王 巖 杜 軍

(1.吉林省地礦勘察設(shè)計(jì)研究院，吉林 長(zhǎng)春 130012； 2.遼寧工程勘察設(shè)計(jì)院，遼寧 錦州 121000)

靖通高速某深路塹滑坡成因分析與治理

王 巖1杜 軍2

(1.吉林省地礦勘察設(shè)計(jì)研究院，吉林 長(zhǎng)春 130012； 2.遼寧工程勘察設(shè)計(jì)院，遼寧 錦州 121000)

以靖通高速公路某深路塹段滑坡治理為例，結(jié)合該滑坡場(chǎng)地地質(zhì)環(huán)境與滑坡巖土體特征，分析了滑坡成因及類型，依據(jù)傳遞系數(shù)法對(duì)滑坡剩余下滑力進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算參數(shù)通過室內(nèi)土工試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試并結(jié)合反分析方法綜合確定，通過技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件分析對(duì)比選取抗滑樁治理滑坡方案，并進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，獲得良好效果。

深路塹，滑坡，成因分析，治理

0 引言

靖通高速K288+580～K289+050左側(cè)深挖路塹地段全長(zhǎng)470 m，最大挖深位于K288+900處，挖深30.69 m。邊坡設(shè)計(jì)為階梯形五級(jí)，每級(jí)邊坡高6.0 m，邊坡率上部二級(jí)1∶1.5，下部三級(jí)為1∶1.25。切方地段巖性主要為全、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)膠結(jié)的礫巖，局部夾0.5 m～3.0 m全風(fēng)化泥質(zhì)頁(yè)巖或炭質(zhì)頁(yè)巖。路塹開挖至路基設(shè)計(jì)標(biāo)高后，山體開始向下蠕變滑移，于后緣斷續(xù)形成長(zhǎng)達(dá)450 m縱向裂縫，裂縫距設(shè)計(jì)中線40 m～120 m(見圖1)。坡體持續(xù)向臨空面推移，移動(dòng)速度5 mm/d～15 mm/d，剪出口于路基坡腳上部2 m～6 m頁(yè)巖層中，局點(diǎn)有地下水滲出，施工單位對(duì)滑坡體持續(xù)監(jiān)測(cè)，并對(duì)坡體前緣擠出的巖土體進(jìn)行清理。通過對(duì)滑坡進(jìn)行勘察分析，滑體推力計(jì)算，提出治理設(shè)計(jì)方案并整治，取得良好效果，說明工作程序和治理方案切實(shí)可行。

1 滑坡場(chǎng)地地質(zhì)環(huán)境背景

滑坡場(chǎng)地屬于構(gòu)造剝蝕地貌，V型谷山地邊坡，坡度約為15°。地區(qū)氣候?qū)俸疁貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，年平均氣溫4 ℃左右，降水量約850 mm，雨季集中在7月～8月，其中7月份降水占全年51%，最大凍深1.40 m。大地構(gòu)造單元為太子河凹斷束的邊緣，華北地臺(tái)與遼吉裂谷邊緣斷裂帶在測(cè)區(qū)東側(cè)通過，為侏羅系斷陷盆地的邊緣斷裂[1]，活動(dòng)不明顯。場(chǎng)區(qū)地下水為碎屑巖類孔隙水，富水性弱，滲透性良好。層間頁(yè)巖滲透性差，具有相對(duì)隔水作用，受其阻隔局部形成層間滯水，緩慢徑流至坡腳處排泄。區(qū)內(nèi)近百年來沒有發(fā)生Ⅵ級(jí)以上地震，設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)為50年超越概率10%的地震動(dòng)峰值加速度為小于0.05g，地震基本烈度小于6度，地震反應(yīng)譜特征周期0.35 s，屬于構(gòu)造穩(wěn)定區(qū)。

工程地質(zhì)層(如圖2所示)為①碎石：灰色，稍濕，松散，混粘性土，層厚小于0.5 m。②礫巖：上部全風(fēng)化，下部強(qiáng)風(fēng)化，產(chǎn)狀330°～345°∠9°～15°，灰黃色，厚層狀泥質(zhì)膠結(jié)，粒徑0.3 cm～10 cm為主，局部可見20 cm～70 cm漂礫，層厚大于5 m，為路塹邊坡和路基主要組成部分。②1炭質(zhì)頁(yè)巖：風(fēng)化強(qiáng)烈，產(chǎn)狀與礫巖基本一致，灰黑色，厚層狀泥炭質(zhì)結(jié)構(gòu)，巖體軟弱，以礫巖夾層形式分布，為滑動(dòng)帶主要組成層位，滑帶處層厚1.0 m～3.5 m,受古滑坡作用，巖層破碎嚴(yán)重。②2泥質(zhì)頁(yè)巖：風(fēng)化強(qiáng)烈，產(chǎn)狀330°～345°∠13°～15°，灰綠色，厚層狀泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，局部頁(yè)理發(fā)育，巖質(zhì)軟弱，為礫巖夾層狀分布?；瑒?dòng)帶主要組成層位，滑帶處層厚0.5 m～1.8 m,受古滑坡作用，層底形成較光滑的古滑面。

2 滑坡巖土體特征

滑坡后緣位于設(shè)計(jì)截排水溝外圍，形成的拉張裂縫不連續(xù)，總體走向與邊坡走向一致，南北長(zhǎng)約450 m。滑體中后部局部形成羽狀排列的剪切裂縫，縫間距1 m～4 m，后緣滑坡壁高0.50 m～1.50 m。坡體前緣沿頁(yè)巖層理滑動(dòng)擠出，上部的巖土體向臨空面滑塌，滑動(dòng)面局點(diǎn)有地下水滲出，流量為0.027 L/s～0.039 L/s?；轮星安炕瑒?dòng)帶厚1.0 m～2.5 m，上部為0.5 m～1.5 m炭質(zhì)頁(yè)巖，下部為泥質(zhì)頁(yè)巖，厚0.5 m～1.0 m，受滑動(dòng)作用頁(yè)巖體破壞成粘土狀，滑面清楚，滑痕可見。圈定滑坡平面上總體呈近似矩形，南北長(zhǎng)約450 m，東西寬約80 m～100 m，滑體厚度5 m～15 m，平均厚約10 m，滑體方量約30萬m3?；w自南西向北東呈推移式緩慢下滑，滑動(dòng)面后部切割礫巖，中前部順著相對(duì)軟弱的頁(yè)巖夾層滑動(dòng)。

滑體以全、強(qiáng)風(fēng)化礫巖為主，底部為風(fēng)化強(qiáng)烈的炭質(zhì)頁(yè)巖、泥質(zhì)頁(yè)巖?；矠閺?qiáng)風(fēng)化礫巖，局部夾強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)頁(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖。泥、炭質(zhì)頁(yè)巖隔水，強(qiáng)度受水浸降低。對(duì)滑坡各部位巖土體進(jìn)行原位測(cè)試和土工試驗(yàn)，其物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

3 滑坡成因及類型

1)巖土體結(jié)構(gòu)。滑帶主要位于礫巖層中相對(duì)軟弱的泥質(zhì)頁(yè)巖和炭質(zhì)頁(yè)巖部位。頁(yè)巖風(fēng)化成粘土狀，其抗剪強(qiáng)度受土質(zhì)的稠度控制。由于滲水微弱，受阻隔的地下水不能及時(shí)排出，造成其含水量增加，軟化巖體，稠度增加降低了抗剪強(qiáng)度，抗滑力大大降低。

表1 滑坡巖土體物理力學(xué)指標(biāo)成果表

2)地形及地層結(jié)構(gòu)。山體自然邊坡向北北西傾斜約15°，頂部小于10°?；麦w及滑床為一套沉積建造的厚層狀地層，產(chǎn)狀 330°～345°∠9°～15°，與自然邊坡傾向基本一致。路塹形成的邊坡為順層邊坡，邊坡率1∶1.5(約39°)。邊坡土體受重力作用產(chǎn)生順層的推力(即下滑力)，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性極為不利。

3)地下水作用。大氣降水滲入坡體內(nèi)，受下部全風(fēng)化頁(yè)巖阻隔不能及時(shí)排走，造成坡體水位升高。受地下水浸泡上部巖土體的容重相對(duì)增加，下部滑帶處巖土體發(fā)生軟化，抗剪強(qiáng)度降低，造成滑坡形成。另外地下水在土體與滑面部位滲流時(shí)，形成動(dòng)水壓力，對(duì)上部土體產(chǎn)生機(jī)械、化學(xué)潛蝕作用，也大大降低滑面處土體強(qiáng)度[2]，也促成滑坡形成。

4)古滑坡及工程人為因素。根據(jù)地質(zhì)調(diào)查和勘探，開挖路塹位于古滑坡體前緣抗滑段部位。對(duì)抗滑段土石方進(jìn)行挖除減載，降低抗滑阻力；路塹坡體頂部為施工便道，且有大型負(fù)重的汽車通過，增加坡體上部下滑推擠段推力，使既已存在的古滑坡體復(fù)活。

綜上所述，區(qū)段巖土體結(jié)構(gòu)、地層結(jié)構(gòu)、地下水作用和既已存在的古滑坡體是本段路塹滑坡的內(nèi)在因素，工程人為因素是誘發(fā)古滑坡復(fù)活的主要外因。結(jié)合滑坡內(nèi)外因素，該滑坡屬于推擠型滑坡。

4 滑坡計(jì)算與分析

4.1 穩(wěn)定性分析方法

采用JTG D30—2015公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范推薦的傳遞系數(shù)法計(jì)算滑坡剩余下滑力。計(jì)算模型如圖3所示[3]，當(dāng)Ti<0 時(shí)，取Ti=0，當(dāng)滑坡體最后一個(gè)條塊的剩余下滑力不大于0時(shí)，滑坡穩(wěn)定；當(dāng)大于0時(shí)，滑坡不穩(wěn)定。

Ti=FsWisinαi+ψiTi-1-Wicosαitanφi-ciLi。

ψi=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanφi。

其中，Ti,Ti-1分別為第i和第i-1滑塊剩余下滑力，kN/m；Fs為穩(wěn)定安全系數(shù)；Wi為第i滑塊的自重力，kN/m；αi,αi-1分別為第i和第i-1滑塊對(duì)應(yīng)滑面的傾角，(°)；ψi為傳遞系數(shù)；φi為第i滑塊滑面的內(nèi)摩擦角，(°)；ci為第i滑塊滑面巖土的內(nèi)聚力，kN/m；Li為第i滑塊滑面長(zhǎng)度，m。

4.2 參數(shù)選取

1)安全系數(shù)。

依據(jù)JTG D30—2015公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范一般規(guī)定，對(duì)滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，抗滑安全系數(shù)對(duì)高速公路宜采用1.2～1.3[3]，綜合考慮邊坡施工及運(yùn)營(yíng)期安全等最不利情況，系數(shù)取值1.3。

2)巖土體參數(shù)。

對(duì)滑坡體、滑動(dòng)帶、滑床巖土體進(jìn)行多組室內(nèi)土工試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試，結(jié)果參見表1。重要指標(biāo)按照工程不利條件選取大值，抗剪指標(biāo)以滑坡體計(jì)算剖面附近各鉆孔土樣實(shí)測(cè)的飽和快剪和殘余剪試驗(yàn)作為參考，采用重復(fù)剪的殘余強(qiáng)度，并結(jié)合滑坡體已出現(xiàn)整體變形、微滑趨勢(shì)(取安全系數(shù)Fs=0.9～1.0)[4]，利用K288+840，K288+925橫斷面反分析方法綜合確定巖土體參數(shù)。具體指標(biāo)參數(shù)選取值見表2。

表2 穩(wěn)定性分析計(jì)算參數(shù)表

反分析驗(yàn)算：以K288+925橫斷面為例，驗(yàn)算復(fù)雜巖土層穩(wěn)定安全系數(shù)。

穩(wěn)定計(jì)算目標(biāo):指定滑面的安全系數(shù)。穩(wěn)定分析方法:簡(jiǎn)化Janbu法。

土條寬度:1.000 m。

非線性方程求解容許誤差:0.000 01。

方程求解允許的最大迭代次數(shù):50。

計(jì)算結(jié)果(見圖4):最危險(xiǎn)滑裂面滑動(dòng)安全系數(shù)=0.915，介于0.9～1.0之間，符合滑坡體已出現(xiàn)整體變形、微滑趨勢(shì)的實(shí)際情況。

4.3 滑坡推力計(jì)算

根據(jù)滑坡區(qū)段的地形地貌條件和滑坡體實(shí)測(cè)的6條橫斷面，荷載為滑體重力、地下水產(chǎn)生的靜水壓力和動(dòng)水壓力，采用最不利指標(biāo)對(duì)6條橫斷面進(jìn)行剩余下滑力計(jì)算。計(jì)算簡(jiǎn)圖和結(jié)果見圖5，表3。

表3 滑體剩余下滑力計(jì)算結(jié)果

5 滑坡治理方案

5.1 方案選取

針對(duì)本工程建設(shè)用地已審批確定，在不允許大面積削坡減載超出征地紅線范圍之外的情況下，進(jìn)行抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索框架梁三種方案比較。三種方案均能治理滑坡，但上述三種方案建安費(fèi)分別為2 531.3萬元、2 234.6萬元和2 848.4萬元，預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁方案造價(jià)最低，預(yù)應(yīng)力錨索框架梁方案造價(jià)最高。從施工難度、質(zhì)量控制和滑坡體巖土體性質(zhì)等角度分析：預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁方案需要專業(yè)隊(duì)伍進(jìn)行錨索施工，并需嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，特別是錨索的防腐和灌漿質(zhì)量難以保證；預(yù)應(yīng)力錨索框架梁方案可以穩(wěn)定滑坡，但設(shè)計(jì)張拉力較大，錨索需要較多的根數(shù)和束數(shù)，對(duì)施工質(zhì)量要求較高，另外錨索的腐蝕、預(yù)應(yīng)力損失、錨固段注漿質(zhì)量、地層蠕變都將影響其使用效果，需要謹(jǐn)慎對(duì)待。對(duì)比以上經(jīng)濟(jì)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，抗滑樁方案優(yōu)點(diǎn)較明顯，所以采用抗滑樁方案。

5.2 抗滑樁

根據(jù)剩余下滑力計(jì)算結(jié)果、滑坡地質(zhì)、滑帶傾角情況，抗滑樁采用矩形截面，截面尺寸2 m×3 m，樁中距5 m，樁位布置在路塹邊坡二級(jí)平臺(tái)上，內(nèi)力和變形計(jì)算采用懸臂樁m法。樁身材料采用C30鋼筋混凝土，樁底邊界條件按自由端考慮，樁前、后滑動(dòng)面處的地基系數(shù)K=A=6 000 kN/m3，K=A′=12 000 kN/m3，滑動(dòng)面以下地基系數(shù)的比例系數(shù)：強(qiáng)風(fēng)化頁(yè)巖和強(qiáng)風(fēng)化礫巖取m=20 000 kN/m4，全風(fēng)化頁(yè)巖和強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)頁(yè)巖取m=15 000 kN/m4，不考慮樁前剩余抗滑力。結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取1.0，永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)取1.35，抗滑樁樁身按受彎構(gòu)件設(shè)計(jì)，計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 抗滑樁方案計(jì)算結(jié)果

6 抗滑樁治理工程設(shè)計(jì)

1)刷方減重：將二級(jí)邊坡平臺(tái)加寬至5 m，為抗滑樁施工提供工作平臺(tái)。為保證受力段樁長(zhǎng)，防止滑體從樁頂剪出，將一級(jí)邊坡高度由原設(shè)計(jì)的6 m改為8 m。為減小剩余下滑力，將上部邊坡放緩。一級(jí)邊坡高8 m，坡率1∶1.25，碎落臺(tái)寬2 m；二級(jí)邊坡高6 m，坡率1∶1.25，平臺(tái)寬2 m；三級(jí)邊坡高6 m，坡率1∶2，平臺(tái)寬5 m；四級(jí)邊坡高6 m，坡率1∶2，平臺(tái)寬2 m；五級(jí)邊坡坡率1∶2，平臺(tái)寬2 m。

2)抗滑樁：根據(jù)滑坡體范圍和計(jì)算成果，在K288+620～K290+020段二級(jí)邊坡平臺(tái)上設(shè)置一排C30混凝土抗滑樁，抗滑樁采用矩形截面，截面尺寸2 m×3 m，樁間凈距3 m，預(yù)設(shè)抗滑樁81根，樁長(zhǎng)依據(jù)計(jì)算采用18 m,19 m或20 m，錨固段不小于11 m?？够瑯斗秩弁诳资┕?，C30混凝土澆筑，縱向受力鋼筋采用直徑32 mm HRB400鋼筋，抗剪箍筋采用直徑20 mm HRB400鋼筋，兩側(cè)和受壓邊設(shè)置構(gòu)造鋼筋。

3)鎖口、護(hù)壁和反壓護(hù)道：抗滑樁進(jìn)口設(shè)置2 m高C25鋼筋混凝土鎖口；樁井設(shè)置護(hù)壁；為保證挖孔過程中的安全，防止滑坡推力對(duì)樁孔的推移，在樁外側(cè)設(shè)置寬度不小于20 m的反壓護(hù)道，高度與樁頂基本齊平。反壓護(hù)道填方采用臨近挖方路段的棄方。

4)擋土板：為防止樁間土溜出，在樁后設(shè)置C30鋼筋混凝土預(yù)制擋土板，擋土板采用矩形截面，長(zhǎng)4.0 m，厚0.4 m，寬0.6 m，與樁的搭接長(zhǎng)度0.5 m，保證頂部巖土體不能從樁間擠出。

5)預(yù)應(yīng)力錨索框架梁：經(jīng)計(jì)算K288+648～K288+770路段存在樁前剩余下滑力，一級(jí)邊坡上采用預(yù)應(yīng)力錨索框架梁進(jìn)行加固?？蚣芰嚎v梁間距3 m，橫梁垂直間距3 m，采用C30鋼筋混凝土現(xiàn)澆，梁矩形截面尺寸50 cm×50 cm。共設(shè)置3排錨索，錨索設(shè)計(jì)抗拔力500 kN，采用5束φ15.24 mm高強(qiáng)度、低松弛普通鋼絞線制作,鋼絞線強(qiáng)度fpk=1 860 MPa。錨索總長(zhǎng)25 m，錨固段10 m。

6)坡面防護(hù)：滑坡支擋工程施工完畢后，對(duì)坡面進(jìn)行防護(hù)，一、二級(jí)邊坡采用疊拱+土工格室植物防護(hù)，三級(jí)～五級(jí)邊坡采用疊拱植物防護(hù)，各級(jí)邊坡兩側(cè)低矮三角區(qū)采用植物防護(hù)，疊拱防護(hù)采用M10漿砌片石砌筑。

7)排水系統(tǒng)：坡頂沿等高線在滑坡外設(shè)置截水溝，每級(jí)邊坡平臺(tái)上均設(shè)置平臺(tái)截水溝，路塹邊溝下原設(shè)計(jì)有碎石盲溝。在二級(jí)邊坡下部設(shè)置一排仰斜式排水孔,排水孔橫向間距5 m,長(zhǎng)度應(yīng)能穿透滑動(dòng)面,孔內(nèi)填充φ110 mm硬塑透水管，里端采用2層無紡?fù)凉げ及?/p>

治理工程設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖見圖6。

7 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1)區(qū)段巖土體結(jié)構(gòu)、順坡地層、地下水作用和既已存在的古滑坡體是本段路塹滑坡的內(nèi)在因素，工程人為因素是誘發(fā)古滑坡復(fù)活的主要外因。

2)滑坡推力計(jì)算參數(shù)選取依據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)試成果，并結(jié)合滑坡體已出現(xiàn)整體變形、微滑實(shí)際情況，利用不同滑坡斷面進(jìn)行反分析方法計(jì)算綜合確定。

3)滑坡治理方案選取從巖土體結(jié)構(gòu)性質(zhì)、施工難度、質(zhì)量控制等技術(shù)角度出發(fā)，結(jié)合工程造價(jià)方面，綜合選擇優(yōu)勢(shì)明顯的抗滑樁方案。

4)抗滑樁治理工程設(shè)計(jì)首先考慮滿足現(xiàn)場(chǎng)施工條件和施工順序，然后針對(duì)樁體、擋板、坡面防護(hù)以及排水系統(tǒng)等具體細(xì)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。

[1] 吉林省地質(zhì)礦產(chǎn)局.吉林省區(qū)域地質(zhì)志[M].北京：地質(zhì)出版社，1988.

[2] 吉林省國(guó)土資源廳.礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)與恢復(fù)治理方案編制培訓(xùn)班教材[Z].2013.

[3] JTG D30—2015，公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 徐漢斌，王 軍.反算法中滑坡穩(wěn)定系數(shù)的取值問題[J].四川地質(zhì)學(xué)報(bào)，1999，19(1)：86-89.

Deep excavation cut landslide causes analysis and treatment of Jing-Tong highway

Wang Yan1Du Jun2

(1.JilinAcademyofGeologicalandMineralSurveyDesign,Changchun130012,China;2.LiaoningInstituteofEngineeringSurvey,Jinzhou121000,China)

Taking the deep excavation cut section treatment of Jing-Tong highway as an example, combining with the landslide geology environment and landslide geotechnical characteristics, the paper analyzes landslide causes and categories, and calculates residual landslide sliding force with transmit coefficient slice method. Through indoor geotechnical test and in-situ test and counter-analysis method, based on technical and economic conditions, it analyzes and selects anti-sliding landslide processing scheme, and carries out engineering design, and finally obtains great effect.

deep excavation cut, landslide, causes analysis, treatment

2015-08-28

王 巖(1973- )，男，高級(jí)工程師； 杜 軍(1983- )，男，高級(jí)工程師

1009-6825(2015)31-0054-04

TU457

A