運(yùn)營(yíng)高速公路滑坡穩(wěn)定性分析及處治方案研究

作者簡(jiǎn)介：汪繼平（1975—），碩士，高級(jí)工程師，主要從事高速公路建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理工作。

摘要：廣西某運(yùn)營(yíng)高速公路老滑坡受降雨及臺(tái)風(fēng)影響再次出現(xiàn)“復(fù)活”，文章結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工程實(shí)例，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查分析滑坡成因，在理論計(jì)算滑坡穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，對(duì)處治方案進(jìn)行比選，確定最優(yōu)處治方案。通過(guò)處治后效果評(píng)價(jià)表明，所選處治措施控制效果良好，保證了高速公路的運(yùn)營(yíng)安全，為類(lèi)似滑坡的工程治理提供參考。

關(guān)鍵詞：高速公路；滑坡；穩(wěn)定性分析；處治方案；效果評(píng)價(jià)

中圖分類(lèi)號(hào)：U418.5⁺5

0 引言

滑坡會(huì)給人民生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大損失，有的甚至?xí)?lái)毀滅性的災(zāi)難。廣西某高速公路一路段于2007年雨季過(guò)后發(fā)生整體性滑塌，根據(jù)滑坡體特征，共劃分為6個(gè)變形體。2010年、2013年均受暴雨及臺(tái)風(fēng)影響，部分變形體出現(xiàn)了“復(fù)活”，滑坡發(fā)生及“復(fù)活”時(shí)均采取了相應(yīng)的處治措施。2019年7月，受持續(xù)強(qiáng)降雨和臺(tái)風(fēng)等特殊天氣影響，滑坡體再次出現(xiàn)“復(fù)活”，險(xiǎn)情嚴(yán)峻，為保證高速公路的運(yùn)營(yíng)安全，需采取有效措施對(duì)滑坡進(jìn)行處治。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)滑坡穩(wěn)定性分析及相關(guān)防治措施做了大量研究。謝飛鴻等^[1]對(duì)滑坡前和滑坡后的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算，根據(jù)滑坡地質(zhì)環(huán)境特征對(duì)滑坡治理提出支擋和排水的綜合措施。王恭先^[2]依據(jù)多年經(jīng)驗(yàn)，對(duì)滑坡進(jìn)行深入了解并對(duì)治理方案進(jìn)行了比選，提出考慮4個(gè)因素和不同類(lèi)型滑坡的治理方案。李新平等^[3]在利用傳遞系數(shù)法結(jié)合有限單元法計(jì)算滑坡穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，采用遺傳算法選出了合理的滑坡治理方案。陳羽等^[4]使用傳遞系數(shù)法對(duì)隧道洞口滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)，提出了相應(yīng)的滑坡治理措施。崔永杰等^[5]以秦嶺某隧道出口滑坡為例，分析了滑坡成因及穩(wěn)定性并確定了合理的治理方案。陳云生等^[6]在分析陽(yáng)鹿高速公路巨型滑坡穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，選擇了“卸載后緣部分滑坡體+坡腳反壓+鋼管群樁+綜合防排水”的處治方案。

本文以廣西某高速公路滑坡區(qū)變形最大的2號(hào)和5號(hào)變形體的處治設(shè)計(jì)為研究案例，采用傳遞系數(shù)法對(duì)該滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算分析，對(duì)三種處治方案進(jìn)行比選，選擇最優(yōu)處治方案并對(duì)處治效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 高速公路滑坡概況

1.1 地形地貌

滑坡區(qū)屬低山丘陵地貌，地處山間河岸山坡，山體走向?yàn)楸睎|—南西。山坡下緩上陡，緩坡高程約為130～190 m，坡度一般為15°～25°，陡坡山體高程約為190～300 m，坡度一般為45°～55°。植被覆蓋良好，多為人工種植的油茶樹(shù)及松樹(shù)。

1.2 地層巖性

滑坡發(fā)育區(qū)出露、揭露地層如下。

（1）第四系沖積層。

主要由灰黃色黏性土與卵礫石層組成，黏性土呈可塑-硬塑狀態(tài)，卵礫石層呈稍密-中密狀。

（2）第四系殘坡積層。

主要為含碎石粉質(zhì)黏土、碎石夾少量塊石。黏性土一般為可塑-硬塑狀態(tài)；碎石粒徑5～10 cm，塊石直徑0.5～2 m，碎塊石成分主要為泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖。主要分布于山體緩坡地帶，是滑坡體的主要組成物質(zhì)。

（3）基巖地層。

基巖地層主要為泥質(zhì)粉砂巖和灰?guī)r。泥質(zhì)粉砂巖呈紫紅色夾黃褐色，全風(fēng)化，難見(jiàn)原巖結(jié)構(gòu)，地下水位以下巖質(zhì)軟弱，砂粒含量較高的遇水易松散，有利于滑面的產(chǎn)生。灰?guī)r包括淺灰色層狀灰?guī)r夾白云巖及白云質(zhì)灰?guī)r，中厚層-厚層狀，巖質(zhì)較堅(jiān)硬。其中2號(hào)變形體底部基巖為泥質(zhì)粉砂巖+灰?guī)r，5號(hào)變形體基巖為泥質(zhì)粉砂巖。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

滑坡區(qū)在大地構(gòu)造單元上位于華南板塊南華準(zhǔn)地臺(tái)之大瑤山隆起的東南部，區(qū)域上褶皺、斷層發(fā)育?；碌囟挝挥邳S姚短軸向斜南端，且緊靠南北向的斷層（F1）。受F1斷層影響，滑坡范圍內(nèi)山體斜坡上巖層產(chǎn)狀較混亂，巖體較破碎。

1.4 水文地質(zhì)特征

滑坡區(qū)地表徑流發(fā)育，地表水與地下水均較豐富。地表主要河流為砂子河，河面寬30～60 m，在沖積階地區(qū)域河面較寬，一般水深1～3 m，河水季節(jié)性變化大，水流湍急。沖溝內(nèi)季節(jié)性流水隨降雨變化較大，旱季貧乏、雨季較豐富?；聟^(qū)年平均降雨量為2 046 mm，并且主要集中在春夏兩季，約占全年降雨量的80%。同時(shí)，滑坡區(qū)后部山體陡峭、前部斜坡坡度較緩，為降雨形成的地表水匯集入滲提供了較有利條件。地下水類(lèi)型主要為第四系孔隙潛水、基巖裂隙水以及巖溶水。

1.5 滑坡發(fā)育特點(diǎn)

滑坡體形態(tài)呈長(zhǎng)條形的“圈椅狀”，滑坡后緣為3～5 m高的堅(jiān)硬砂巖巖壁，前緣覆蓋于砂子河沖積階地之上，兩側(cè)以自然沖刷的深溝為界，橫向長(zhǎng)度約為830 m，縱向長(zhǎng)度約為270 m，面積為22.41萬(wàn)m²。根據(jù)坡體沖溝的劃分及坡體裂縫分布特征，可細(xì)分為6個(gè)變形體，其中2號(hào)變形體跟5號(hào)變形體分布規(guī)模見(jiàn)表1。

1.6 滑坡變形特征

地表變形破壞主要由坡體、支擋結(jié)構(gòu)、高速公路構(gòu)筑物三部分構(gòu)成。2號(hào)與5號(hào)兩個(gè)變形體前緣高速公路上出現(xiàn)的裂縫最多且坡體變形規(guī)模較大。根據(jù)2007年滑坡處治情況，滑坡范圍內(nèi)高速公路東側(cè)采用了抗滑樁、擋土墻、格構(gòu)錨等支擋措施，但高速公路運(yùn)營(yíng)中陸續(xù)出現(xiàn)部分抗滑樁開(kāi)裂、樁前護(hù)面墻變形、樁后土體起鼓、擋土墻開(kāi)裂及墻面起鼓等情況，且變形方向及破壞形式與滑坡的運(yùn)動(dòng)方向及推力作用方式一致，表明滑坡仍處于變形發(fā)育階段，部分支擋措施在滑坡推力的作用下已經(jīng)開(kāi)始失效，甚至發(fā)生破壞?；聟^(qū)內(nèi)高速公路構(gòu)筑物變形主要表現(xiàn)在路面開(kāi)裂、路側(cè)邊溝變形及涵洞變形，其中以路面裂縫最為明顯。

運(yùn)營(yíng)高速公路滑坡穩(wěn)定性分析及處治方案研究/汪繼平，麥榮章，曹小燕，王永斌

2 高速公路滑坡成因及穩(wěn)定性分析

2.1 高速公路滑坡成因分析

滑坡的形成條件主要包括地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地貌特點(diǎn)和水文地質(zhì)條件四個(gè)方面。本文高速公路滑坡巖性組合為第四系堆積土+構(gòu)造破碎砂泥巖巖組，其上部孔隙、裂隙發(fā)育，下部存在相對(duì)隔水底板，有利于地表水的滲透和富集，在坡體中易形成貫通的滑動(dòng)面，屬于易滑地層。滑坡體位于黃姚短軸向斜東翼，后緣即是F1斷層形成的陡峭巖壁，強(qiáng)烈的地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)切割、擠壓、破碎巖體，是滑坡體形成的基礎(chǔ)，同時(shí)該斷層形成的糜棱狀巖土層又為滑帶的產(chǎn)生創(chuàng)造了條件?；麦w地貌上陡下緩，中間有1～2級(jí)平臺(tái)，是典型的山區(qū)河谷地段緩坡滑坡地貌。

本文高速公路滑坡的主要誘發(fā)因素為強(qiáng)降雨和人類(lèi)工程活動(dòng)。既有工程資料顯示，滑坡的歷次發(fā)生及高速公路運(yùn)營(yíng)期出現(xiàn)的變形均發(fā)生在強(qiáng)降雨期間。此外，高速公路路線(xiàn)經(jīng)過(guò)老滑坡體前部，路塹施工開(kāi)挖坡腳破壞了原有坡體的平衡，對(duì)滑坡體的穩(wěn)定性造成了一定影響。

2.2 穩(wěn)定性計(jì)算方法及控制標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)《公路滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T 3334-2018）（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《設(shè)計(jì)規(guī)范》）^[7]，采用傳遞系數(shù)法計(jì)算滑坡推力，正常工況（天然工況）安全系數(shù)為1.25，非正常工況（暴雨工況）安全系數(shù)為1.15。經(jīng)過(guò)計(jì)算，天然工況剩余推力值均小于暴雨工況，設(shè)計(jì)推力應(yīng)采用暴雨工況值。傳遞系數(shù)法的計(jì)算公式如下：

式中：F_s——穩(wěn)定性系數(shù)；

W_i——第i條塊的重量（kN/m）；

α_i——第i條塊滑面傾角（°）；

C_i——第i條塊粘聚力（kPa）；

L_i——第i條塊滑面長(zhǎng)度（m）；

Ψ_j——第i-1塊段的剩余下滑力傳遞至第i段時(shí)的傳遞系數(shù)，j=i。

2.3 穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)選取

滑坡體物理力學(xué)參數(shù)綜合取值見(jiàn)表2和表3。在2號(hào)變形體選取1條主剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，5號(hào)變形體選取1條主剖面和2條輔助剖面進(jìn)行計(jì)算，典型工程地質(zhì)斷面圖見(jiàn)圖1。

2.4 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果及評(píng)價(jià)

根據(jù)《設(shè)計(jì)規(guī)范》、《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330-2013）^[8]的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行滑坡的穩(wěn)定狀態(tài)評(píng)價(jià)，見(jiàn)表4。采用傳遞系數(shù)法計(jì)算滑坡推力滑坡穩(wěn)定性和剩余下滑力，結(jié)果見(jiàn)表5。由計(jì)算結(jié)果可知，2號(hào)和5號(hào)變形體在暴雨工況下處于不穩(wěn)定及欠穩(wěn)定狀態(tài)，需盡快采取處治措施進(jìn)行防治。

3 高速公路滑坡處治方案

3.1 處治思路

該滑坡變形機(jī)理復(fù)雜，治理難度較大，前期多次治理均未能使滑坡徹底穩(wěn)定。主要原因在于前期治理措施采取的安全系數(shù)較低，遇到長(zhǎng)時(shí)間暴雨等極端情況導(dǎo)致滑坡穩(wěn)定性進(jìn)一步惡化。本次治理設(shè)計(jì)依據(jù)針對(duì)性原則和經(jīng)濟(jì)適用原則，采用現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)滑坡整體穩(wěn)定性不足以及越頂滑動(dòng)兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行處治，同時(shí)充分利用既有支擋工程降低工程造價(jià)，使得滑坡整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性都得到有效提高，從而確保高速公路及下游側(cè)居民的安全。

3.2 處治方案比選

針對(duì)2號(hào)和5號(hào)變形體的處治設(shè)計(jì)，提出以下3套可比選的方案，并以典型剖面5-1為例繪制處治方案示意圖，如圖2～4所示。

方案一：充分利用既有抗滑樁，在其上游側(cè)新增圓形抗滑樁一排，并連接舊抗滑樁，同時(shí)在新設(shè)抗滑樁后適當(dāng)反壓解決越頂滑動(dòng)問(wèn)題。該方案施工簡(jiǎn)單，對(duì)行車(chē)干擾較小，工期較短，長(zhǎng)期效果有保證，但工程造價(jià)相對(duì)較高。

方案二：在現(xiàn)有抗滑樁上新增兩道錨索提高滑坡整體穩(wěn)定性，同時(shí)樁頂平臺(tái)適當(dāng)填筑加筋土反壓以解決越頂滑問(wèn)題。該方案工程造價(jià)較低，前期支擋工程利用程度高，但存在滑床地質(zhì)條件較差、錨索錨固效果較難保證、長(zhǎng)期可靠度差的缺點(diǎn)。此外，本方案施工時(shí)需拆除現(xiàn)有擋墻和護(hù)面墻，施工工序較繁瑣，對(duì)行車(chē)干擾較大。

方案三：在一級(jí)邊坡平臺(tái)新增2 m×3 m或2.5 m×3.5 m的矩形抗滑樁，同時(shí)局部設(shè)錨桿框架梁解決越頂滑動(dòng)問(wèn)題。本方案的優(yōu)點(diǎn)是可以根治徹底，對(duì)行車(chē)干擾最??；缺點(diǎn)是費(fèi)用高，抗滑樁施工人工挖孔風(fēng)險(xiǎn)較大，工期相對(duì)較長(zhǎng)。

經(jīng)綜合比選，考慮到該工程的安全性、經(jīng)濟(jì)性和工程的搶險(xiǎn)應(yīng)急性，最終選取了方案一為該滑坡處治措施。在此基礎(chǔ)之上，對(duì)2號(hào)變形體處治方案進(jìn)行優(yōu)化，2號(hào)變形體采用部分卸載+新增抗滑樁（不利用老抗滑樁），而5號(hào)變形體將新抗滑樁和老抗滑樁相連接。其針對(duì)各變形體的處治方案具體設(shè)計(jì)見(jiàn)表6，調(diào)整后的2號(hào)變形體處治工程典型橫斷面圖如圖5所示。

現(xiàn)場(chǎng)滑坡處治方案實(shí)施前對(duì)2號(hào)和5號(hào)變形體進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，計(jì)算模型如圖6～9所示。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，2號(hào)和5號(hào)變形體在實(shí)施處治工程后，在天然工況和暴雨工況下，滑坡整體處于基本穩(wěn)定-穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到或高于應(yīng)急處治工程的安全控制低限值。對(duì)抗滑樁進(jìn)行越頂滑動(dòng)驗(yàn)算，在天然工況和暴雨工況下，處于基本穩(wěn)定-穩(wěn)定狀態(tài)，且穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到應(yīng)急處治工程的安全控制低限值。

4 高速公路滑坡治理效果分析

由于該滑坡地質(zhì)條件復(fù)雜，規(guī)模較大，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)滑坡深部位移及抗滑樁深部位移進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面布置示意圖如圖10所示，其中5號(hào)、6號(hào)孔位于2號(hào)變形體上，2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、7號(hào)和8號(hào)孔位于5號(hào)變形體上。監(jiān)測(cè)孔深部位移累計(jì)最大值隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)如圖11所示。2021年3月前，滑坡深部位移及抗滑樁深部位移變形均較小，2021年3～5月期間發(fā)生持續(xù)性強(qiáng)降雨，2號(hào)孔和3號(hào)孔變形突然增大，降雨結(jié)束后趨于穩(wěn)定，最大累計(jì)變形為23 mm，處于變形可控范圍之內(nèi)；而距離抗滑樁較近的5～8號(hào)孔因持續(xù)性強(qiáng)降雨引起的變形較小，最大累計(jì)變形為8 mm，表明抗滑樁對(duì)強(qiáng)降雨作用下的滑坡變形起到了一定的限制作用。

施工完成后歷經(jīng)幾次降雨，支護(hù)體系處于正常工作狀態(tài)，地表未出現(xiàn)明顯的新增裂縫，老裂縫也沒(méi)有變形擴(kuò)大趨勢(shì)，證明了該滑坡的處治措施是有效的。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）根據(jù)勘察結(jié)果，2號(hào)與5號(hào)兩個(gè)變形體前緣高速公路上出現(xiàn)的裂縫最多且坡體變形規(guī)模較大。通過(guò)理論計(jì)算，2號(hào)和5號(hào)變形體在暴雨工況下處于不穩(wěn)定及欠穩(wěn)定狀態(tài)，為保證高速公路運(yùn)營(yíng)安全，需要對(duì)滑坡2號(hào)和5號(hào)變形體進(jìn)行重點(diǎn)處治。

（2）經(jīng)過(guò)多方案比選，選擇方案一，即充分利用既有抗滑樁，在其上游側(cè)新增圓形抗滑樁，并連接舊抗滑樁，同時(shí)在新設(shè)抗滑樁后適當(dāng)反壓解決越頂滑動(dòng)的方案進(jìn)行處治。通過(guò)穩(wěn)定性驗(yàn)算，處治方案實(shí)施后，在天然工況和暴雨工況下，2號(hào)和5號(hào)變形體處于基本穩(wěn)定-穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定系數(shù)基本達(dá)到或高于應(yīng)急處治工程的安全控制低限值?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)證明，本處治方案是有效的。

（3）高速公路設(shè)計(jì)選線(xiàn)時(shí)應(yīng)盡量避讓老滑坡路段，在無(wú)法避免的情況下需采取必要的處治措施。此外，老滑坡在處治后再次“復(fù)活”的原因多與強(qiáng)降雨有關(guān)，滑坡處治需加強(qiáng)地表水及地下水的防治。

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