某高速公路K179+ 880～K179+920段左側(cè)路堤滑坡分析

錢忠運

(蘭州市地鐵置業(yè)有限公司, 甘肅蘭州 730000)

某高速公路K179+ 880～K179+920段左側(cè)路堤滑坡分析

錢忠運

(蘭州市地鐵置業(yè)有限公司, 甘肅蘭州 730000)

文章主要通過某高速公路K179+ 880～K179+920段左側(cè)路堤滑坡的實例闡述了采用Seep/W軟件的有限元滲流法和極限平衡邊坡穩(wěn)定性分析法對殘積土路堤邊坡建立滲流分析以及穩(wěn)定性分析的模型，探討引發(fā)高填方殘積土路堤滑塌災(zāi)害的機理和災(zāi)害治理方法。分析得出降雨量、滲流量與孔隙水壓力相關(guān)性等是形成滑坡軟弱面的重要因素，土體的濕化變形是引起填筑體發(fā)生不均勻沉降和開裂的關(guān)鍵因素。在設(shè)計加固方面提出了排、導(dǎo)、泄的治理地下水的手段和滑坡底部加固支檔的加固措施。

殘積土; 高填方路堤; 滑坡; 滲流; Seep/W 模型; 濕化變形

在溫暖潮濕氣候的多山嶺地區(qū),許多路堤所在的位置往往地形起伏大，地質(zhì)條件復(fù)雜，填方高度高，施工難度大，填土密實度、均勻性和穩(wěn)定性難控制，受降雨量和降雨持續(xù)時間影響大，在強降雨時節(jié)或者暴雨過后容易發(fā)生瞬時破壞，引發(fā)填筑體邊坡失穩(wěn)，因此降雨成為影響高填方路堤穩(wěn)定性的最不利因素。

本文通過結(jié)合發(fā)生于某高速公路K179+ 880～K179+920段左側(cè)高填方路堤滑塌災(zāi)害，主要闡述降雨入滲引發(fā)高填方殘積土路堤滑塌災(zāi)害的機理，利用Seep/W和Slope/W(Geostudio，2004年)對殘積土路堤邊坡進行參數(shù)分析，探討引發(fā)殘積土路堤滑塌的影響因素，為高填方殘積土路堤填筑設(shè)計提供理論參考依據(jù)。

1 工程概況

工程場地屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，溫暖濕潤，雨量充沛，夏天炎熱，冬天可見霜雪霧。多年平均氣溫19.2 ℃，多年平均降雨量1 634.9 mm；雨季為3～9月，5～6月降雨量約占全年的45 %，10月到翌年2月為旱季。低山丘陵為某高速公路南平路段主要地貌形態(tài)，地形起伏，有深“V”型溝谷發(fā)育。如圖1所示，事故發(fā)生地點屬丘陵斜坡夾沖溝地貌區(qū)，地形起伏較大。中部橫跨沖溝，兩側(cè)為丘陵坡地。2005年5月降雨量為550.8 mm，6月1日～25日降雨量達到506.5 mm，其中6月18日～23日的降雨量就達到339 mm，16日～24日降雨過程線如圖2所示。

6月18日～23日連降暴雨，24日凌晨4時20分，土地洋大橋橋臺路堤邊坡滑塌并引起K179+ 880～K179+920段左側(cè)路堤靠近路中線位出現(xiàn)一道5 mm寬的裂縫，右側(cè)路堤懸空，下邊坡滑塌。路面開裂坍塌范圍寬度約70 m，落差約70 m，順地面沖溝方滑塌，順地面沖溝方向滑程約200 m，計滑塌土石方及砌體約3 300 m3，導(dǎo)致該路段高速公路只能單向通行。

圖1 事故地點地形圖及滑塌范圍

圖2 事故發(fā)生地區(qū)逐日降雨過程線

2 滑坡機理分析

根據(jù)現(xiàn)場勘察資料建立高填方路堤的模型，對于此高填方路堤，進行了降雨條件下的參數(shù)分析研究。分別采用有限元滲流軟件Seep/W(GeoStudio，2004年)和極限平衡邊坡穩(wěn)定性軟件Slope/W(GeoStudio，2004年)對其進行滲流分析以及穩(wěn)定性分析。表1為K179+ 880～K179+920段左側(cè)路堤滑坡土層物理性質(zhì)，圖3是K179+ 880～K179+920段左側(cè)路堤滑坡模型的網(wǎng)格劃分，由Seep/W計算分析得到填土內(nèi)部滲流場圖(圖4)。

圖4中的黑色箭頭表示的是滲流向量。從圖4中可以看出，坡腳處有大量的滲流向量，說明此處滲流量比較大，孔隙水壓力容易驟增，土體穩(wěn)定性受到的影響尤為明顯，因此在降雨初期在坡腳處容易先出現(xiàn)局部坍塌破壞。同時，滲流向量主要分布在靠近原地面線處，說明在填土與原地面間的結(jié)構(gòu)面在降雨入滲時受到比較大的影響，尤其在降雨長期入滲時使得此處孔隙水壓力增大，抗剪強度減小，容易在此處形成軟弱面。

表1 K179+ 880～K179+920段左側(cè)路堤邊坡土層物理性質(zhì)

圖3 網(wǎng)格劃分

圖4 滲流分析效果

Seep/W 除了能計算出滲流場，還能給出填土內(nèi)地下水位線的位置。可將地下水位線加載進Slope/W 模型中(如圖5中虛線所示)，通過計算分析得出多個危險滑動面以及相對應(yīng)的安全系數(shù)(Fs)。選取兩個比較典型的危險滑動面圖，圖5表示在填土體內(nèi)產(chǎn)生圓弧破壞，其滑動面最接近原地面線，安全系數(shù)Fs=1.033。圖6表示的是填土體滑動面沿原地面線滑塌破壞的情況，其安全系數(shù)Fs=0.966，相對于前者偏小。可見在接近原地面線的結(jié)構(gòu)面處，安全系數(shù)小，形成軟弱滑動面的可能性大，容易產(chǎn)生滑塌。降雨發(fā)生時，滲流多集中在填土與原地面間的結(jié)構(gòu)面附近，此處非飽和土體局部率先出現(xiàn)膨脹，孔隙率增大，孔隙水壓力降低。隨著降水的進一步入滲，裂隙被滲流水填充，孔隙水壓力迅速恢復(fù)，膨脹繼續(xù)擴大，如此周而復(fù)始的作用使得結(jié)構(gòu)面逐步軟化形成軟弱面，滑體原有裂隙擴展或產(chǎn)生新裂隙。裂隙的進一步擴展造成破壞面逐漸貫通，當(dāng)滑動塊體所受剪應(yīng)力超過其抗剪強度時即沿軟弱面滑出。

圖5 滑動面位于填土內(nèi)部并接近于原地面

圖6 滑動面沿原地面線

相比于其他地段，事故發(fā)生地的地形、地質(zhì)條件較為不利，滑坡產(chǎn)生原因具有以下幾個特點：

(1)該路堤滑坡地形、水文情況復(fù)雜。處于沖溝地貌區(qū)，丘陵斜坡夾沖溝，山坡坡度一般為10°～35°，沖溝溝底及兩側(cè)山坡滲水量大。同時，沖溝有小斷層通過，與大橋直交，對路堤填土的穩(wěn)定十分不利。

(2)地質(zhì)條件復(fù)雜，受降水影響大。經(jīng)勘測發(fā)現(xiàn)場地地層自上而下依次為：填土以殘積土為主厚約8～18 m、5 m坡積亞黏土、2.6 m坡積碎石土、2.6 m殘積砂質(zhì)黏性土、1.8 m碎塊狀強風(fēng)化細沙巖、1.8 m弱風(fēng)化細砂巖。風(fēng)化程度高則孔隙率大，孔隙分布多。場地地下水賦存于第四紀(jì)沖洪積和坡殘積土孔隙中及基巖裂隙中，屬混合型潛水，受大氣降水補給，水位隨季節(jié)性變化明顯。填土底部土體呈軟～可塑狀，標(biāo)貫變小，表明此處因長期受地下水作用已形成軟弱帶，因此這是高填方殘積土路堤發(fā)生整體失穩(wěn)原因之一。

(3)在復(fù)雜邊界條件下，填筑體除濕陷外還會產(chǎn)生側(cè)向變形，即濕化變形。在地下水位抬升或地表水入滲時，都存在較明顯的濕化變形問題，較大的濕化變形對填筑體的變形、穩(wěn)定、開裂和滲透穩(wěn)定都有較大影響。濕化后，土體的強度明顯降低，濕化既是引起填筑體發(fā)生不均勻沉降和開裂的關(guān)鍵因素，又是造成該路堤滑坡滑塌的重要因素之一。

3 滑坡治理工程

根據(jù)以上對高填方路堤滑塌災(zāi)害的分析，結(jié)合工程實際，提出如下整治方案：

(1)在左側(cè)路堤靠近中央分隔帶位置，采用鉆機成孔施工二排鋼管樁，樁孔徑130 mm，間距50 cm，排距50 cm。孔中放入無縫鋼管(管內(nèi)打孔)，再注M30純水泥漿。樁頂以原路堤結(jié)構(gòu)層為聯(lián)結(jié)，使鋼管樁成為整體，以保護左側(cè)路堤。對于右側(cè)路堤，為了使填土不至于沿原地面線發(fā)生滑動，在坡體上部0～16 m處采用錨索肋板式擋墻加固，肋柱與面板均為C30鋼筋混凝土，肋柱與面板后按不同高度回填不同厚度的素混凝土擋墻，以增加高肋柱的剛度，減少施工期間肋柱次應(yīng)力。同樣，為了防止坡腳率先發(fā)生錯動和坍塌，在下部16～23 m處回填C30混凝土支擋并作為錨索肋板式擋墻基礎(chǔ)，回填料可采用碎石砂或片石混凝土。

(2)地下水是本路堤滑坡產(chǎn)生重要因素，需要進行對其排導(dǎo)泄。為了減小降雨入滲坡體，右側(cè)路堤設(shè)錨索肋板式擋墻后，墻后回填碎礫透水材料，以快速排出坡體地下水。另外排除坡體內(nèi)的地下水也十分重要，在路堤刷坡錨噴防護時，坡面設(shè)間距2.0 m×2.0 m的泄水孔，泄水孔應(yīng)進入坡面達到地下水位線，采用φ75 mm PVC管，同時在地下水集中部位及擋墻基礎(chǔ)下，設(shè)排水平孔，以排出匯集于原地面線附近的地下水。

[1] 傅旭東, 邱曉紅, 趙剛, 等. 巫山縣污水處理廠高填方地基濕化變形試驗研究[J]. 巖土力學(xué), 2004, 25(9): 1385-1389.

[2] 邱路陽,劉毓氚.高填方殘積土路堤降雨滑塌機理與治理對策研究[J]. 巖土力學(xué)，2007，26(1):265-269.

[3] 黃文生. 公路工程地基處理手冊[M].人民交通出版社，2005.

錢忠運(1978～)， 男, 碩士研究生，工程師，主要從事地鐵沿線資源開發(fā)方面技術(shù)工作。

U416.1+2

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[定稿日期]2017-06-21