鶴大高速公路路基邊坡古滑坡的研究與處理

茅曉東，王 強(qiáng)

（1.山西省臨汾市交通勘察設(shè)計(jì)院，山西 臨汾 041000；2.山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

0 引言

在晚更新世、或者河流階地侵蝕時(shí)期出現(xiàn)的滑坡，即為古滑坡。但就具體地質(zhì)勘察方面來看，往往認(rèn)為出現(xiàn)于現(xiàn)階段之前，且當(dāng)前狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定的滑坡體，均可被認(rèn)為是古滑坡。

暫時(shí)穩(wěn)定的古滑坡體，并不表示其使命已經(jīng)終結(jié)，伴隨著外部因素的作用，會(huì)導(dǎo)致滑動(dòng)重新開始。在公路工程的建設(shè)方面，常常會(huì)出現(xiàn)雨水侵蝕或者是邊坡的大量開挖現(xiàn)象，會(huì)讓其穩(wěn)定性以及平衡性出現(xiàn)較大改變，進(jìn)而導(dǎo)致破壞性更大，且治理較為困難的新滑坡，此時(shí)還有可能對(duì)施工的進(jìn)度以及安全產(chǎn)生影響，對(duì)項(xiàng)目工期和施工成本造成嚴(yán)重?fù)p失。

鶴大高速ZT08標(biāo)K673+118—K673+206段在進(jìn)行路基挖方施工時(shí)路基邊坡突然滑塌，具體原因在于，擾動(dòng)了原始的古滑坡體，影響了其穩(wěn)定性。所以，在針對(duì)公路工程開展的地質(zhì)調(diào)查活動(dòng)之中，有必要對(duì)其規(guī)模、可能滑動(dòng)的方向進(jìn)行正確的探究和判斷，這對(duì)于公路線路的確定以及防護(hù)、邊坡設(shè)計(jì)等方面而言，有著極為重要的作用。

1 古滑坡的形成機(jī)理與原因分析

在正確對(duì)古滑坡進(jìn)行判斷之前，對(duì)其形成機(jī)理、形態(tài)特征、性質(zhì)有所了解，為基礎(chǔ)條件,結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)[1]，分析如下。

1.1 自然因素

1.1.1 地質(zhì)構(gòu)造因素

基巖破碎、節(jié)理發(fā)育、具有弱蝕性的斷裂破碎帶、軟弱結(jié)構(gòu)面等不利地質(zhì)條件。

1.1.2 巖層巖性因素

巖層巖性是滑坡發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)，地層巖性軟弱、巖土體松散、強(qiáng)度不高、親水性好、滲透性較大，則易在雨水和地下水作用下因強(qiáng)度降低而形成滑動(dòng)帶，為古滑坡的復(fù)活創(chuàng)造了條件[2]。

1.1.3 降水與地下水的影響

古滑坡在遇到連續(xù)或強(qiáng)降雨時(shí)，雨水順地表巖土體空隙滲入轉(zhuǎn)化為地下潛水，進(jìn)入滑坡體內(nèi)部，弱化巖體的力學(xué)性質(zhì)，同時(shí)是滑坡帶過度飽和產(chǎn)生滯水，長(zhǎng)時(shí)間浸潤(rùn)巖體，使巖土體間的有效正應(yīng)力和摩阻力降低。

1.1.4 地震影響

地震產(chǎn)生的動(dòng)能使滑坡體產(chǎn)生滑動(dòng)，其累計(jì)作用導(dǎo)致滑坡體滑動(dòng)面強(qiáng)度降低。

1.2 人為因素

1.2.1 古滑坡體上的建設(shè)

滑坡體上的建設(shè)活動(dòng)產(chǎn)生的荷載給古滑坡體增添了附加下滑力，其累計(jì)將打破原有的平衡，形成滑動(dòng)。

1.2.2 坡腳挖空

坡腳開挖卸載而產(chǎn)生的附加應(yīng)力會(huì)改變滑坡土體的平衡條件，降低斜坡的支撐能力。

2 鶴大高速公路ZT08標(biāo)古滑坡

2.1 古滑坡狀態(tài)

該滑坡位于鶴大高速公路ZT08標(biāo)段K673+118—K673+206主線右側(cè)，該滑坡體位于山前坡積體上，高速公路以路塹形式從坡的中前部通過，公路邊坡最大挖深17.6 m。坡體地形相對(duì)較緩，坡度約14°。地勢(shì)西北高東南低，平面上呈“舌狀”，兩側(cè)沖溝成圓椅狀地貌特征。滑坡影響路線長(zhǎng)度88 m，縱向長(zhǎng)度約65 m，滑塌體面積約3 480 m2，淺層滑面體積約4.2×104m3。滑動(dòng)方向與公路近似垂直。

后經(jīng)在施工臨空面前方進(jìn)行臨時(shí)反壓措施，坡體逐漸達(dá)到平衡狀態(tài)。

圖1 鶴大ZT08古滑坡衛(wèi)星圖

圖2 滑坡牽引張拉裂縫圖

圖3 臨空面臨時(shí)反壓圖

2.2 古滑坡復(fù)活原因

該段公路勘察設(shè)計(jì)階段未發(fā)現(xiàn)古滑坡，施工圖按碎石土路塹設(shè)計(jì)，該段邊坡2015年9月以來實(shí)施開挖，邊坡從二級(jí)邊坡頂部向下開挖，距一級(jí)平臺(tái)2 m左右時(shí)，隨著開挖深度的增加，古滑坡前緣逐漸被切除，破壞了古滑坡的自然平衡狀態(tài)，連續(xù)多天降雨，誘發(fā)古滑坡復(fù)活。坡體前緣開挖臺(tái)地出現(xiàn)反翹隆起現(xiàn)象，坡體向前位移2～4 m，坡面出現(xiàn)鼓脹式裂縫；坡體中后部形成由數(shù)條裂縫、沉陷帶組成的寬約16 m的洼陷裂縫帶，錯(cuò)臺(tái)高差約2～3 m，可見光滑的滑動(dòng)面；后部有牽引式張拉裂縫出現(xiàn)，裂縫錯(cuò)臺(tái)約80 cm高。

2.3 穩(wěn)定性分析

2.3.1 穩(wěn)定性計(jì)算及推力計(jì)算

2.3.1.1 參數(shù)選用及推力計(jì)算

由于潛在滑面與淺層滑面物質(zhì)基本一致，性質(zhì)略有差異，淺層滑面土為可塑-軟塑狀，潛在滑面土為可塑，在飽水狀態(tài)下，潛在滑坡滑面力學(xué)參數(shù)在強(qiáng)降雨?duì)顟B(tài)下參照淺層滑面的力學(xué)參數(shù)選取。

根據(jù)反演計(jì)算值，結(jié)合有關(guān)經(jīng)驗(yàn)值，綜合分析有關(guān)影響因素后選取計(jì)算參數(shù)。具體如表2。

表1 淺層滑面設(shè)計(jì)計(jì)算巖土參數(shù)表

表2 潛在滑面設(shè)計(jì)計(jì)算巖土參數(shù)表

2.3.1.2 穩(wěn)定性計(jì)算

考慮到該滑坡都是在工程狀態(tài)下進(jìn)行的，因此，滑坡的穩(wěn)定性定量計(jì)算皆是在邊坡開挖到位后的滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果。這里僅對(duì)淺層滑坡的滑面和潛在滑坡的潛在滑面在天然狀態(tài)和飽水狀態(tài)等兩種工況下的穩(wěn)定性用傳遞系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。

a）正常工況 天然狀態(tài)下，滑體自重按天然含水量狀態(tài)重度取值。

b）非正常工況Ⅰ 暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)下，即滑體自重按飽和重度取值（考慮滑體物質(zhì)松散，滑體重度按全部飽和最不利狀況取值）。

根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（DZ/T 0218—2006），穩(wěn)定分級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)如下：當(dāng)穩(wěn)定系數(shù)K≥Kf為穩(wěn)定，Kf＞K≥1.05基本穩(wěn)定，1.05＞K≥1.0為欠穩(wěn)定，K＜1.0為不穩(wěn)定。

根據(jù)上述指標(biāo)值，經(jīng)計(jì)算，滑塊1-1（圖1中圓椅狀古滑坡）縱斷面在天然狀態(tài)下、飽水狀態(tài)下和地震狀態(tài)下的穩(wěn)定系數(shù)如表3。

表3 主滑1-1斷面滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果一覽表

根據(jù)穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，該滑坡目前在邊坡開挖后在天然及飽水狀態(tài)下整體處于不穩(wěn)定狀態(tài)，會(huì)發(fā)生整體滑移，威脅高速公路的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)安全。

因此，必須及時(shí)對(duì)淺層滑坡及潛在滑體進(jìn)行必要的治理措施提高其當(dāng)前穩(wěn)定性，使其在最不利工況下達(dá)到設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)，確保滑坡穩(wěn)定。

2.3.1.3 推力計(jì)算方法

滑坡體推力計(jì)算時(shí)，采用碎裂面為折線形模型的傳遞系數(shù)法[3]。公式為：

式中：Ei為第i塊塊體產(chǎn)生的推力，kN/m；Ei-1為第i-1塊塊體產(chǎn)生的推力，kN/m；Ri為第i塊的抗滑分力，kN/m，Ri=Wisinαitgφi+ciLi；Ti為第i塊的下滑分力，kN/m，Ti=Wicosαi；K為推力計(jì)算安全系數(shù)，取1.20。Ψi為第i-1塊推力傳遞給第i塊時(shí)的推力傳遞系數(shù)，ψi=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tgφi，αi、αi-1分別為第i塊、第i-1 塊的滑面傾角，（°）；φi、ci為第i塊破裂面的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)；Li為第i塊破裂面的長(zhǎng)度，m。

按路基設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)定安全系數(shù)，經(jīng)計(jì)算，各滑塊主滑斷面在各工況條件下的剩余滑坡推力計(jì)算結(jié)果如表4，并以其中的大值作為設(shè)計(jì)滑坡推力。

表4 安全系數(shù)及剩余推力表

滑坡推力取在非正常工況下的潛在滑坡的推力F=1 472 kN/m為設(shè)計(jì)推力。

2.4 滑坡防治設(shè)計(jì)

該段滑坡既有現(xiàn)已滑動(dòng)的淺層滑坡，同時(shí)在邊坡開挖到位后影響潛在滑坡，目前，淺層滑坡滑動(dòng)形成裂縫帶，將坡體表面分割成七零八落，由于邊坡開挖形成的臨空面及強(qiáng)降雨很容易引起潛在滑動(dòng)面的滑動(dòng)。因此，根據(jù)其工程地質(zhì)條件、坡體滑塌變形原因和穩(wěn)定性分析結(jié)論，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和工程實(shí)施的可行性，采用抗滑樁對(duì)滑塌體進(jìn)行治理[4]。

所有抗滑樁斷面均為矩形，樁截面為2.6 m×2.0 m，樁間距為 5 m，1～17號(hào)樁長(zhǎng)為 25 m，18～25號(hào)樁長(zhǎng)為22 m，混凝土采用C30鋼筋混凝土。樁頂用連系梁連為一個(gè)整體，以增加抗滑樁的整體性。樁基主筋采用32 mm的鋼筋。

圖4 抗滑樁布置平面圖

由于本段線路的設(shè)計(jì)理念是綠色工程，為了減少混凝土等大面積外露，將抗滑樁樁位向坡體里移動(dòng)，使得抗滑樁盡量埋入坡體中，待抗滑樁支擋工程完工后，恢復(fù)二級(jí)坡面，達(dá)到整個(gè)一級(jí)、二級(jí)邊坡與整個(gè)線路邊坡坡率一致，綠化方案一致的效果。具體方案是：

設(shè)計(jì)推力：采用在連續(xù)強(qiáng)降雨工況下的潛在滑坡剩余下滑力作為設(shè)計(jì)推力：F=1 472 kN/m.

a）應(yīng)急反壓措施 為了盡量減少滑坡的位移，為下一步治理措施的實(shí)施提供一個(gè)安全的平臺(tái)，對(duì)坡體實(shí)施反壓措施，反壓填實(shí)要求——密實(shí)度要求達(dá)到85%。

b）坡面裂縫帶夯填、坡面平整，由于坡面凹凸不平，裂縫深淺不一，不利于坡面水的順利排泄。對(duì)于深度較深的裂縫，可采用三七灰土夯填捶面；裂縫夯填后進(jìn)行坡面平整，裂縫夯填面積約1 665 m2。對(duì)坡面進(jìn)行整理順坡，使坡面水能夠順利排走。坡面平順后，對(duì)坡面夯實(shí)捶面。

c）邊坡設(shè)計(jì)為二級(jí)邊坡，一級(jí)邊坡坡率1∶1.0，坡高10 m，采用拱形骨架防護(hù)；二級(jí)邊坡坡率1∶1.0，一坡到頂，采用拱形骨架護(hù)坡。在二級(jí)邊坡高6 m、距路中線46.2 m設(shè)施工平臺(tái)，施工平臺(tái)坡腳距路中線19.55 m。平臺(tái)寬度最小3.6 m。待抗滑樁工程完成后，回填平臺(tái)、恢復(fù)二級(jí)邊坡。

d）支擋措施 在二級(jí)平臺(tái)距路中心36.2 m、坡腳19.55 m處設(shè)置一排抗滑樁，抗滑樁樁徑為：2.0×2.6 m，樁間距 5 m，樁深 25 m（22 m），共設(shè)置鋼筋混凝土抗滑樁25根。

e）排水工程 地下水往往是誘發(fā)滑坡的重要因素，為降低地下水位，消除或減輕靜、動(dòng)水壓力或地下水對(duì)軟弱帶的影響，必須有效地設(shè)置截排水工程。

f）坡面防護(hù) 在一級(jí)、二級(jí)和樁頂上一級(jí)平臺(tái)的坡面，由于滑坡滑塌沖擊以及抗滑樁工程施工工程中對(duì)坡體的擾動(dòng)，在邊坡的開挖過程中，可能產(chǎn)生邊坡溜塌等現(xiàn)象，恢復(fù)坡面采用拱形骨架進(jìn)行防護(hù)，拱形骨架內(nèi)植草綠化。

g）滑坡地表位移監(jiān)測(cè) 在滑坡上設(shè)置觀測(cè)標(biāo)墩網(wǎng)，對(duì)滑坡進(jìn)行位移觀測(cè)，來監(jiān)測(cè)滑坡的變形趨勢(shì)和滑坡治理的效果。觀測(cè)次數(shù)在施工周期內(nèi)以1周1次，在施工完成后1月1次，觀測(cè)周期為滑坡治理工程開始后至治理工程完成后2年。

3 結(jié)語

因?yàn)槌霈F(xiàn)滑坡的原因、形成年代、大小以及地形等條件存在諸多不同，由此滑坡也體現(xiàn)出了各種形態(tài)特征。就具體應(yīng)用方面來看，許多古滑坡并不具備如上的判斷特征，在不同狀況下，各類特征的表現(xiàn)也并不相同。所以，有必要充分運(yùn)用多種方式，綜合性地對(duì)古滑坡進(jìn)行識(shí)別以及判斷，提前對(duì)疑似的地段進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，古滑坡的防治要通過地調(diào)、地勘結(jié)果進(jìn)行綜合分析，針對(duì)不同的滑坡治理采取科學(xué)合理的措施，就項(xiàng)目施工生產(chǎn)安全控制方面，有著極為關(guān)鍵的作用。