某山區斜坡濕軟路基滑坡機理及處治措施研究

唐家輝,郭華江,羅 潔

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司 貴陽市 550081)

0 引言

貴州省位于我國西南山區,大部分為山地丘陵地貌,占比高達92.5%,山區地形切割強烈,地質環境脆弱,地質災害易發多發,是全國地質災害最為嚴重的省份之一[1]。其中滑坡是貴州山區最常見的地質災害之一,尤其是在斜坡濕軟路基上,更易產生滑坡,是影響公路施工及運營安全的重大隱患[1-5]。

斜坡濕軟路基[2,8]指的是具備以下三個特點的公路路基,一是原始坡面具有一定的坡度,二是地表水地下水很豐富,三是地基土長期受水浸泡。這樣的路基在極端降雨等誘發因素的影響下很容易發生滑移失穩,最終形成滑坡,造成公路破壞,阻斷交通。

文章以實際工程為例,通過工程勘察及工程監測等手段,分析該路基失穩的產生機理,并提出了針對性的處置措施建議。

1 場地工程地質條件

1.1 概況

某段路基位于G7521渝筑高速SK82+240～SK82+310段,于2018年1月開通運營。該段填方路基全長60m,中心填高6.8m,左側填高11.7m,邊坡坡率為1∶1.5,坡面采用襯砌拱護坡,填方坡腳設置2m高護腳墻。

2020年7月中旬,受連續強降雨影響,該段路基左幅路面發生開裂,7月20日,裂縫發展至左幅路基中間行車道位置,縫寬5cm,長度約45m。最左側行車道路面發生沉降,影響行車安全。工程地質平面圖見圖1。

圖1 工程地質平面圖

1.2 地形地貌

場區地處貴州高原中部斜坡地帶,場區地貌類型屬溶蝕-侵蝕低中山地貌;場區高程介于1192.2～1280.0m,高差87.8m。

填方路基位于單斜坡上,地勢西面高東面低,上陡下緩,路基斜坡地帶上分布有大片耕地。場區原始地貌總體為單斜坡地形,滑坡下部8°～12°,中部15°～20°,上部30°～35°之間,坡體后緣為棲霞組灰巖夾泥巖陡崖地形,崖高18～40m不等。場區地形地貌如圖2所示。

圖2 場區地形地貌

1.3 地層巖性

根據鉆探揭露,場地出露第四系人工填土、第四系殘坡積層含碎石粘土、碎石土、淤泥質粘土,下伏基巖為二疊系下統梁山組泥質粉砂巖夾炭質泥巖、石英砂巖。

1.3.1覆蓋層

1.3.2基巖

(1)強風化層:灰黃、灰黑色,薄至中層狀,節理裂隙很發育,巖體破碎,巖芯呈碎塊狀,厚1.2～3.6m。

(2)中風化層:灰、灰黑色,薄至中層狀,節理發育,巖體較破碎～較完整,巖芯呈柱狀,塊狀,碎塊狀。

1.4 水文地質條件

路基區位于場區地勢低洼處,下部發育一河流,與魚上水庫相連,為場區主要排水通道;由于場區三面環山,路基區匯水面積較大,地表水一部分匯入排水涵洞經排水溝排出場區,另一部位于坡面上多呈散流狀向下部溝內排泄,見圖2。勘察期間恰逢雨季,坡面上見雨水沖溝,約5L/s,同時路基下部玉米地內見地下水滲出,并存在積水現象。根據鉆孔水位測量,滑坡區地下水埋深1～7.5m。

2 滑坡特征及產生機理

2.1 滑坡位置及規模

該滑坡后緣位于已建遵貴擴容高速SK82+240～SK82+310右幅左側,距中央隔離帶約0.2m;滑坡前緣位于路線左側110～150m河流處,河流邊墻已局部鼓脹開裂。滑坡左側邊界位于SK82+207左78m處,右側邊界位于SK82+327左113m處。根據對整個場區的地質調繪、鉆探及監測結果,該滑坡體長約115m,寬約100m,滑坡面積約10400m2,厚度8 ～ 16m,滑坡體積約12×104m3,根據《公路工程地質勘察規范》的分類標準,該滑坡為中型滑坡。

2.2 滑坡變形特征

路段滑坡主滑方向78°。滑坡沿主滑方向長115m,橫向最大寬度100m,滑坡前后緣高差33m,平面上呈“圈椅狀”,見圖3。

圖3 滑坡變形特征

后緣裂縫位于路基中線右側0.2m處,縫寬5cm,延伸長度45m,路面見下沉現象;路基邊緣及填方邊坡上有多處裂縫,左幅路肩沉降錯位明顯,最大錯臺高度0.5m,縫寬0.1～0.3m,裂縫深度1.3m;滑坡中部有多條橫向貫通裂縫,尤其中下部最大縫寬20cm,錯臺高度達0.8m,可見深度1.3m,裂縫延伸長度達67m;滑坡前緣位于溪溝河堤處,河堤可見鼓脹變形及傾斜;滑坡兩側剪切裂縫已基本貫通,其中主滑方向右側剪切裂縫長度達50m,縫寬約5～10cm,局部可見深度約8～15cm。各處裂縫特征見圖3。

根據滑坡變形特征及變形過程可知,該滑坡為下部坡體滑移后逐漸向后發展牽引上部坡體,最終導致路基失穩垮塌,為典型的牽引式滑坡。

2.3 滑坡監測

為查明滑坡的形成機制,共布置7個深層位移監測孔及1條拉線式自動化監測裝置,見圖1。監測結果如下:

(1)深部位移監測

a.JCK03監測數據顯示滑動面埋深16m,7月30日單日位移累計達60mm,變形速率快;7月31日測斜管在15.5m已斷裂,設備無法下入,該孔監測工作終止。JCK03深部位移變化曲線圖見圖4。

圖4 JCK03深部位移變化曲線圖

b.JCK02數據顯示無明顯異常,無滑動面跡象。

c.JCK01監測孔深部位移變形主要表現在孔口處。

(2)拉線式位移監測:布設于中央分隔帶上,于2020年7月21日安裝調試完畢,截止至8月1日,累計變化26.1mm。

從監測結果可知,該滑坡后緣外側暫無明顯滑動跡象,但滑坡仍處于滑動狀態(勘察時),且變形劇烈,存在加速滑動且牽引右幅路基失穩的可能。

2.4 滑坡機理分析

該滑坡的形成主要有以下兩方面的條件(圖5):

圖5 滑坡機理分析圖

(1)該地形利于蓄水且地下水豐富,同時坡體覆蓋層較厚,且巖土界面發育炭質泥巖軟弱層,形成了滑坡的基本條件。

(2)持續性的強降雨造成巖土體的軟化,同時前緣河道水體漲落影響了坡體的穩定性,引發了坡體滑動變形并后退式發展,最終形成滑坡。

3 滑坡穩定性評價及處治措施建議

3.1 滑坡穩定性評價

根據該滑坡的破壞模式,滑動面為土石分界線及炭質泥巖夾層,根據《公路滑坡防治設計規范》(JTG/T 3334—2018)規定,采用不平衡推力法[5-7]進行計算,計算結果見表1。

表1 穩定性計算結果一覽表

通過計算,正常工況下滑動面穩定性系數為1.10～1.11,非正常工況下滑動面穩定性系數為0.97～0.98。滑坡計算穩定性系數不滿足《公路路基設計規范》(JTG D30—2015)中穩定安全系數的相關要求,若不及時采取工程措施處治,在暴雨或連續降雨狀態下極易加速滑移。

3.2 處治措施建議

鑒于該滑坡仍處于滑動階段,且變形劇烈,為盡快處治該滑坡,避免滑坡繼續發展,造成更大損失,處治措施分為臨時處治措施及永久處治措施兩部分。

(1)臨時處治措施

a.盡快封閉裂縫并做好臨時防排水措施,防止水體下滲軟化巖土體及進一步降低滑動面力學參數,避免滑坡加劇變形。

b.建議于路基中分帶附近采取鋼管樁等方式進行臨時加固處治,保障右幅路基的穩定及通行。

c.加強巡視及監測,發現異常及時預警、及時撤離。

(2)永久處治措施

a.建議于左幅路基坡腳設置抗滑樁進行永久支擋,完善場區防排水系統,對滑坡區水稻田水改旱處理。

b.滑坡上嚴禁施工堆載,抗滑樁施工應采用機械成孔,確保安全。施工時應采取跳樁開挖,以免大面積開挖加劇滑坡體失穩。開挖后及時澆筑。

4 結論

該滑坡為山區典型濕軟路基滑坡,通過地質勘察及監測手段分析了該滑坡的形成機理,一是該路基段自身具備形成滑坡的有利條件,二是強降雨及河道沖刷等誘發因素綜合導致形成滑坡。基于該滑坡機理提出了臨時排水+鋼管樁進行臨時加固及綜合防排水+抗滑樁進行永久支擋的處治措施建議,為該滑坡的治理設計提供了準確的基礎資料支撐。目前該段路基已處治完畢,通過后續監測數據表明,該段路基已處于穩定狀態,說明建議處治措施合理,可為類似工程提供參考。