彭博

(寧鄉(xiāng)市交通運輸局， 湖南 寧鄉(xiāng) 410600)

衡炎(衡陽—炎陵)高速公路于2005年開工，是國家重點公路項目，橫跨長沙、株洲、衡陽等地多處旅游景區(qū)，在帶動湖南、廣西兩省旅游發(fā)展的同時，改善了所經(jīng)區(qū)域的交通運輸環(huán)境。但由于所經(jīng)區(qū)域地勢較平坦且降水量較多等，該高速公路近年來出現(xiàn)了不同程度的邊坡水毀現(xiàn)象，對正常運營帶來影響。該文主要針對受損較嚴重的株洲段展開研究。

1 株洲段邊坡水毀狀況及成因

1.1 邊坡水毀狀況

株洲段全長66.25 km，原設計采用人字形骨架、截水溝邊坡。從2015年8月開始，該區(qū)域連續(xù)暴雨，該路段邊坡產(chǎn)生變形。最早在K718+850—870段出現(xiàn)下滑現(xiàn)象，在暴雨的不斷沖刷下邊坡滑動區(qū)域逐步擴大，至2016年蔓延至K718+915?；氯惨妶D1。

圖1 衡炎高速公路株洲段邊坡滑動全貌

現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，該滑坡屬于推移式土質(zhì)滑坡，呈圓椅狀，主滑方向為64°，前后緣相對高差19 m，高程分別為78、97 m，總坡度為42°，滑坡總方量約0.55萬m3，滑坡較嚴重?；碌母鞣较蚓霈F(xiàn)問題：滑坡的后緣出現(xiàn)大規(guī)模下錯，形成錯距約3 m、寬約2 m的滑坡壁(見圖2)；滑坡的左右兩側出現(xiàn)2條下錯裂縫，最大錯距達0.3 m(見圖3)；滑坡的前緣由于后緣的下錯而變形，出現(xiàn)大規(guī)模垮塌(見圖4)，原設計的一系列支護完全遭到破壞。

圖4 衡炎高速公路株洲段滑坡前緣垮塌

圖3 衡炎高速公路株洲段滑坡左、右周界下錯

圖2 衡炎高速公路株洲段滑坡后緣下錯

1.2 邊坡水毀成因

根據(jù)現(xiàn)有影像資料及現(xiàn)場勘察、監(jiān)測，分析衡炎高速公路株洲段滑坡的主要影響因素有周邊環(huán)境的保護程度、結構面性質(zhì)及降水量。

1.2.1 周圍環(huán)境的保護程度

衡炎高速公路采用人字形骨架結合截水溝的支護形式，并在坡頂種植植物。由于該路段按照坡比1∶1進行削坡處理，且坡頂缺乏管理導致植被人為破壞嚴重，原有支護并沒有起到很好的支撐作用，邊坡在連日暴雨沖刷下水土流失導致沖溝，沖溝中匯集的雨水和泥土共同沖擊著支護系統(tǒng)，最終導致支護系統(tǒng)遭到破壞形成滑坡。坡頂環(huán)境見圖5。

圖5 坡頂環(huán)境狀況

1.2.2 結構面性質(zhì)

滑坡段路基為切方路基，右幅邊坡出露地層為第四系黏土，結構面較軟弱。黏土呈軟塑狀態(tài)，工程性能差，為明顯的滑帶土，為滑坡的產(chǎn)生提供了潛在滑動面，進而在外力作用下產(chǎn)生滑坡。黏土的主要基本性質(zhì)見表1。

表1 黏土的基本性質(zhì)

1.2.3 降雨量

該滑坡路段位于株洲市攸縣，該區(qū)域年降水量較大，達1 339 mm左右，且集中在4—9月。集中式的降雨使土體易飽和，增加土的自重，同時降低土體的抗剪強度及抗滑力度。株洲段滑坡產(chǎn)生的時間與暴雨的時間相吻合，說明降雨量較大是滑坡產(chǎn)生的主要助力。

綜上，衡炎高速公路株洲段由于水毀導致的山體滑坡與該區(qū)域獨特的地質(zhì)和地貌環(huán)境、氣候、降水量及外在人力行為分不開，是這些因素共同作用下產(chǎn)生的。

2 邊坡水毀治理方案

2.1 邊坡的穩(wěn)定性分析

株洲段邊坡破壞形式為圓弧滑動，采用瑞典條分法對邊坡的穩(wěn)定性進行計算。將工況分為天然工況(工況1)、暴雨工況(工況2)兩種，對應安全系數(shù)分別為1.15、1.10，對K718+880、K718+905剖面的剩余下滑力進行計算，計算公式如下：

Ni=(Gi+Gbi)cosθi+Pwisin(αi-θi)

Ti=(Gi+Gbi)sinθi+Pwicos(αi-θi)

Ri=Nitgαi+cili

式中：Ks為邊坡穩(wěn)定性系數(shù)；Ri為第i計算條塊滑動面的抗滑力(kN/m)；Ti為第i計算條塊滑體在滑動面切線上的反力(kN/m)；Gi為第i計算條塊單位寬度巖土體自重(kN/m)；Gbi為第i計算條塊滑體地表建筑物的單位寬度自重(kN/m)；θi為第i計算條塊滑動面法線與豎直線的夾角(°)；Pwi為第i計算條塊單位寬度的動水壓力(kN/m)；αi為第i計算條塊滑動面上巖土體的內(nèi)摩擦角標準值(°)；Ni為第i計算條塊在滑動面上所受重力(kN/m)；ci為第i計算條塊滑動面上巖土體的黏結強度標準值(kPa)；li為第i計算條塊滑動面長度(m)。

參考地質(zhì)勘探報告，綜合應用室內(nèi)試驗、反算分析等結果選取邊坡在不同工況下穩(wěn)定性計算參數(shù)(見表2)，對K718+880、K718+905剖面的剩余下滑力進行計算，判斷邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)。計算結果見表3。

表2 邊坡穩(wěn)定性計算參數(shù)

由表3可知：工況1和工況2條件下，邊坡的穩(wěn)定性都較差，需及時采用措施進行治理。

表3 邊坡穩(wěn)定性計算結果

2.2 邊坡水毀治理原則和目標

2.2.1 治理原則

(1) 以人為本，保護好當?shù)氐沫h(huán)境，對存在問題的路段集中處理，爭取一次到位。

(2) 治理方案經(jīng)濟合理、技術可行，同時適當吸取當?shù)氐闹卫斫?jīng)驗。

(3) 充分利用當?shù)刭Y源，避免重復工程，以節(jié)約成本。

2.2.2 治理目標

(1) 邊坡治理完成后，要求在50年設計基準期內(nèi)保證滑坡體穩(wěn)定，不會產(chǎn)生整體或局部滑移破壞。

(2) 考慮到后期的管理、維護，治理方案除需滿足經(jīng)濟合理、技術可行、安全可靠的要求外，使用的技術也應成熟、簡便。

(3) 治理方案在滿足硬件條件的前提下，還需與區(qū)域內(nèi)自然生態(tài)相協(xié)調(diào)，保障生態(tài)環(huán)境的美化。

(4) 工程治理時應盡可能考慮有利于坡體自身穩(wěn)定，盡量避免擾動巖土體而導致其內(nèi)部應力變化。

(5) 工程布局應重點突出、全面治理，在保證治理方案科學性的同時，使方案切實可行，且經(jīng)濟、安全有效。

2.3 邊坡水毀治理方案

依據(jù)邊坡破壞特點及地形地質(zhì)等情況，在分析邊坡病害的基礎上，確定采用“卸載土方+整修邊坡+人字骨架護坡+抗滑擋土墻+坡面截排水”的治理方案。

2.3.1 邊坡坡率設計

首先清理和卸載滑移土體，根據(jù)土質(zhì)邊坡坡面情況重新修整邊坡坡率。K718+850—915右側邊坡，第一級邊坡坡率1∶2.0，坡高7 m，設置2 m寬邊坡平臺；第二級邊坡坡率1∶1.1～1∶1.3，坡高約10 m。刷坡后，對坡面凹陷處及坡面松散土體分別進行填補及夯實。

2.3.2 防護工程設計

(1) 坡腳。拆除、清理原坡腳漿砌片石擋土墻后，在原址新設置C20片石砼抗滑擋土墻。選擇K718+880斷面，利用理正巖土工程計算分析軟件(6.0版)進行滑坡剩余下滑力計算和重力式抗滑擋土墻驗算，各項指標均滿足規(guī)范要求。

(2) 沿墻高和墻長設置泄水孔(沿墻長方向間距為2 m，沿墻高方向間距為1 m)，上、下、左、右交錯設置?？變?nèi)預埋φ10 cm PVC泄水管，設置3%坡度。為了防止泄水孔堵塞，泄水孔進水口周圍50 cm范圍內(nèi)設置反濾層，墻背回填厚度≥50 cm的砂礫或碎石，外包透水土工布。在最低泄水孔下部設置隔水層，以防積水滲入基底，最低泄水孔高出地面0.3 m。為了防止墻背水下滲至基底，在墻后最低排泄水孔下填筑0.3 m黏土層并夯實，黏土層寬度比墻背基坑開挖線寬0.3 m，其頂面鋪設一層防滲土工布。

(3) 坡面。坡面采用現(xiàn)澆C20砼人字形骨架，其內(nèi)植草防護。

2.3.3 地表水引排處理

在滑動坡面上方坡側設置梯形截水溝，防止坡體以外的表面水流入滑體。坡面及一級平臺設截水溝，通過滑體兩側引流水溝排入路側邊溝，完善地表排水系統(tǒng)。截水溝采用M7.5漿砌片石砌筑。

3 治理方案效果分析

治理方案施工期為2個月，于2016年底完工。治理完成后，選取5個剖面進行穩(wěn)定性計算，結果顯示該區(qū)域邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)均滿足規(guī)范要求。同時于2017年1—4月每隔15 d對邊坡水平、垂直方向的位移進行監(jiān)測，結果顯示兩方向產(chǎn)生的位移均控制在25 mm以內(nèi)。綜上，治理方案有效。

4 結語

通過現(xiàn)場勘探，確定衡炎高速公路株洲段邊坡水毀的類型、范圍及嚴重程度，結合影像資料，分析該路段邊坡水毀原因為區(qū)域獨特的地質(zhì)和地貌環(huán)境、氣候、降水量及外在人力行為，并提出卸載土方+整修邊坡+人字骨架護坡+抗滑擋土墻+坡面截排水的綜合治理方案，穩(wěn)定性計算和位移監(jiān)測結果表明該方案有效。