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        強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖順層滑坡機(jī)理及處治措施研究

        2016-11-29 08:49:59江紅劉海兵何衛(wèi)
        公路與汽運 2016年5期
        關(guān)鍵詞:砂質(zhì)順層滑坡體

        江紅,劉海兵,何衛(wèi)

        (1.中交三航局南京分公司,江蘇南京 210011;2.中南大學(xué)土木工程學(xué)院,湖南長沙 410075)

        強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖順層滑坡機(jī)理及處治措施研究

        江紅1,劉海兵1,何衛(wèi)2

        (1.中交三航局南京分公司,江蘇南京 210011;2.中南大學(xué)土木工程學(xué)院,湖南長沙 410075)

        強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖穩(wěn)定性低,易造成坡體順層滑坡,危及高速公路安全。文中以貴州道安(道真—甕安)高速公路邊坡工程為例,從地質(zhì)構(gòu)造、地層巖性、水文條件、人類工程活動等方面分析了邊坡穩(wěn)定性影響因素;根據(jù)滑坡特點,提出了錨桿(索)框架梁+抗滑樁(擋墻)支擋的綜合處治方法,取得了良好治理效果。

        公路;強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖;順層滑坡;錨桿(索)框架梁;抗滑樁(擋墻)

        近幾年來,隨著國家高速公路網(wǎng)的不斷發(fā)展,建設(shè)重點開始自東部發(fā)達(dá)地區(qū)向西部山區(qū)轉(zhuǎn)移,貴州省高速公路建設(shè)迎來了開發(fā)高潮。貴州地區(qū)地形、地質(zhì)較復(fù)雜,公路邊坡滑坡時常出現(xiàn),其中順層滑坡更是頻頻發(fā)生,給建設(shè)過程帶來了巨大危險,建設(shè)過程中能否妥善處理好該類問題關(guān)系著整個工程的安全。為了創(chuàng)造安全的施工環(huán)境,許多工作者從地層巖性、坡體結(jié)構(gòu)、水文地質(zhì)條件及滑動帶形成演化過程與模式等方面出發(fā),通過反分析計算、工程經(jīng)驗類比法及有限元程序等方法進(jìn)行了順層邊坡穩(wěn)定性分析,并提出了針對性的順層滑坡預(yù)防和處治措施。但對強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖順層滑坡機(jī)理及處理方案等的研究較少。該文以貴州道安(道真—甕安)高速公路K83+808—K84+046段右側(cè)強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖順層邊坡滑坡為例,進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性因素分析,并提出綜合處治方案。

        1 滑坡概況

        道安高速公路K83+808—K84+046段右側(cè)邊坡為單斜地層,巖層產(chǎn)狀為70°~102°∠12°~20°。節(jié)理裂隙發(fā)育,主要有兩組發(fā)育節(jié)理,L1為55°∠89°,L2為130°∠85°,這兩組節(jié)理都是節(jié)理面平直粗糙,多呈閉合狀。根據(jù)野外地質(zhì)勘查及各鉆孔巖土芯樣(見圖1),滑坡地層自上而下分別為:

        (1)耕植土(Qpd4)地層。主要以粉質(zhì)黏土為主,表層含較多植物根系,底部含較多碎石,厚度1.0~2.0 m,位于滑坡的表層。

        (2)含礫粉質(zhì)黏土(Qme4)地層。主要成分為泥巖,表層覆蓋少量耕植土,厚度2.0~5.0 m,位于滑坡表層。

        圖1 鉆孔巖土芯樣

        (3)強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖(Ot+h1)地層。為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu),中厚層狀構(gòu)造,節(jié)理裂隙發(fā)育,其底部緊靠滑坡滑動帶,厚度為2.0~14.0 m,為滑坡體的主要物質(zhì)組成。

        (4)中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖(Ot+h1)地層。為隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu),中厚層狀構(gòu)造,節(jié)理裂隙發(fā)育,巖體破碎,局部含灰?guī)r,鉆孔揭露最大厚度為21.4 m,位于滑坡體的底部。

        該邊坡以挖方路基通過,最大挖深35.4 m,地勢起伏陡峻,相對高差為50~100 m(見圖2)。

        圖2 項目區(qū)地形地貌

        邊坡水文地質(zhì)條件和人類工程活動對滑坡的形成、發(fā)展和滑動有著重要影響?;聟^(qū)地下水主要為第四系松散層孔隙水、基巖裂隙水。松散層孔隙水主要匯集于滑坡體的松散堆積層中,使整個滑坡體處于濕潤狀態(tài),而基巖裂隙水主要分布在中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖的節(jié)理裂隙中?;律系娜祟惞こ袒顒颖容^復(fù)雜,主要由三部分組成:一是居民的坡表水稻和玉米種植活動及在滑坡區(qū)山脊處了修筑一幢3層房屋;二是在右側(cè)坡體的山脊處進(jìn)行高速公路修建開挖,最大挖方深度30 m;三是在原邊坡體山腰處進(jìn)行村道改線道路修建開挖,最大挖方深度約15 m。

        2 滑坡體形態(tài)特征

        滑坡體平面上呈三角形,位于線路右側(cè),坡體中、上部為寬緩的階梯形平臺,下部為刷坡形成的陡坡,坡度20°~40°。沿線路方向長約250 m,縱向長約80 m,面積約208 m2,平均厚度12 m,失穩(wěn)體積約2 496 m3,為淺層中型滑坡體。根據(jù)滑坡體的地貌特征及滑坡體的主滑向,將滑坡體分為A、B兩區(qū)(見圖3)。

        圖3 滑坡體全貌

        (1)A區(qū)滑坡。該區(qū)滑坡是滑坡體的次要變形部分,位于滑坡體左側(cè),為一寬緩斜坡地形,地形西高東低,滑坡地形坡度8°~20°,滑動方向95°,與線路垂直相交?;虑熬壩挥诖宓栏木€道路開挖一級坡腳處,滑坡前緣高程約700 m,后緣高程約716 m,高差約16 m?;虑熬壠履_見剪出口,后緣張拉裂縫明顯。

        (2)B區(qū)滑坡。該區(qū)滑坡是滑坡體的主要變形部分,位于滑坡體右側(cè),為兩脊夾一V形沖溝,總體地形西高東低,兩側(cè)高,中間低洼,滑坡地形坡度20°~35°,滑動方向60°,與線路大角度斜交?;虑熬壩挥诟咚俟烽_挖一級坡處,高程約690 m,后緣高程約725 m,高差約35 m?;虑熬壠履_未見明顯剪出口,后緣張拉裂縫明顯。

        根據(jù)地質(zhì)勘探資料,滑坡體物質(zhì)組成自上而下可分為表層含礫粉質(zhì)黏土、下部強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖?;聟^(qū)發(fā)育的強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖有兩種形態(tài),上部多為土黃色,底部多為灰色,底部緊靠滑坡滑動帶,巖體因滑坡剪切滑動發(fā)生破環(huán),巖芯多呈碎屑狀、碎石狀?;w物質(zhì)組成較簡單,厚度橫向較均勻,縱向頂部厚度小、底部厚度大。

        滑坡體中下部緊靠臨空面位置,滑動帶主要為強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖與中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖接觸帶,強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖順層面沿著接觸帶向臨空面方向發(fā)生滑動,下部滑坡體向臨空面方向發(fā)生滑移后,上部坡體受牽引作用沿強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖受力最不利界面的軟弱面發(fā)生滑動。

        3 滑坡影響因素及變形機(jī)理分析

        滑坡變形影響因素包括內(nèi)因和外因兩類,其中內(nèi)因包括地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造,外因包括降雨、人類工程活動等。

        (1)地形地貌?;麦w的中上部為寬緩的階梯形平臺,地形平坦,容易匯集較多地表水,強(qiáng)降雨后滑坡體處于飽水狀態(tài)。

        (2)地層巖性。滑坡地層的表層黏性土因居民長期耕作,土質(zhì)疏松,容易匯集較多地表水?;碌貙酉虏康膹?qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖屬透水層,厚度較大,為雨季主要地下水賦集層?;碌貙拥撞康闹酗L(fēng)化砂質(zhì)泥巖屬隔水層,穩(wěn)定性相對較好。在強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖與中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖的接觸帶,地下水容易富積,軟化、泥化交界面,從而形成軟弱泥化夾層,坡體沿該軟弱面滑移失穩(wěn)?;麦w前緣發(fā)育的含礫粉質(zhì)黏土和強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖強(qiáng)度低,遇雨水易軟化崩解,自穩(wěn)性差。

        (3)地質(zhì)構(gòu)造。滑坡區(qū)為單斜構(gòu)造,巖層產(chǎn)狀70°~102°∠12°~20°,有55°∠89°、130°∠85°兩組發(fā)育節(jié)理。坡體開挖后坡向約120°∠53°,巖層傾向與邊坡坡向一致,巖層傾角小于坡腳,為順層坡。發(fā)育的兩組節(jié)理傾向與坡向一致,巖體結(jié)構(gòu)面組合均不利于邊坡穩(wěn)定。邊坡開挖為滑坡體提供了較大臨空面,巖層順層面向臨空面方向發(fā)生滑動,這為形成滑坡的主要原因。

        (4)降雨。該邊坡所在地雨水豐富,連續(xù)降雨使邊坡長期處于飽和狀態(tài),不僅加大邊坡土體自重,同時軟化、泥化邊坡巖土體,大大降低其抗剪強(qiáng)度,并在坡體內(nèi)產(chǎn)生動靜水壓力,造成邊坡穩(wěn)定性降低。

        (5)人類工程活動。邊坡表層黏性土因居民長期耕作,土質(zhì)疏松,容易匯集較多地表水;高速公路路基邊坡開挖、村道改線道路施工在原邊坡體山腰處進(jìn)行開挖,形成高陡臨空面,為邊坡變形提供了變形空間條件。

        綜上所述,在內(nèi)因和外因的共同作用下打破原有的力學(xué)平衡而導(dǎo)致邊坡向下發(fā)生滑移。

        4 滑坡穩(wěn)定性評價

        邊坡穩(wěn)定性評價應(yīng)遵循“以定性分析為基礎(chǔ)、定量計算為手段”的原則。進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計算時,應(yīng)根據(jù)邊坡工程地質(zhì)條件或已經(jīng)出現(xiàn)的變形破壞跡象,定性判斷邊坡可能的破壞形式和邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)。

        4.1穩(wěn)定性計算

        4.1.1計算剖面的確定

        根據(jù)鉆探資料繪制5個斷面圖,圖4、圖5分別為P2-P2′、P3-P3′斷面圖。下面以這兩個斷面為例進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

        圖4 P2-P2′工程地質(zhì)斷面圖(B區(qū),單位:m)

        圖5 P3-P3′工程地質(zhì)斷面圖(A區(qū),單位:m)

        4.1.2計算工況與安全系數(shù)

        該邊坡工程安全等級為一級,綜合考慮《公路路基設(shè)計規(guī)范》第3.7.7條規(guī)定,邊坡最低安全穩(wěn)定系數(shù)在自重工況(工況一:天然狀態(tài))下取1.25;在自重+暴雨工況(工況二:飽水狀態(tài))下取1.15。

        4.1.3邊坡物理力學(xué)參數(shù)選取

        鉆探選取6組土樣、3組強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖進(jìn)行剪切試驗。試驗中由于土樣含較多礫石、強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖體極軟,飽水后均開裂,未得出剪切試驗結(jié)果。邊坡穩(wěn)定性計算參數(shù)的選取主要采取以下途徑:1)極限平衡反算法,即假定現(xiàn)狀邊坡處于極限穩(wěn)定狀態(tài)(穩(wěn)定系數(shù)K=0.96~1.00)進(jìn)行反演。2)參考臨近的邊坡,采用工程地質(zhì)類比法取c=0~10 k Pa、φ=5°~15°;3)取經(jīng)驗值c=0~15 k Pa、φ=5°~20°。結(jié)合上述3種方法,經(jīng)綜合分析,確定邊坡穩(wěn)定性分析的物理力學(xué)計算參數(shù)見表1。

        表1 邊坡的物理力學(xué)參數(shù)

        4.1.4穩(wěn)定性分析計算結(jié)果

        根據(jù)《工程地質(zhì)手冊》,該順層滑坡的穩(wěn)定系數(shù)采用基于極限平衡理論的折線形滑坡面?zhèn)鬟f系數(shù)法計算得到,并結(jié)合該滑坡區(qū)地形起伏、滑動面的變化、巖性分層、滑坡區(qū)堆積體地形、地質(zhì)及水文特征對計算剖面進(jìn)行垂直條塊劃分,然后取單位寬度滑體上的一條塊分離體進(jìn)行極限平衡狀態(tài)下靜力分析,自滑坡體上方的第一個條塊開始逐一計算,若所得某一條塊的剩余下滑力為負(fù)值,則說明自該條塊以上的滑體是穩(wěn)定的,并考慮其對下一條塊的推力為零。該順層滑坡穩(wěn)定系數(shù)和剩余下滑力計算結(jié)果見表2。

        表2 穩(wěn)定系數(shù)和剩余下滑力計算結(jié)果

        4.2穩(wěn)定性評價

        從穩(wěn)定性計算結(jié)果來看,滑坡在天然狀態(tài)下,現(xiàn)狀坡體穩(wěn)定系數(shù)為1.115,剩余下滑力為負(fù)值,說明邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài);在暴雨狀態(tài)下,現(xiàn)狀坡體已發(fā)生淺層滑動,穩(wěn)定性系數(shù)為0.846,處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

        5 綜合處治

        5.1處治方案

        (1)A區(qū)滑坡處治方案。A區(qū)滑坡K83+ 954—K84+020段一級坡設(shè)置8 m高路塹墻,第二級坡坡率由1:1.5~1:2漸變,采用拱形骨架植草防護(hù)。同時坡頂設(shè)置山坡截水溝、增加流水踏步等排水措施,坡頂裂縫采用砂漿進(jìn)行封閉。

        (2)B區(qū)滑坡處治方案。B區(qū)滑坡K83+808—835段邊坡維持兩級坡設(shè)計,第二級坡增設(shè)邊坡導(dǎo)水孔。K83+835—852段第一級坡設(shè)置8 m路塹墻;第二級坡采用錨桿框架梁植草防護(hù),根據(jù)現(xiàn)場情況設(shè)置A型急流槽。K83+852—954第一級坡頂(坡體山脊位置)設(shè)置18根截面尺寸為3 m×2 m的抗滑樁,坡面采用窗式護(hù)面墻植草防護(hù);第二級坡采用錨索框架梁植草防護(hù)。

        5.2B區(qū)滑坡體抗滑樁施工

        根據(jù)現(xiàn)場樁基地質(zhì)情況和樁徑大小,采用跳樁2根施工即抗滑樁施工分3批完成,每批完成6根,共3排,水平間距為6 m,樁長分別取18、22、25 m。施工步驟:1)現(xiàn)場平整場地,測量放線,定樁位及高程。2)開挖第一節(jié)樁孔土石方,施作支護(hù)壁模板,綁扎鋼筋,澆筑第一節(jié)護(hù)壁及鎖口砼。3)在第一段護(hù)壁上二次投測標(biāo)高及樁位十字軸線,并架設(shè)安裝各種運輸、照明及通風(fēng)等設(shè)施。4)開挖吊運第二節(jié)樁孔土石方并校核樁孔位置、垂直度和凈寬,先拆第一節(jié)模板并施工第二節(jié)護(hù)壁模板,然后澆筑第二節(jié)護(hù)壁砼。重復(fù)以上步驟,直至施工到設(shè)計深度。5)檢查驗收樁孔,在驗收合格后,先吊放鋼筋籠,然后放砼導(dǎo)管,最后澆筑樁身砼。待養(yǎng)護(hù)完成后,進(jìn)行樁身質(zhì)量檢測(見圖6)。

        圖6 施工成型的樁孔

        5.3施工建議

        (1)邊坡破壞與水的作用密切相關(guān),應(yīng)注意邊坡的地面和地下防排水??刹扇∨潘疁?、截水溝及坡體深部排水等措施。

        (2)開挖施工避開雨季,避免開挖和雨水共同作用產(chǎn)生滑坡垮塌和失穩(wěn)。

        (3)根據(jù)邊坡現(xiàn)狀,施工期間采用一定坡表臨時防護(hù)措施保證施工安全。

        (4)施工階段和運營階段開展坡體監(jiān)測,及時修正設(shè)計方案,并在邊坡開挖后及時支護(hù)。

        6 結(jié)語

        該邊坡滑坡防護(hù)工程于2015年11月下旬全部施工完畢,經(jīng)過近4個月的監(jiān)測,坡體整體穩(wěn)定??梢?,在邊坡剛失穩(wěn)時,通過對邊坡工程地質(zhì)情況、特點及施工條件的綜合分析,提出可靠的綜合處治方案措施,可有效阻止邊坡失穩(wěn)發(fā)展,確保高速公路建設(shè)、通車營運期間及人民生命財產(chǎn)的安全。

        [1] 張志強(qiáng).砂巖泥巖地區(qū)巖石順層滑坡的發(fā)生機(jī)理及防治措施[J].路基工程,2003(3).

        [2] 楊明亮,袁從華,駱行文,等.高速公路路塹邊坡順層滑坡分析與治理[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2005,24(23).

        [3] 許潤龍,鄭明新,杜宇飛.長晉高速公路K31順層滑坡成因分析及防治效果評價[J].中外公路,2005,25(6).

        [4] 張楠.水與順層滑坡的關(guān)系及防治[J].河南水利與南水北調(diào),2014(4).

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        [6] 李守定,李曉,吳疆,等.大型基巖順層滑坡滑帶形成演化過程與模式[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2007,26(12).

        [7] 王訓(xùn)鋒,花艷麗.某山區(qū)高速公路滑坡分析及處治措施[J].公路與汽運,2016(2).

        U418.5

        A

        1671-2668(2016)05-0129-04

        2016-04-12

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