高速公路匝道滑坡与处理方案分析

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摘要：以河池至百色高速公路K55+100～K55+840隘洞互通A-B匝道处滑坡为工程背景,对该滑坡体区域水文地貌特征、现状调绘、坡体产状、监测资料与钻探资料等进行分析,确定了坡体的规模,并分析造成滑坡发生的主要可能因素。最后提出采用双排抗滑桩、加筋土反压、坡面排水、削坡减载等多种方式进行的处治方案,取得了良好的效果,该研究可为同类工程滑坡灾害处治提供参考。

关键词：滑坡；抗滑性能；机理分析；处治方案

1前言

河池至百色高速公路是汕头至昆明高速公路广西境内的重要标段,同时也是《广西高速公路网规划》(2006-2020年)中“四纵六横”高速公路主骨架网“贺州至隆林高速公路(横3)”中的一段。该项目的实施是国家进行西部大开发的重要交通通道,对完善国家公路网和广西公路网具有重大战略意义。因此,有必要在分析该地区工程地质条件基础上,研究该滑坡的形成机制,从而为类似工程滑坡处治设计提供科学依据。

2工程概况

2.1工程概述

河池至百色为新建的高速公路项目,主线全长179.2km,全线采用双向四车道高速公路标准建设,始于北香村,止于那务村,途经河池市金城江区、南丹县等地区。路基宽度24.5m,设计行车速度为80km/h。A-B匝道处于广西西北部东巴凤山区,地处云贵高原台地东部边缘,里程桩号为K55+100～K55+650,长550m,开挖深度39.8m。原计划设计为五级坡,每一级坡高在8.0m左右,每级平台宽度4.0m,第一级坡度为1:1.15,第二级坡度为1:1.2,第三级坡度为1:1.25,第四级坡度为1:1.30,第五级坡度按1:1.35设计,坡面植草保持水土平衡。该坡于2018年7月开挖,施工过程中于2018年9月K55+100～K55+840段发生一级边坡滑塌现象,当时立即进行了清理。2019年3月,受连续降水影响,边坡K55+230～K55+450又发生多次滑移灾害,多次的降水及滑坡坍塌导致该路段施工多次受影响。

2.2地貌特征

该滑坡区地处河谷阶地、岩溶盆地和岩溶注地底部及边缘地带,为粉质质土及少量碎块石等,工程性能差。互通A-B匝道为南北走向,海拔高度2306～2465m,高差达到159m,整体坡角为22°～46°,由于中部匝道的开挖,坡度急剧变陡。

2.3水文地质情况

该滑坡区域可看见一条水沟,位于滑坡体的斜中间,因边坡滑移,可发现一至三级平台有裂缝迹象,主要为松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙水。松散岩类孔隙水分布在岩溶盆地内的河流两侧漫滩,分布面积小、厚度小,水量中等,由大气降雨及河水补给,再以潜流的形式向河流排泄。

3滑坡变形特征与滑坡体确定

3.1现状调绘

整个坡体总体呈现出上陡下缓的地形外观。坡体两侧有两条冲沟,两侧冲沟与坡体近视平行。两侧冲沟向坡后延伸并交汇,形成双沟同源的地貌特征。该冲沟常年有流水,其中流量分别为1.4L/s和1.8L/s。总汇水面积接近0.36km2。其中左侧Ⅰ冲沟的汇水面积约为0.19km2,右侧Ⅱ冲沟的汇水面积约为0.17km2。滑坡区域见图1。

3.2地层产状量测

滑坡发生后对坡体前、中、后出露岩层的产状进行测量。测出坡体后部岩体的产状为350°/SW∠35°,坡体中部两侧岩体的产状分别为350°/SW∠28°10°、350°/SW∠33°,坡体中部两侧岩体的产状分别为10/NW∠16°355°/SW∠15°。测量发现岩层倾向与匝道挖方边坡坡向为顺层组合关系。地层产状量测见图2。

3.3坡体变形特征

在滑坡发生后,对匝道区域滑坡堆积体进行清除,调查发现原一级坡体局部出现隆起、原边坡锚索松弛失效脱落、匝道边沟局部开裂等变形现象。坡面、边沟变形特征见图3。锚索的设计长度为25m，一般可承受450～600kN的标准轴向拉力,这说明坡面的锚索在滑坡滑动过程中锚索松弛或失效时才会被拉出。根据调查发现匝道路面未隆起,仅在原一级坡面区域出现变形及锚索松弛破坏,可以判定,原一级边坡区域为滑坡前缘的剪出口位置。锚索破坏特征见图4。

3.4监测资料与钻探成果分析

为探究滑坡发生的原因及滑坡的规模,对滑体进行钻探取样并对监测资料进行分析。ZK1、ZK2、ZK4、ZK8深层累积位移见图5。钻孔取样位置见图6,各钻孔结果见表1。根据监测资料得到滑坡体的滑动位置与泥化夹层及岩层破碎带位置基本吻合,说明滑坡的滑动面是沿着岩层中的软弱夹层破碎带滑动。根据监测结果显示,孔口的位移大于滑面处的位移,这说明滑坡前缘开挖临空,引起前缘坡体的滑塌,使得滑坡前缘的抗滑力降低,导致下滑力大于抗滑力,进而形成滑坡后缘的坡体推动前缘滑坡体的滑动。结合图5和表1可以得出,ZK1监测曲线位移变化值不明显,这是由于1号孔测斜位于原一级边坡顶部,这说明部分未松弛的锚索仍然有一定的锚固力。ZK2、ZK4均出现了0.8~5m不等的回填砂石流失的现象,说明滑坡一直处于缓慢的蠕动变形状态。ZK8监测曲线近似于直线,说明8号孔没有发生滑动。根据钻探情况看,滑坡体的滑动面为10~45m,平均深度约为28m。

3.5确定滑坡

通过以上分析,可以发现：整个坡体总体呈现出上陡下缓的地形外观。滑坡堆积区两侧发育2条剪切裂缝扩张形成的冲沟,这是古滑坡的主要地貌特征。坡体前缘的岩层倾角均小于滑坡后缘稳定区域的岩层倾角,说明该区域曾经发生过重力搬运作用。该滑坡是一个前端急剧滑动而产生的复合型滑坡。整个滑坡的长度约为650m,宽度接近100m,土方量约为180万m3。

4滑坡形成机制分析

通过分析,得到滑坡发生的原因如下：(1)在未修建匝道之前,古滑坡在原有应力作用下处于平衡状态。(2)匝道修建后,由于深挖路堑边坡在前缘形成临空面,同时降低了古滑坡前缘的抗滑力,改变了坡体的受力状态,进而促使古滑坡复活。(3)原坡面设置有锚索,使坡面得到加固,同时依靠边坡自稳能力,短期内可使边坡滑动变形情况得到一定控制,但锚索的长度未穿过古滑面,因此锚索对古滑面起不到锚固效果。(4)在暴雨等不利因素的影响下,使得岩土体强度降低,变形逐步累积,滑面逐步加深,超出锚索加固范围,致使锚索失效,最终形成整体性的滑动变形破坏。

5处治方案

目前常见的滑坡治理方法大致可以分为三大类[1-4]。第一类是降低水对滑坡的危害程度,即尽可能地把地表水消除掉,可采用“截”、“排”、“护”、“填”等措施；第二类是改善土体的本身力学强度,增大滑坡面间的抗滑力,尽可能减轻坡面重量加重坡脚压重的方法,或者设置挡墙的方式；第三种是改善滑体的性质,即采用锚杆、灌注水泥砂浆、砂井等措施,从而达到加固土体的效果,提高滑坡面的稳定性。结合本项目的现场实际情况,建议在坡前采用双排抗滑桩进行强支挡。根据滑坡推力情况综合分析,在滑坡左侧设置两排抗滑桩支挡,抗滑桩尺寸为1.6m×2.2m,桩长25～55m；在滑坡右侧及影响变形区设置2.0m×3.0m抗滑桩,桩长30～60m；抗滑桩间距均为4m,桩身采用C30混凝土浇筑。由于前缘急剧变形区存在多层浅层滑动面,在滑坡前缘采用加筋土反压,以提高滑坡抗滑力,同时防止边坡发生越顶变形。在滑坡后方进行减载,以到降低滑坡的下滑力。将急剧变形区的裂缝区进行翻挖压实。坡面排水,在滑坡区设置多级排水沟,排水沟尺寸为30cm×30cm,采用M10浆砌片石砌筑。同时,充分利用张拉凹槽Ⅰ,将张拉凹槽Ⅰ后缘坡面的地表水体引入张拉凹槽Ⅰ排离坡面,同时在前缘布置深层泄水孔。处治方案平面见图7。为了便于抗滑桩的施工,同时,提高滑坡前缘的抗滑力,需要在原一级边坡区域堆填一个施工平台,以便保障施工顺利、安全地进行。处治方案造价约为2455万元,反压回填约为207万，共计2662万元。目前滑坡变形得到有效控制,防护工程取得了圆满成功。

6结论

(1)该案例工程滑坡是一个前缘急剧滑动而牵引引发的一个复合型滑坡。勘察区的地形地貌特征、岩层产状、地层分布等现象符合古滑坡特点,因此判定勘察区为古滑坡地段。(2)人类工程活动和降雨是滑坡产生的主导因素,使得岩土体强度降低,滑面逐步加深,超出锚索加固范围,最终形成整体性的滑动变形破坏。(3)该滑坡在采用抗滑桩,滑坡前缘加筋土反压,滑坡后缘进行削坡减载,坡面排水等防护措施下使该路段得到安全有效的保障。

参考文献

[1]王利利.路面抗滑性能变化特性研究[D].北京:北京工业大学,2008.

[2]郑颖人,陈祖煜,王恭先,等.边坡与滑坡治理[M].北京:人民交通出版社,2007．

[3]徐邦栋.滑坡分析与防治[M].北京:中国铁道出版社,2008.

[4]马惠民,王恭先,周德培.山区高速公路高边坡病害防治实例[M].北京:人民交通出版社,2006．

作者：杨兆平 单位：龙岩市一方建设工程有限公司