某高速公路右側(cè)路塹邊坡滑塌處置方案探討

鐘少明

(廣東冠粵路橋有限公司, 廣東 廣州 510000)

武深(武漢—深圳)高速公路是國家高速公路網(wǎng)首都放射主干線京港澳(北京—香港—澳門)高速公路的東并行線[1],仁博(仁化—博羅)高速公路是其重要組成部分,它的建成通車加快了周邊地市的高快速路連通,全面助推沿線城鎮(zhèn)加速融入粵港澳大灣區(qū)[2]。仁博高速公路地處巖溶發(fā)育區(qū),地形地質(zhì)條件復(fù)雜,土石方量大,高邊坡點(diǎn)多,且山區(qū)氣候多變,雨水頻繁。2019年4月16—22日,受強(qiáng)降雨影響,K438+525—565段右側(cè)路塹第一、第二級坡體發(fā)生傾倒型崩塌,給高速公路通行帶來極大安全隱患,須對邊坡塌方進(jìn)行處置[3-5]。

葛緒禎等以貴州省道新(道真—新寨)高速公路超長滑坡體為例,分析了邊坡滑塌的產(chǎn)生原因和機(jī)制,通過滑坡穩(wěn)定性計(jì)算分析提出了治理方案及施工注意事項(xiàng)[6]。趙鵬程結(jié)合某高速公路膨脹土路塹邊坡,從土質(zhì)、雨水、綠化因素入手,分析了路塹邊坡滑塌的主要原因,對土工編織袋處置弱膨脹土路塹滑塌邊坡進(jìn)行了可行性分析,根據(jù)高速公路整體景觀要求及已通車高速公路處置受約束的既定條件,提出了滑塌邊坡處置原則,并從邊坡滑塌體厚度、邊坡高度考慮,提出了不同情況下土工編織袋處置方案[7]。本文結(jié)合仁博高速公路的工程地質(zhì)條件,對K438+525—565段右側(cè)路塹邊坡滑塌機(jī)制進(jìn)行分析,研究處置方案,為類似邊坡滑塌處置提供參考。

1 工程概況

1.1 邊坡原設(shè)計(jì)情況

K438+320—890段右側(cè)原設(shè)計(jì)為三級路塹邊坡,最大坡高為27 m,其中K438+320—670段第一至第三級邊坡坡率分別為1∶0.75、1∶0.75、1∶1,K438+670—890段邊坡坡率為1∶1,平臺(tái)寬均為2 m,分級坡高為10 m(見圖1)。邊坡防護(hù)形式如下:第一級邊坡采用錨桿格梁加固,第二級采用2～3排預(yù)應(yīng)力錨索框梁加固,第三級采用三維網(wǎng)植草防護(hù)。考慮到距K438+440右側(cè)54 m處有一座220 kV高壓線塔,設(shè)計(jì)采用收陡邊坡坡率的方法并利用錨桿錨索加固坡面,確保電塔附近邊坡穩(wěn)定。

圖1 原設(shè)計(jì)邊坡橫斷面圖(單位:m)

1.2 邊坡施工期間設(shè)計(jì)變更情況

2017年5月中下旬,該路段邊坡施工完第三級邊坡,第二級邊坡刷坡完成進(jìn)行錨索格梁施工期間,受降雨影響發(fā)生滑塌。根據(jù)補(bǔ)充地質(zhì)勘察及現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)繪資料,滑坡處于微地貌上,該處為沖溝地形,利于松散坡積物堆積,且是降雨過程中主要匯水地帶,在雨水浸潤、滲透及沖刷作用下,易形成崩塌或滑坡,引起邊坡垮塌。

根據(jù)邊坡地質(zhì)情況,對該段路塹邊坡采用放緩坡率、增設(shè)錨桿格梁和錨索框架梁等進(jìn)行加固,其中主滑坡段K438+450—670段(即營運(yùn)期第一、第二級邊坡再次發(fā)生滑塌段)采用部分卸載+抗滑樁進(jìn)行加固,最大邊坡高度約33.9 m,第一級坡率為1∶1,第二至第四級坡率為1∶1.25;第二級平臺(tái)寬4 m,各級邊坡高8 m;第一、第二級坡面采用錨桿格梁加固,在第二級平臺(tái)設(shè)錨索抗滑樁;第三至第四級坡面采用錨桿格梁加固,并在邊坡開口線外28 m處及電塔下邊坡16 m范圍采用微型樁加固,確保電塔(電塔后期經(jīng)電網(wǎng)綜合改造,與邊坡開口線的距離約120 m)的安全(見圖2)。

1.3 運(yùn)營期間邊坡滑塌情況

該高速公路運(yùn)營期間,K438+525—565段右側(cè)路塹邊坡發(fā)生滑塌,滑坡呈簸箕形,側(cè)界清晰,坡頂后緣、剪出口明顯,滑坡變形主要發(fā)生在第一、第二級邊坡。后緣位于第二級邊坡平臺(tái)抗滑樁冠梁外緣,前緣進(jìn)入坡面,裂縫總弧長約30 m、寬1～5 cm;滑塌體下挫高度約4 m,前緣剪出口位于第一級邊坡下部約4 m高處,剪出口寬約16 m,總滑塌土體約1 000 m3,導(dǎo)致第一、第二級坡面約30 m范圍錨桿格梁下滑失穩(wěn)、滑塌體下部部分土體液化并不斷流淌溢出、部分土體滑落到邊溝中(見圖3)。

圖2 施工期間主滑坡段處置剖面圖(單位:m)

2 地質(zhì)概況

2.1 地形、地貌

該路段地處低緩丘陵,地形起伏較大,坡體地面標(biāo)高為106.0～142.0 m,自然坡角最大約25°;山體植被發(fā)育,生長龍眼樹、松樹及各種灌木、蕨類植物;K438+510右側(cè)160 m山頂處有一座220 kV高壓線塔。

圖3 營運(yùn)期間邊坡滑塌現(xiàn)場

2.2 地層巖性

邊坡土體主要由第四系坡殘積粉質(zhì)黏土、碎石土和泥盆系砂巖為主,個(gè)別鉆孔揭示下覆石炭系灰?guī)r及風(fēng)化層。坡腳主要出露為粉質(zhì)黏土,3.0 m以上呈褐黃色,3.0 m以下呈褐紅色,濕,可塑,土質(zhì)不均,含少量碎石,大部分厚度為0.5～18.0 m,該層局部夾飽水軟塑狀粉質(zhì)黏土,為邊坡范圍分布的軟弱土層[8]。

2.3 水文地質(zhì)條件

所在地區(qū)氣候溫和,雨量充沛,地表徑流對坡面、坡腳的沖刷較大。大氣降水為地下水主要補(bǔ)給來源。地下水主要為孔隙水及基巖裂隙水,前者主要賦存于第四系松散層中,含水量隨季節(jié)變化;后者賦存于巖石裂隙中,其透水性及賦水性極不均勻。地下水以側(cè)向滲流的形式向溝谷排泄或蒸發(fā)。

邊坡滑塌病害與降雨關(guān)系密切[9]。該邊坡坡面存在2～3條自然沖溝,雨季沖溝的匯水量較大,同時(shí)雨季地下水位較高,對邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生較大不利影響。地下穩(wěn)定水位高程及埋深見表1。

表1 地下穩(wěn)定水位高程及埋深

3 滑塌機(jī)制分析

3.1 外在因素

滑坡所處位置在微地貌上屬于沖溝地形,有利于松散坡積物的堆積,且在降雨過程中為一個(gè)主要匯水地帶,在雨水浸潤、滲透及沖刷作用下,易形成抗滑樁樁間土失穩(wěn)、樁前土滑塌。

3.2 內(nèi)在因素

該路塹邊坡主要由坡積土、殘積土、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、泥巖等構(gòu)成,結(jié)構(gòu)松散,局部黏粒含量較高,在雨水對土體充分飽和后,其凝聚力降低,在強(qiáng)降雨沖刷作用下邊坡發(fā)生變形、失穩(wěn)。同時(shí)坡殘積土的沉積層理面、坡殘積土與基巖面的接觸面發(fā)育,且兩者的傾向與邊坡的傾向幾乎一致,為地表潛水流動(dòng)提供了極好的滲流通道,具備了滑坡發(fā)生的基礎(chǔ)條件,這是導(dǎo)致該邊坡變形、失穩(wěn)的主要內(nèi)在因素。

該邊坡經(jīng)過前期切坡挖方等一系列工程活動(dòng),斜坡結(jié)構(gòu)、坡度與排水通道發(fā)生改變,在強(qiáng)降雨作用誘發(fā)下,雨水沖刷坡體表面物質(zhì),滲透軟化、侵蝕坡內(nèi)巖土體,造成坡體巖土體黏聚力顯著降低,導(dǎo)致坡洪積的碎石粉質(zhì)黏土層由坡面產(chǎn)生崩塌,進(jìn)而引起后側(cè)土體階梯狀牽引式層級滑塌。

4 滑塌處置方案

根據(jù)現(xiàn)場勘察及調(diào)查,該路塹邊坡第二級平臺(tái)處的抗滑樁未發(fā)生位移,處于穩(wěn)定狀態(tài)。控制邊坡穩(wěn)定的主要因素是地下水,故對該邊坡的處置方式以排水為主,同時(shí)對坡面、坡腳進(jìn)行加固處理。處置方案如下:增加坡面深層排水管,減輕水的侵害;增設(shè)坡體鋼錨管注漿,加強(qiáng)坡面土體的整體穩(wěn)定性;增設(shè)坡腳鋼錨桿及坡腳混凝土護(hù)腳墻,提高坡腳的抗滑支撐力;在滑塌段抗滑樁外增設(shè)錨索掛板,確保抗滑樁后土體的穩(wěn)定性;對滑塌段前后相鄰段第一、第二級坡面增設(shè)錨索地梁,加強(qiáng)坡體的整體穩(wěn)定性。該處置方案分兩階段實(shí)施,第一階段為臨時(shí)措施,主要對邊坡進(jìn)行反壓處理,對地表水進(jìn)行截流導(dǎo)排、增加深層排水管等,防止滑塌病害繼續(xù)發(fā)展;第二階段為集中處置,分別對滑塌段及前后相鄰段邊坡進(jìn)行加固處理。

4.1 臨時(shí)措施

第一階段臨時(shí)措施主要對邊坡進(jìn)行反壓處理,具體措施如下:

(1) 對K438+530—560段滑塌體采用6 m高沙包進(jìn)行反壓保護(hù),同時(shí)采用帆布遮蓋,遮蓋面覆蓋坡頂至坡腳范圍。前后相鄰段即K438+460—530、K438+560—587段采用3 m高沙包進(jìn)行反壓保護(hù)。

(2) K438+460—587段第一至第三級邊坡根據(jù)坡面滲水情況加密傾斜式泄水孔,泄水孔間距不大于3 m。

(3) 對第一、第二級邊坡平臺(tái)及平臺(tái)截水溝已出現(xiàn)的裂縫采用砂漿進(jìn)行封閉,對已損毀的排水系統(tǒng)進(jìn)行恢復(fù)。

(4) 對第一、第二、第三級邊坡坡腳至第一個(gè)格梁橫梁底部的部分進(jìn)行混凝土硬化,防止繼續(xù)被雨水沖刷。

(5) 由專業(yè)監(jiān)測單位增設(shè)深層測斜管、地表位移監(jiān)測點(diǎn),對邊坡進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控。

4.2 集中處置

第二階段集中處置,主要分滑塌段(K438+525—565段,全長40 m)及前后相鄰加強(qiáng)段(K438+450—525、K438+565—670段,全長180 m)兩部分實(shí)施。

4.2.1 滑塌段的處置

K438+525—565段為主要塌方路段,處置措施(見圖4)如下:

(1) 清除反壓體上部錨桿格梁,坡面二級上部滑塌后延處露樁位置設(shè)5 m高錨索掛板,掛板厚40 cm;于樁間設(shè)置3根錨索(共3×8道),錨索長40 m;掛板底部預(yù)留泄水孔,設(shè)排水斜孔,長20 m,間距4.5 m。

(2) 掛板下部至坡腳坡體采用φ50 mm鋼錨管注漿改良土體,間距3 m×3 m,長6 m。

(3) 二級坡腳3 m范圍采用1∶1.25坡率修坡,平臺(tái)寬5.75 m。平臺(tái)及坡面采用10 cm厚C25混凝土封閉。

(4) 待錨索掛板張拉完成后清除滑塌段反壓體,拆除剩余錨桿格梁,修整第一級邊坡坡率為1∶1.25。坡面采用錨索框架梁加固,間距4.5 m×3.0 m,錨索長26 m,格梁內(nèi)采用10 cm厚C25混凝土封閉。

(5) 坡腳設(shè)置混凝土護(hù)腳墻,并采用單排長度6 m、間距2 m的φ110 mm鋼錨管注漿加固。

(6) 第一、第三、第四級坡腳設(shè)深層排水斜孔,長20 m,間距4.5 m。

圖4 滑塌段處置剖面圖(單位:m)

4.2.2 相鄰加強(qiáng)段的處置

對滑塌段前后相鄰兩側(cè)(K438+450—525、K438+565—670段)邊坡進(jìn)行處置。以K438+515—525、K438+565—670段為例,處置措施(見圖5、圖6)如下:

圖5 相鄰加強(qiáng)段處置剖面圖(K438+520,單位:m)

圖6 相鄰加強(qiáng)段處置剖面圖(K438+640,單位:m)

(1) 第一、第二級坡體采用φ50 mm鋼錨管注漿改良土體,間距3 m×3 m,長6 m。

(2) 第一、第二級坡面原錨桿格梁增設(shè)錨索地梁,每道2根,錨索長26 m+28 m。

(3) 坡腳設(shè)置混凝土護(hù)腳墻。

(4) 第一、第二、第三級坡腳設(shè)深層排水斜孔,長20 m,間距6 m。

4.3 安全監(jiān)測

為了掌握滑坡動(dòng)態(tài)及處置過程中坡體變形情況,指導(dǎo)施工并檢驗(yàn)滑坡整治效果,分別對施工前、施工中及施工后邊坡進(jìn)行監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)較大變形時(shí)及時(shí)預(yù)警,防止出現(xiàn)安全事故。監(jiān)測項(xiàng)目包括樁頂位移、樁頭及錨索預(yù)應(yīng)力。施工期間加大對邊坡的監(jiān)測頻率。

5 結(jié)語

本文分析仁博高速公路K438+525—565段右側(cè)路塹邊坡滑塌的產(chǎn)生原因,提出分別對滑塌段及其相鄰段進(jìn)行加固的處置方案,不僅有效解決了邊坡滑塌問題,也大大降低了后期二次滑塌風(fēng)險(xiǎn)。所采取的應(yīng)急處置措施針對性強(qiáng),未發(fā)生次生災(zāi)害。由于集中處置施工期間采取了必要的交通管制措施,處置過程中未發(fā)生交通安全事故,保證了高速公路的正常運(yùn)營及通行安全。該路塹邊坡滑塌已處置完畢,道路已恢復(fù)正常運(yùn)行,運(yùn)營近兩年來,邊坡整體情況良好,未再發(fā)生滑塌事故。

制定路塹邊坡滑塌處置方案時(shí)須重視以下幾點(diǎn):1) 為避免地表水及地下水對邊坡造成破壞,應(yīng)加密深層斜向排水管;2) 邊坡采用抗滑樁處置后應(yīng)對樁前土的性質(zhì)進(jìn)行分析,并同步進(jìn)行樁前土體加固;3) 路塹邊坡坡腳設(shè)置護(hù)腳墻,能有效提高坡腳抗滑支撐力。