應(yīng)力的釋放、卸荷，以及裂隙充水受壓、地震、河谷下切等因素的影響，形成蠕動(dòng)變形邊坡。設(shè)計(jì)路線通過該區(qū)域時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)邊坡的支擋防護(hù)，必要時(shí)需進(jìn)行預(yù)加固處治。

[1] 交通部第二公路勘察設(shè)計(jì)院.公路路基設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第2版. 人民交通出版社, 1996

[2] 馬惠民,王恭先,周德培. 山區(qū)高速公路高邊坡病害防治實(shí)例[M].人民交通出版社,2006

[3] 鄭穎人,陳祖煜,王恭先,等. 邊坡與滑坡工程治理[M].人民交通出版社,2007