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        某山區(qū)高速公路滑坡分析與處治方案研究

        2021-04-09 03:49:40雷鵬呂全綱祝廷尉
        運輸經(jīng)理世界 2021年9期

        雷鵬、呂全綱、祝廷尉

        (中交第二公路勘察設計研究院有限公司,湖北武漢430056)

        1 滑坡概況

        某山區(qū)高速公路位于喀斯特地貌區(qū),該高速公路ZK18+873—ZK19+079 段路基左側為四級挖方邊坡。左側挖方邊坡完成第四級和第三級開挖,正在進行第二級邊坡開挖過程中,引發(fā)邊坡坡頂和第二、三級邊坡平臺處開裂,裂縫寬度2~10cm。隨著時間推移,該邊坡坡頂外出現(xiàn)了大范圍的裂縫,縫寬一般為3~15cm。因此,必須對該滑坡進行針對性的處治,以免滑動加劇,威脅山頂居民的生命財產(chǎn)安全。

        2 滑坡特征及變形機制分析

        2.1 滑坡體地形地貌特征

        ZK18+873—ZK19+079 段路基左側滑坡前緣高程約1500m,后緣高程約1536m,相對高差36m,滑坡主要滑動方向為242o,自然坡面坡度25~35o?;麦w沿主滑方向長約155m,橫向寬約175m,滑層厚度約15m,滑坡體體積約30 萬m3,為中層中型牽引式巖土混合滑坡[1]。

        2.2 滑坡體、滑帶物質特征

        ZK18+873—ZK19+079 段路基左側山體上覆層主要為第四系殘坡積紅黏土和含礫粉質黏土,下伏基巖為泥盆系中統(tǒng)古木組(D2g)泥灰?guī)r?;麦w主要為第四系殘坡積土體紅黏土、含礫粉質黏土以及泥盆系中統(tǒng)古木組(D2g)強風化泥灰?guī)r,滑體內(nèi)含礫粉質黏土的巖心多呈土柱狀,少部分為散體狀,黏性一般。

        2.3 滑床巖土體特征

        ZK18+873—ZK19+079 段路基左側山體滑坡的滑床主要為強風化泥灰?guī)r,該層裂隙發(fā)育,巖心呈碎塊和短柱狀,手掰不易折斷。

        2.4 滑坡體地表、地下水特征

        滑坡區(qū)地表水主要為大氣降水。由于斜坡坡腳開挖,導致地表水和地下水排泄至坡腳產(chǎn)生淤積,形成集水坑,使坡腳巖體軟化,其抗剪強度和阻抗作用減弱。

        滑坡區(qū)域地下水埋藏深度、地下水徑流強度、巖溶水等十分明顯地隨地形變化而產(chǎn)生規(guī)律性的演變。

        2.5 滑坡體變形破壞過程

        該滑坡屬于牽引式滑坡,整個滑坡體上形成二級剪出口,上層剪出口滑面為第二個臺階,下側剪出口為擬建道路路面位置處?;麦w的中上部出現(xiàn)多層類似階梯的大裂縫,巖土體松散,特別在雨季,雨水滲入松散堆積體后,易發(fā)生表層滑動。

        2.6 滑坡變形機制分析

        ZK18+873—ZK19+079 段路基左側滑坡巖體為泥灰?guī)r,屬于軟巖,薄層狀構造,巖體破碎,裂隙發(fā)育,受區(qū)域地質構造影響,為順層滑坡(滑坡主滑方向為242o,泥灰?guī)r產(chǎn)狀為240o∠14o)。另外,由于高速公路修建,斜坡坡腳開挖,形成高陡臨空面,且坡腳長期受水浸泡,斜坡處于極限平衡狀態(tài)。坡體上覆土層以松散的殘坡積紅黏土和含礫粉質黏土為主,孔隙率較大,雨水易下滲。在大氣降水的作用下,一部分地表水沿斜坡坡面流至坡腳,另一部分地表水下滲轉化為地下水。雨水滲透至滑坡體內(nèi),改變了本已處于極限平衡狀態(tài)的斜坡體內(nèi)的受力,增加了斜坡的下滑力,最終導致斜坡失穩(wěn)破壞[2]。

        綜上所述,該滑坡失穩(wěn)機理為:該區(qū)域的地質構造、地層結構、巖土特性和沉積形成的地形地貌,是滑坡發(fā)生變形失穩(wěn)的決定性因素和內(nèi)在原因,而該區(qū)域的人類工程活動和大氣降水是誘發(fā)斜坡發(fā)生滑動的重要外在原因[3]。

        3 滑坡穩(wěn)定性分析

        穩(wěn)定性計算:以推測滑動面為滑面,用傳遞系數(shù)法計算不穩(wěn)定斜坡推力,建立滑帶計算模型。計算時,選用最危險的3-3’和4-4’滑坡典型剖面作為計算剖面,進行穩(wěn)定性計算。在計算中需考慮自重、暴雨和地震幾種工況[4](見表1)。

        表1 滑坡穩(wěn)定性及推力計算匯總表

        根據(jù)計算可知:滑坡在現(xiàn)階段處于基本穩(wěn)定狀態(tài),整體發(fā)生滑動的可能性不大,但由于土體松散,施工該段路基分臺階法放坡開挖,形成新的臨空面,會產(chǎn)生新的滑移變形。

        4 滑坡處治分析

        4.1 滑坡加固方案選擇

        分析可知,滑坡的最不利工況為暴雨工況,因此選取3-3′的下層滑動面在暴雨工況時,最大的剩余下滑力作為滑坡外力,進行滑坡處治分析??紤]滑坡下滑力較大,常規(guī)的錨桿框架、坡腳擋墻等防護不能提供足夠的抗滑力,因此推薦在第一級挖方平臺采用抗滑樁進行強支護。另外,為保證抗滑樁施工期間邊坡不發(fā)生滑動,對邊坡作清方減載處理,采用人工挖孔的矩形抗滑樁加固方案[5]。

        4.2 抗滑樁結構計算

        采用傳遞系數(shù)法,選定3-3′下層滑動面暴雨工況,擬定在E9 滑塊處設置矩形抗滑樁,抗滑樁的抗力為1380kN,并代入計算,則剩余下滑力為0,穩(wěn)定安全系數(shù)為1.152,因此抗滑樁抗力的水平分力為:

        1380×cos13.14o=1343.868kN

        4.2.1 內(nèi)力及配筋計算

        擬定抗滑樁參數(shù)為尺寸2m×3m,樁長20m,間距8.0m,樁頂與第一級挖方平臺齊平。采用理正抗滑樁計算模塊,計算得背側最大彎矩=65684.422(kN·m),距離樁頂10.400m;最大位移78mm;嵌固段上部附近土反力最大-2103.797kPa,距離樁頂8.400m。

        4.2.2 地基橫向容許承載力校核

        為避免地基在橫向被抗滑樁擠壓破壞,應在抗滑樁頂部增設錨索,降低抗滑樁對橫向地基的壓應力。采用6 索預應力壓力分散性錨索進行坡面加固,單根鋼絞線公稱直徑15.24mm,抗拉強度標準值不小于1860MPa。預應力錨索應錨固在第二級滑動面以下的穩(wěn)定巖層中,該巖層為強風化泥灰?guī)r。考慮該處錨固體的承載能力由注漿體與錨孔壁的黏結強度控制,則錨索的設計錨固力為:

        Pd=3.14 × 0.15 × 5 ×(180 + 200 + 220)/2.2=642.3kN,取為600kN。

        錨索能提供的抗滑力為:

        E=600×[sin(13+25)×tan11.9+cos(13+25)]=550.6kN

        則抗滑樁需提供的抗力至少為:1343.868-550.6=793.268kN

        由理正抗滑樁計算模塊對抗滑樁的地基橫向容許承載力進行計算,得出嵌固段上部附近土反力最大值為-1241.844kPa,距離樁頂8.400m。[σH]=0.9×0.45×3880=1571.4kPa>1241.844kPa,滿足規(guī)范要求。綜上,第一級平臺采用抗滑樁,樁頂設置6 索錨索加固。

        4.3 滑坡處治設計方案

        根據(jù)以上分析計算,確定滑坡處治設計方案如下:

        4.3.1 刷坡和平臺寬度:第一級邊坡高度10m,其余邊坡分級高度均為8m;第一級邊坡坡率1∶1,第二級邊坡坡率1∶2.5,第三級邊坡坡率1∶2.75,第四級邊坡坡率1∶2.75,第五級邊坡坡率1∶3.0;第一、二、四級挖方平臺寬度5m,第三級挖方平臺寬度10m。

        4.3.2 坡面防護:第一、二級邊坡采用40cm 等厚的漿砌片石封閉,第三級邊坡采用錨桿框架防護,第四、五級邊坡采用拱形框格+空心六棱塊植草防護;第一級挖方平臺設置尺寸2m×3m 矩形抗滑樁,樁長為18~22m,樁間距8.0m,抗滑樁頂增設6 索預應力錨索,抗滑樁頂部之間用3m×1m 橫梁連接;在平臺往大樁號方向的斜坡上,也采用同樣的抗滑樁+錨索支護。

        4.3.3 排水措施:坡頂設置截水溝,要求所有平臺均采用20cm 厚C20 混凝土硬化處理,以防雨水下滲。另外,在第一、二級邊坡設置深層導水孔,排除坡體內(nèi)地下水[6]。

        由于坡體已出現(xiàn)開裂及滑塌,應自上而下進行刷方,通過坡率及平臺寬度調整,徹底清除表層松散土方??够瑯妒┕で皯瓿苫麦w清方減載,抗滑樁施工過程中應加強邊坡監(jiān)測,并做好應急預案。

        5 結語

        綜上所述,在滑坡處治設計中,應充分考慮滑坡的形成原因和機理,并通過定量分析與計算,確定安全、經(jīng)濟、合理的處治方案設計。

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