高速公路志留系翁項(xiàng)群地層滑坡治理研究

鐘 宇 劉長偉

(1.貴陽市交通委員會 貴陽 550000； 2.貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司 貴陽 550000)

由于我國中西部地區(qū)地形、地質(zhì)復(fù)雜，常因暴雨、地震、人為因素造成滑坡災(zāi)害[1]。貴州省地處西南，地形地質(zhì)條件尤為復(fù)雜，其中志留系翁項(xiàng)群(S2-3wn)地層多有分布。志留系翁項(xiàng)群地層主要為泥巖、泥巖夾砂巖，力學(xué)性質(zhì)差，遇暴雨常產(chǎn)生滑坡等災(zāi)害。文中針對志留系翁項(xiàng)群地層滑坡，以貴州省余慶至凱里(含施秉支線)高速公路第7合同段K60+790-K61+155左側(cè)挖方路基為例，采用傳遞系數(shù)法對滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析與評價，擬經(jīng)優(yōu)化比選后，提出綜合治理方案[2]。

1 工程概況

貴州省余慶至凱里高速公路是貴州省規(guī)劃的“678網(wǎng)”中第6橫-余慶至安龍高速公路中的前段，起于余慶，連接擬建的“678網(wǎng)”中的第2橫-江口至六盤水高速公路，終點(diǎn)在凱里市鴨塘附近，與滬昆高速公路交叉，連接凱里至羊甲高速公路，其間經(jīng)過黃平縣，路線全長約85 km。

本段滑坡位于第7合同段K60+790-K61+155左側(cè)挖方段，該邊坡原設(shè)計為四級坡，坡比1∶0.75～1∶1.25，坡面采用窗式護(hù)面墻及框架植草進(jìn)行防護(hù)。

自2014年5月以來，階段性暴雨造成邊坡距開挖線口4 m處，出現(xiàn)寬10 cm、長50 m縱向裂縫，邊坡粉質(zhì)黏土受雨水浸泡，沿第三級邊坡中部的土石分界面開裂，已施工漿砌防護(hù)工程受下滑土體影響出現(xiàn)鼓出和拉裂現(xiàn)象，邊坡開口線外坡頂田地已出現(xiàn)不同程度的開裂、滑移垮塌現(xiàn)象。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際測量結(jié)果，邊坡坡面及平臺上發(fā)育多處裂縫，裂縫寬0.5～16 cm，最深處40 cm，窗式護(hù)面墻、拱形骨架多處發(fā)生斷裂、錯位、鼓起等變形，局部坡面完全垮塌破壞，滑坡區(qū)地形地貌見圖1。

圖1 滑坡區(qū)地形地貌

2 工程水文地質(zhì)條件

志留系翁項(xiàng)群(S2-3wn)地層特征。測區(qū)內(nèi)志留系發(fā)育不全，僅有中-上統(tǒng)，且因巖性及生物難以劃分，中-上統(tǒng)合稱翁項(xiàng)群，分布于東部龍溪、余慶、黃平、爐山一帶，巖性分上、下兩部，上部主要為頁巖、泥巖及含云母粉砂質(zhì)頁巖，下部主要為微粒狀灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、砂質(zhì)頁巖，底部常見砂巖、粉砂巖。該地層下部由北往南灰?guī)r逐漸減少，碎屑增多。滑坡區(qū)位于南部重安江一帶，以泥巖、砂質(zhì)泥巖、頁巖為主。

受古構(gòu)造及后期剝蝕的影響，滑坡區(qū)地形地貌較為單一，絕大部分路段屬于低山槽谷型，海拔600～750 m，相對高差50～150 m不等，地表植被較發(fā)育，地表水系發(fā)育，水量充沛，地貌受地質(zhì)構(gòu)造控制明顯。

覆蓋層為殘坡積層(Qel+dl) 碎石土：褐黃色，可塑狀，碎石為強(qiáng)風(fēng)化砂巖及泥巖，含量占50%～60%，粒徑5～10 cm，厚1～7 m，場區(qū)大部分均有分布。下伏基巖為志留系中上統(tǒng)(S2-3wn)翁項(xiàng)群泥巖，局部夾砂巖，按風(fēng)化及巖體破碎程度分為全、強(qiáng)風(fēng)化2層。

全風(fēng)化泥巖。灰綠、深灰色，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，邊坡開挖揭露局部保持原巖特征，巖質(zhì)極軟，巖芯呈土狀。圖2為滑坡區(qū)開挖出的志留系翁項(xiàng)群全風(fēng)化泥巖夾砂巖。

圖2 志留系翁項(xiàng)群泥巖夾砂巖

強(qiáng)風(fēng)化層。灰黃色，薄至中厚層狀，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體較破碎，巖質(zhì)軟，巖芯呈短柱狀、塊狀及土狀。滑坡區(qū)分布多處泉點(diǎn)，地下水類型為第四系松散土層孔隙水、基巖裂隙水。松散土層孔隙水賦存于上覆松散土體中，主要為上層滯水，水量較小，埋藏較淺，經(jīng)徑流后于坡體下部進(jìn)行排泄，形成泉點(diǎn)，鉆孔揭露，場區(qū)地下水埋深較淺，為5～10 m。

3 志留系翁項(xiàng)群滑坡形成機(jī)理及特征

地層性質(zhì)影響滑坡性質(zhì)。本段滑坡屬破碎巖體滑坡，滑動面位于嚴(yán)重破碎帶的破碎巖體中，不同于其他層狀、塊狀巖體滑坡[3]，其巖土體物理力學(xué)指標(biāo)見表1。滑坡區(qū)地處志留系翁項(xiàng)群地層，分布泥巖、砂質(zhì)泥巖等軟質(zhì)巖，巖體風(fēng)化破碎，受切腳施工及強(qiáng)降雨影響，巖土體吸力減小、抗剪強(qiáng)度降低，孔隙水壓力及坡體自重增大，破壞了原坡體的平衡條件，從而形成滑坡，滑坡類型由牽引式逐漸轉(zhuǎn)化為推移式[4]。

表1 巖土體物理力學(xué)指標(biāo)

4 滑坡變形監(jiān)測分析

4.1 監(jiān)測孔布置

在滑坡區(qū)先后共布置了14個位移監(jiān)測孔，布孔位置見圖3。

圖3 監(jiān)測點(diǎn)布置圖

4.2 深層位移監(jiān)測結(jié)果

部分深層位移監(jiān)測結(jié)果見圖4。

圖4 監(jiān)測孔合成方向累計相對位移圖

4.3 監(jiān)測結(jié)果分析

本段滑坡屬中型-牽引式-中層滑坡[5]。滑坡體內(nèi)出現(xiàn)多條裂縫，后側(cè)已形成環(huán)向裂縫，坡腳處產(chǎn)生鼓脹現(xiàn)象；第一級坡面上見多條剪出裂縫，根據(jù)深部位移監(jiān)測資料，該滑坡已形成貫通滑動面，且存在多層滑動現(xiàn)象，坡體存在深層潛在滑動面，目前該滑坡處于蠕滑狀態(tài)。

通過監(jiān)測數(shù)據(jù)及地表巡查結(jié)合實(shí)際情況分析得出：該滑坡滑動面已貫通，正值雨季，受降雨影響，滑坡體正加速滑移，位移數(shù)據(jù)顯示滑移7～124 mm，變形速率為0.2～5.0 mm，隨強(qiáng)降雨增多，速率會明顯增大，變形會更一步加劇，存在隨時失穩(wěn)下滑的風(fēng)險。

5 滑坡穩(wěn)定性分析

5.1 滑坡穩(wěn)定性分析方法

分析選取K60+910，K60+916，K60+950，K60+994，K61+040，K61+067，K61+095 7個斷面為計算剖面。滑坡穩(wěn)定性分析采用傳遞系數(shù)法分條塊計算滑坡各段剩余推力[6-7]。

5.2 滑坡計算參數(shù)

滑坡計算參數(shù)見表2、表3。

表2 巖土體物理力學(xué)指標(biāo)

表3 主滑動面力學(xué)參數(shù)

5.3 滑坡穩(wěn)定性定量分析

圖5為K60+950典型橫斷面。根據(jù)巖土樣試驗(yàn)結(jié)果及反算結(jié)果，對滑坡剩余下滑力進(jìn)行分區(qū)計算，計算結(jié)果見表4。

圖5 K60+950典型橫斷面

表4 典型橫斷面剩余下滑力計算結(jié)果 kN

根據(jù)地質(zhì)勘察、深層位移監(jiān)測及滑坡穩(wěn)定性計算分析，得出以下結(jié)果。

I區(qū)位于K60+790-K60+915段左側(cè)，第二級坡面孤石處形成貫穿性裂縫，威脅道路安全。

II區(qū)位于K60+915-K60+969段左側(cè)，該區(qū)域變形速率較小，計算的剩余下滑力較小，第四級平臺開裂，第五級邊坡外存在裂縫。

III區(qū)位于K60+969-K61+072段左側(cè)，該區(qū)域滑動面較深，剩余下滑力較大，路面邊溝存在變形，路面存在拱起變形，第四級邊坡開裂，第一級坡面拱起嚴(yán)重。

6 滑坡治理

6.1 防護(hù)方案

志留系翁項(xiàng)群地層滑坡，不同位置滑體大小不一、滑面深淺不同。根據(jù)測區(qū)地質(zhì)勘察、邊坡變形破壞情況、深層位移監(jiān)測結(jié)果及滑坡穩(wěn)定性分析結(jié)果[8-9]，將邊坡分為3個區(qū)進(jìn)行治理，并擬定2個防護(hù)方案。

方案一。I區(qū)，第一級平臺設(shè)置10 m寬平臺，坡腳設(shè)置4～5 m抗滑擋墻；II區(qū)，第三級平臺以上清方，第一級平臺設(shè)置2×2.5 m抗滑樁支擋，局部加設(shè)框架錨索；III區(qū)，第一級平臺設(shè)置20 m寬平臺，坡腳設(shè)置4 m抗滑擋墻。

方案二。I區(qū)、II、III區(qū)，均在第一級設(shè)置20 m寬平臺，坡腳設(shè)置2 m高擋墻護(hù)腳，坡面局部設(shè)計框架錨索。

6.2 方案比選

各方案對比分析見表4。

表4 各方案對比分析

方案一采用分區(qū)治理方案，第一級平臺設(shè)置抗滑樁支擋，局部坡面設(shè)置框架錨索防護(hù)，確保邊坡整體穩(wěn)定，第三級平臺以上進(jìn)行清方，坡面以植草為主，清方土石方較小。方案二采用第一級平臺以上全清方方案，對原坡面破壞較大，土石方開挖較大，且第二、三級坡面菱形骨架及窗式護(hù)面墻需全部報廢，報廢工程量較大，開挖后坡面部分段落仍需要進(jìn)行錨索防護(hù)。基于方案一對原坡面擾動較小，工程造價相差不大，對坡體支擋效果較好的優(yōu)勢，最終采用方案一進(jìn)行滑坡治理防護(hù)。

7 結(jié)語

本文結(jié)合具體工程滑坡實(shí)例，結(jié)合地質(zhì)資料分析了志留系翁項(xiàng)群地層特征及滑坡產(chǎn)生的機(jī)理；結(jié)合滑坡深層位移監(jiān)測結(jié)果，得出滑坡位移會隨強(qiáng)降雨增大，變形速率會明顯增大，存在隨時失穩(wěn)下滑風(fēng)險的結(jié)論。而后基于傳遞系數(shù)法對滑坡穩(wěn)定性作進(jìn)行分析，得出志留系翁項(xiàng)群地層滑坡的不同變形失穩(wěn)狀態(tài)。最后給出2種滑坡治理方案，經(jīng)優(yōu)化比選，對滑坡進(jìn)行分區(qū)治理。實(shí)踐證明，分區(qū)治理志留系翁項(xiàng)群地層滑坡，可達(dá)到良好的治理效果。