樊宏剛

(甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，甘肅 蘭州 730010)

甘肅省隴南市地處秦巴山區(qū)、黃土高原與青藏高原的交接區(qū)域。每年7至8月份，項(xiàng)目區(qū)進(jìn)入雨季，持續(xù)多天的強(qiáng)降雨，造成成武高速公路沿線的平洛河、西漢水流域水位暴漲，暴洪導(dǎo)致高速公路臨河路段防護(hù)、排水、隧道邊仰坡、橋梁樁基等部位發(fā)生多處水毀，嚴(yán)重影響著公路的安全運(yùn)營與通暢。因此，研究水毀災(zāi)害的作用機(jī)理和防治措施顯得尤為重要，采取適宜的措施妥善地治理水毀災(zāi)害，確保高速公路安全運(yùn)營，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 邊坡滑塌概況

已通車運(yùn)營的成武高速公路索池隧道左線出口ZK10+720～ZK10+820段與西漢水2#大橋交接處邊坡，屬于犀牛江左岸斜坡地帶，地貌為低山丘陵地貌。斜坡高程在929～980 m之間，平均坡度約25°。2018年7月在連續(xù)降雨作用下，該段坡體出現(xiàn)嚴(yán)重變形破壞。前緣受河水沖刷出現(xiàn)大規(guī)模的滑塌，后緣及兩側(cè)裂縫呈弧形展開，隧道口排水溝出現(xiàn)開裂、錯(cuò)位，橋下農(nóng)道出現(xiàn)嚴(yán)重下沉。其中后緣拉張裂縫開展到橋梁0#臺(tái)附近，寬10～15 cm左右，最大下錯(cuò)約2 m。由于前緣坍塌掩埋，未發(fā)現(xiàn)明顯的剪出口。該邊坡滑塌滑動(dòng)方向?yàn)?55°，與路線大角度相交，最遠(yuǎn)拉張拉裂縫距河床約42 m，高差29 m。根據(jù)《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，該邊坡滑塌屬于堆積層淺層小型邊坡滑塌[1]。

2 滑塌地質(zhì)情況

2.1 地層巖性

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查及已有鉆探揭露，坡體地層主要為第四系全新統(tǒng)人工填筑土(Q4me)，崩坡積碎塊石土(Q4c+dl)，下部河床為沖洪積卵礫石(Q4al+pl)，下伏基巖為白堊系紅褐色砂巖、礫巖、泥巖及其夾層、互層(K1d3)。其主要巖土層工程地質(zhì)特征如下：

人工填筑土(Q4me)：雜色，為碎塊石組成的隧道紅層棄渣，一般位于坡體上部，沿原地表傾倒，填筑，厚度3～8 m，級(jí)配不良，較為疏松，均勻性較差。

碎石塊石(Q4c+dl)：紅褐色為主，局部為黑褐色夾紅褐色及土黃色條帶，多夾有塊石，最大粒徑約1.8 m，塊石以礫巖為主，碎石成份以強(qiáng)風(fēng)化的砂巖及泥巖團(tuán)塊為主，稍濕，稍密，鉆孔揭露厚5～8 m，分布于犀牛江左岸岸坡。

卵礫石(Q4al+pl)：分布于犀牛江河床，淺青灰色，飽和，稍密，分選性差，亞圓、次圓形顆粒組成，骨架主要由灰?guī)r、砂巖、礫巖碎屑構(gòu)成，砂土充填，最大粒徑為13 cm，厚0～14 m。

砂礫巖夾泥巖(K1d3)：呈紅褐色，鈣鐵質(zhì)膠結(jié)，巖體較堅(jiān)硬完整，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，層理發(fā)育，傾角10°～30°；礫巖:青灰色，局部呈紅褐色，礫石成份以灰?guī)r、砂巖為主，次圓狀，鈣鐵質(zhì)膠結(jié)，巖體較堅(jiān)硬完整；泥巖：暗紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖體軟弱，易軟化、崩解。

2.2 水文地質(zhì)特征

工程區(qū)地表水為犀牛江(西漢水)源于西秦嶺南麓之羅家堡，經(jīng)天水、禮縣、西和縣、成縣，于陜西略陽縣匯入嘉陵江。西漢水甘肅境內(nèi)流程212 km，流域面積9 657km2，多年平均流量為48 m3/s，多年平均年徑流量15.14億m3，多年平均最小流量8.37 m3/s，多年平均最大流量796.6 m3/s，實(shí)測(cè)最大洪峰流量1 830 m3/s，百年一遇洪峰流量為4 322.3 m3/s。

地下水主要為第四系松散巖類孔隙潛水及基巖裂隙水。第四系松散巖類孔隙潛水賦存于卵礫石松散地層中，主要受地表水、大氣降水、基巖裂隙水補(bǔ)給，排泄以蒸發(fā)為主，一般地下水標(biāo)高與河面一致；崩坡積碎塊石地層中未發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定水位；基巖裂隙水主要沿基巖構(gòu)造裂隙分布，接受沖溝地表水、大氣降水的補(bǔ)給，徑流滯緩，排泄于河谷及地勢(shì)較低的第四系堆積物中。

3 邊坡滑塌穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

3.1 滑坡形成機(jī)理分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，造成本次坡體變形主要基于以下原因：該邊坡滑塌處自然坡度相對(duì)較緩，變形體地層巖性為二元結(jié)構(gòu)。上部為較為松散的隧道棄渣填筑土，下部為崩坡積成因的碎塊石土原狀土，結(jié)構(gòu)較為緊密，兩層土中間多夾有原坡面表層的含礫粉質(zhì)粘土層。由于上覆土體較為疏松，孔隙大，降雨易于入滲；發(fā)育于原崩坡積表層的含礫粉質(zhì)粘土夾層為相對(duì)隔水層，地表水下滲后易沿該層頂面富集，致使兩種土層交界面附近土層含水量迅速增大，抗剪強(qiáng)度降低，成為坡體軟弱帶。以上地形及特有的巖土結(jié)構(gòu)和水文地質(zhì)條件是產(chǎn)生此次邊坡滑塌的重要原因。另一方面，由于降雨河水暴漲，坡腳臨河側(cè)的強(qiáng)烈沖刷，前緣垮塌，致使斜坡土體失去支撐，改變?cè)衅麦w應(yīng)力平衡，導(dǎo)致上覆填筑土沿相對(duì)較軟的含礫粉質(zhì)粘土層牽引變形是誘發(fā)本次邊坡滑塌的直接原因。

3.2 參數(shù)取值

(1)地震參數(shù)

根據(jù)國家地震局頒布的《中國地震動(dòng)峰值加速度區(qū)劃圖》、《中國地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期區(qū)劃圖》，公路沿線場(chǎng)地反應(yīng)譜特征周期為0.40 s，地震動(dòng)峰值加速度為0.20 g(相當(dāng)于基本地震烈度Ⅷ度)。

(2)滑體物理參數(shù)的選取

上覆滑體主要為隧道棄渣填筑土及崩坡積碎塊石土，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及巖土體試驗(yàn)，滑體參數(shù)如表1所示。

表1 巖土體物理力學(xué)參數(shù)

(3)滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)的選取

根據(jù)滑帶土性質(zhì)及塑性狀態(tài)，對(duì)現(xiàn)有滑面，在天然狀態(tài)下軟弱帶的抗剪強(qiáng)度取反算值，通過給定粘聚力c或內(nèi)摩擦角φ，反求另一值。粘聚力c計(jì)算見式(1)，內(nèi)摩擦角φ計(jì)算見式(2)

(1)

(2)

式中:Fs為穩(wěn)定系數(shù)；Wi為第i條塊重量，kN/m；L為滑帶長(zhǎng)度，m；φ為第i條塊滑面傾角，(°)；c為滑帶土粘聚力，kPa；φ為滑帶土內(nèi)摩擦角，(°)[2]。

飽水狀態(tài)下軟弱帶抗剪強(qiáng)度適當(dāng)折減并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)取值，具體如表2所示。

表2 滑帶穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)綜合取值表

3.3 邊坡滑塌穩(wěn)定性計(jì)算

結(jié)合該邊坡滑塌實(shí)際情況，選取張裂縫后部所在部位，選定正常工況，非正常工況Ⅰ(暴雨)與非正常工況Ⅱ(地震)三種工況采用簡(jiǎn)化Bishop法進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，剩余下滑力計(jì)算采用傳遞系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)工程等級(jí)、邊坡滑塌危害性以及對(duì)邊坡滑塌誘發(fā)的各種因素的了解程度，邊坡滑塌推力安全系數(shù)取值如下：在正常工況下取1.30；非正常工況Ⅰ(暴雨)情況下取1.20；在非正常工況Ⅱ(地震)取1.15，地震重要性系數(shù)取1.7。其穩(wěn)定性系數(shù)及下滑力計(jì)算結(jié)果如表3所示。

表3 多種工況下穩(wěn)定性計(jì)算及最終剩余下滑力表

通過以上計(jì)算可知，現(xiàn)有滑面及潛在滑面在天然工況及最不利工況下剩余下滑力均大于0，穩(wěn)定系數(shù)介于0.858～1.232之間，因此本段滑塌體處于欠穩(wěn)定～不穩(wěn)定狀態(tài)，須制定合理可行的治理措施進(jìn)行處治，另外，本段滑塌位于甘肅省隴南山區(qū)地震帶，相關(guān)處治設(shè)計(jì)須滿足相應(yīng)的抗震要求。

4 滑塌體綜合處治措施

4.1 處治方案比選論證

(1)農(nóng)道側(cè)樁板墻+坡腳駁岸墻(方案一)

優(yōu)點(diǎn)：①樁板墻抗滑能力大，抗滑效果較好；②設(shè)樁位置靈活；

③施工工藝成熟，速度快；

④對(duì)滑體擾動(dòng)小，樁位于農(nóng)道側(cè)，施工方便安全；

缺點(diǎn)：處治費(fèi)用較高。

(2)農(nóng)道側(cè)樁基擋墻+坡腳駁岸墻(方案二)

優(yōu)點(diǎn)：①樁基擋土墻基坑開挖深度小，施工簡(jiǎn)單方便；

②施工工藝成熟，速度快。

缺點(diǎn)：①由于墻底灌注樁數(shù)量較多，施工較慢；②處治費(fèi)用較高。

(3)預(yù)應(yīng)力錨索框格梁+坡腳駁岸墻方案(方案三)

優(yōu)點(diǎn)：①預(yù)應(yīng)力錨索可依地形靈活設(shè)置；②對(duì)滑塌體擾動(dòng)較??；

③處治費(fèi)用相對(duì)方案一、方案二較低。

缺點(diǎn)：①本段邊坡坡體填筑土較松散，預(yù)應(yīng)力錨索框格梁實(shí)施后容易導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失或者失效；②施工工藝復(fù)雜，進(jìn)度較慢。

根據(jù)上述三個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)綜合比較，采用方案一的處治措施作為推薦方案，即在農(nóng)道靠山側(cè)設(shè)置樁板墻，農(nóng)道坡腳設(shè)置駁岸墻永久處治方案+鋼管樁臨時(shí)應(yīng)急方案。

4.2 滑塌處治措施

根據(jù)該段邊坡滑塌的地質(zhì)、水文情況及邊坡滑塌產(chǎn)生的原因等，通過計(jì)算分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況，采用樁板墻支擋、坡腳沖刷防護(hù)及綜合排水處治方案，具體如下。

(1)應(yīng)急措施

①隧道左線出口側(cè)設(shè)置急流槽，將匯水截排至溝道；

②農(nóng)道坡腳沿河坎設(shè)置兩排鐵絲石籠，減少水流對(duì)河岸的沖刷，以免再引起滑塌；

③封閉坡頂裂縫，防止雨水進(jìn)入邊坡滑塌體，引起再次滑塌。

(2)永久處治措施

永久處治措施主要為抗滑樁支擋、樁頂坡面骨架防護(hù)、坡腳沖刷防護(hù)及排水設(shè)施。

①支擋防護(hù)

a沿左線橋下既有農(nóng)道靠山側(cè)布設(shè)樁板墻?？够瑯恫捎脠A形截面，樁徑1.5 m，樁中心距4.0 m，樁長(zhǎng)20～25 m，抗滑樁外露高度5.5～3.5 m，外露部分樁間設(shè)置混凝土擋土板。全段共設(shè)置抗滑樁16根。樁基采用旋挖鉆施工，樁身及擋土板采用現(xiàn)澆C30混凝土澆筑。

b結(jié)合邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，綜合考慮在樁板墻施工過程中邊坡坡體的穩(wěn)定及左線2#橋墩的安全，沿左線橋下既有農(nóng)道范圍內(nèi)布設(shè)微型鋼管樁支擋，鋼管樁采用梅花形布置；樁頂設(shè)置25 cm厚水泥混凝土農(nóng)道，鋼管內(nèi)灌注C25現(xiàn)澆混凝土，與樁頂農(nóng)道連接為整體，形成微型鋼管樁結(jié)構(gòu)。

②坡面防護(hù)

抗滑樁樁頂預(yù)留4.0 m寬平臺(tái)，設(shè)置現(xiàn)澆混凝土排水溝，將頂部坡面匯水引排至路基外側(cè)。按1∶1.5坡率對(duì)樁頂坡體開挖臺(tái)階、重新回填夯實(shí)后設(shè)置拱形骨架防護(hù)，骨架內(nèi)碼砌植生袋并植草綠化。坡頂左、右線隧道之間平臺(tái)采用現(xiàn)澆C20混凝土鋪砌，以便坡面匯水及時(shí)排離坡體，杜絕下滲。

③坡腳沖刷防護(hù)

沿農(nóng)道坡腳河坎邊設(shè)置現(xiàn)澆C20混凝土駁岸墻，墻高8 m，頂寬0.8 m。在駁岸墻墻趾前設(shè)置現(xiàn)澆混凝土護(hù)坦，并將應(yīng)急措施中設(shè)置的鐵絲石籠置于護(hù)坦處，以便在保證駁岸埋深的前提下盡量減少邊坡滑塌前緣的過度開挖。

④排水設(shè)計(jì)

永久排水設(shè)施結(jié)合應(yīng)急臨時(shí)排水措施進(jìn)行設(shè)計(jì)。在坡口及裂縫外5 m處均設(shè)置截水溝或急流槽，使坡面匯集的水流快速排離，排入急流槽及橋涵構(gòu)造物，并盡量減少水流滲入邊坡滑塌體。對(duì)于邊坡滑塌體內(nèi)外的裂縫，采用5%水泥穩(wěn)定土填塞夯實(shí)。

樁板墻及駁岸常水位以上50 cm處設(shè)置仰斜式排水孔，排水孔縱向間距5.0 m，以進(jìn)一步加大地下水的排泄，充分降低地下水位，增大滑塌體下部的抗滑力。

4.3 滑塌處治后穩(wěn)定性驗(yàn)算

采用以上綜合措施處治后，對(duì)該段滑塌邊坡在三種工況下的穩(wěn)定性均進(jìn)行了穩(wěn)定性驗(yàn)算，其結(jié)果均滿足規(guī)范要求。該邊坡施工治理結(jié)束至今，未發(fā)現(xiàn)異常變形，有效保證了隧道洞口及橋梁墩柱的安全。

5 工程總結(jié)

(1)臨河路基或岸坡坡腳必須設(shè)置防沖刷措施，防止暴雨或連續(xù)降雨情況下，河道水位上漲，對(duì)岸坡前緣沖刷侵蝕造成邊坡失穩(wěn)滑塌；

(2)公路必須設(shè)置完善且有效的排水系統(tǒng)，尤其橋隧短路基銜接處等容易忽視的位置，更應(yīng)加強(qiáng)設(shè)置排水設(shè)施，做到排水通暢，減少邊坡水毀災(zāi)害；

(3)施工過程中，橋下岸坡、隧道洞口岸坡等附近位置嚴(yán)禁隨意棄土，以免造成松散土體變形失穩(wěn)，引起次生滑塌，威脅公路安全；

(4)該段滑塌已治理完成，目前邊坡穩(wěn)定，經(jīng)歷了兩個(gè)雨季的考驗(yàn)，未見異常變形，說明該邊坡治理取得了顯著效果。