魏東旭 萬(wàn) 利 劉傳利 鄭國(guó)勝

（山東省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南 250031）

0 引言

我國(guó)西南地區(qū)廣泛分布著堆積物滑坡體，其結(jié)構(gòu)普遍松散，極易造成滑坡失穩(wěn)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)堆積體滑坡開(kāi)展了相關(guān)研究。王彥東等[1]利用現(xiàn)場(chǎng)沖刷試驗(yàn)及原位監(jiān)測(cè)的手段，分析了九寨溝震后崩滑堆積體滲流響應(yīng)特征及啟動(dòng)機(jī)理，指出滑坡的啟動(dòng)可以分為先期滲透、鏟刮滑流、快速堆積以及局部飽和侵蝕四個(gè)階段。張國(guó)帥等[2]通過(guò)開(kāi)展堆積體入滲試驗(yàn)，模擬了堆積體的起動(dòng)過(guò)程，研究表明入滲條件下堆積體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性會(huì)明顯降低。Gray 等[3]通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，堆積體失穩(wěn)過(guò)程中，堆積體形態(tài)會(huì)影響內(nèi)部顆粒的接觸方式，進(jìn)而改變堆積體的堆積穩(wěn)定性。周偉杰等[4]采用極限平衡法計(jì)算安全系數(shù)，分析不同降雨條件對(duì)于堆積體的影響規(guī)律，指出久雨對(duì)堆積體穩(wěn)定性影響較大，且有較弱滯后性。黃帆等[5]以四川大住鎮(zhèn)任河大橋滑坡滑帶土為研究對(duì)象，對(duì)其抗剪強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行了反演，為獲取滑坡滑帶土的參數(shù)指標(biāo)提供了新思路。李煥煥等[6]對(duì)重慶烏江東岸堆積體滑坡提出了抗滑群樁+擋墻支護(hù)的綜合治理措施。湛正剛等[7]針對(duì)RM 水電區(qū)RS 堆積體的綜合治理，確定了全削減載及減重反壓的綜合治理方案。向?qū)毶降萚8]以九綿高速五里坡隧道為依托，探究松散堆積體隧道的圍巖加固措施，提出采用加強(qiáng)超前小導(dǎo)管注漿及縮腳錨桿的治理方案?？偨Y(jié)而言，對(duì)堆積滑坡體的穩(wěn)定性開(kāi)展分析研究并選擇合理有效的加固治理措施，具有重要的工程意義。

盧家灣大橋場(chǎng)地上部為堆積體滑坡，下部存在基巖順層的情況，在查明場(chǎng)區(qū)地質(zhì)背景和堆積體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用不平衡推力傳遞系數(shù)法和剛體極限平衡方法對(duì)滑坡體進(jìn)行了穩(wěn)定性分析，并提出對(duì)盧家灣大橋上、下部進(jìn)行分區(qū)治理的方案，為確保治理后坡體的穩(wěn)定，利用有限元軟件對(duì)加固方案模擬分析，并對(duì)坡體現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，研究成果可為類(lèi)似工程提供參考。

1 工程概況

盧家灣大橋位于云南昭通地區(qū)，屬預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，其中6#橋墩位于一山體邊坡中部，緊鄰陡坎（高約50 m）邊緣，右側(cè)為一不穩(wěn)定堆積體滑坡，下伏基巖順傾（見(jiàn)圖1）。滑坡所處地貌屬構(gòu)造侵蝕深切峽谷，山體自然坡度20°～35°。巖層產(chǎn)狀為180°∠23°，與坡向近似一致，為典型的順層易滑地層，整個(gè)邊坡區(qū)域巖體產(chǎn)狀變化較大，巖體較破碎。

2020 年3 月初開(kāi)始進(jìn)行6#橋墩墩位平臺(tái)及施工便道開(kāi)挖，開(kāi)挖對(duì)原地貌改變較大，形成新的臨空面。期間經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)強(qiáng)降雨，雨水下滲至堆積體導(dǎo)致土體飽和，邊坡后緣和坡面出現(xiàn)裂縫并逐步加劇，截至2020 年4 月中旬邊坡后緣滑塌錯(cuò)臺(tái)高度達(dá)1.5 m，邊坡坡面隆起明顯，后緣裂縫有繼續(xù)擴(kuò)大趨勢(shì)，邊坡整體外移情況十分嚴(yán)重，滑坡堆積體已嚴(yán)重威脅橋梁施工及運(yùn)營(yíng)安全。

如圖2 所示，滑坡堆積體表現(xiàn)為三個(gè)相對(duì)獨(dú)立的變形區(qū)。其中變形1 區(qū)滑坡堆積體厚度約 3～5 m，沿滑塌方向長(zhǎng)約10 m，寬20～30 m，變形區(qū)后緣裂縫呈東西方向延伸，該區(qū)堆積體主要為黃色狀塊石及碎石土；變形2 區(qū)滑坡堆積體厚度約5～10 m，沿滑塌方向長(zhǎng)約25～30 m，寬30～40 m，變形區(qū)后緣裂縫呈西南—東北方向延伸，該區(qū)堆積體主要為黃灰色粉質(zhì)黏土、碎石土及塊石；變形3 區(qū)滑坡堆積體厚度約10～13 m，沿滑塌方向長(zhǎng)約50 m，寬95 m，變形區(qū)后緣裂縫呈西南—東北方向延伸，該區(qū)堆積體組成構(gòu)造與變形Ⅱ區(qū)一致，需要注意的是圖2 變形區(qū)分區(qū)不同于圖3。將滑坡地形圖按照?qǐng)D3 所示進(jìn)行劃分，變形Ⅰ區(qū)為主滑區(qū)，滑坡平面形態(tài)近似“圈椅”狀，最長(zhǎng)貫通裂縫約120 m，寬10～30 cm，地面高程650～700 m，主滑方向NE177°，投影面積5.2×103m2，滑體厚度10.0～13.0 m，平均厚度11.0 m，體積約6.1×104m3，為一中型中層牽引式堆積體滑坡。

圖2 滑坡堆積體地貌圖（處治前）

圖3 路塹滑坡地形圖

2 應(yīng)急處置措施

發(fā)現(xiàn)裂縫后，對(duì)該坡體開(kāi)展了變形監(jiān)測(cè)。坡體地表位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，滑坡堆積體正在以3～6 mm/d 的速率發(fā)生變形，降雨會(huì)加劇滑坡堆積體進(jìn)一步變形，需要對(duì)邊坡嵌頂裂縫及坡體內(nèi)變形區(qū)進(jìn)行注漿并用混凝土封堵。加快嵌頂外截水溝、邊溝、及邊坡體仰斜式排水管的施工進(jìn)度，并對(duì)富水區(qū)加密仰斜排水孔，排出坡體內(nèi)的地下水，避免因地表水下滲而進(jìn)一步加劇滑坡堆積體變形，從而提高邊坡體自身穩(wěn)定性。暫停下部邊坡樁墩位置土石方工程的開(kāi)挖，以防止滑坡堆積體進(jìn)一步發(fā)生變形。

3 滑坡穩(wěn)定性及滑坡影響因素分析

3.1 滑坡堆積體穩(wěn)定性分析

由圖3 可知，上部滑坡體表現(xiàn)為三個(gè)相互關(guān)聯(lián)的變形區(qū)，I 區(qū)為主滑區(qū)，該區(qū)剩余下滑力最大，范圍包含滑區(qū)II 和滑區(qū)III，是控制該橋梁墩位穩(wěn)定性的主控因素。

以主滑區(qū)為對(duì)象進(jìn)行穩(wěn)定性分析，采用傳遞系數(shù)法和較為嚴(yán)格的剛體極限平衡法計(jì)算滑坡的剩余下滑力。該滑坡為堆積體土質(zhì)坡，滑帶面位于巖土分界面呈折線(xiàn)形，中等風(fēng)化砂巖順傾，滑坡穩(wěn)定性計(jì)算采用傳遞系數(shù)法時(shí)將主滑區(qū)劃分為9 條塊（見(jiàn)圖4）。

圖4 主滑斷面穩(wěn)定性計(jì)算簡(jiǎn)圖

表1 給出了主滑區(qū)巖土體的相關(guān)參數(shù)，表2 為剩余下滑力的計(jì)算結(jié)果。通過(guò)計(jì)算，主滑區(qū)I 在正常工況（天然）下穩(wěn)定系數(shù)為1.050，基本穩(wěn)定，剩余下滑力1121.8 kN/m；在非正常工況I（暴雨）下穩(wěn)定系數(shù)為0.972，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，剩余下滑力1254.3 kN/m。

表1 主滑斷面穩(wěn)定性計(jì)算表

表2 主滑斷面穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

為使滑坡體的物理力學(xué)參數(shù)及剩余下滑力更符合工程實(shí)際，對(duì)剛體極限平衡方法——Morgensten-Price 法進(jìn)行校核驗(yàn)證。滑坡體下部的橋梁主墩為重要結(jié)構(gòu)物，正常工況（天然）下取安全系數(shù)Fst=1.30，非正常工況I（暴雨）下安全系數(shù)Fst=1.20。由試驗(yàn)或者工程類(lèi)比法選取c值，反算內(nèi)摩擦角φ值。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 滑坡計(jì)算參數(shù)取值及計(jì)算結(jié)果

對(duì)比表2 和表3 可知，不平衡推力傳遞系數(shù)法和剛體極限平衡方法計(jì)算結(jié)果基本吻合。

3.2 滑坡影響因素

（1）降雨及地表水

降雨是滑坡變形發(fā)展加劇的主要影響因素。該邊坡所處地區(qū)常年降雨，滑坡的變形拉裂縫在雨后增大變寬，持續(xù)強(qiáng)降雨和地表水下滲導(dǎo)致地下水（松散巖類(lèi)孔隙水）量增加，滑坡體飽和重度變大，加速滑面的形成并降低滑帶土抗剪強(qiáng)度，下滑力增大，產(chǎn)生變形滑移。

（2）地質(zhì)構(gòu)造及物質(zhì)組成

該滑坡所處區(qū)域?qū)賳蜗蛐逼碌匦?，物質(zhì)組成屬碎石土、碎塊石土夾含碎石粉質(zhì)黏土等復(fù)合型邊坡，其中粉質(zhì)黏土屬相對(duì)隔水層，大氣降水在碎塊石土與含碎石粉質(zhì)黏土界面和基巖面處徑流匯集，具備軟化滑帶土的基本條件，加劇滑坡體向下滑移。

（3）人類(lèi)工程活動(dòng)

人類(lèi)施工活動(dòng)對(duì)滑坡起誘發(fā)作用。盧家塆大橋6#橋墩平臺(tái)在開(kāi)挖過(guò)程中形成臨空面，為滑坡的產(chǎn)生提供了必要條件。工程建設(shè)改變了原斜坡的應(yīng)力條件及水文地質(zhì)條件，同時(shí)邊坡坡腳開(kāi)挖前未進(jìn)行坡體預(yù)加固，開(kāi)挖后防護(hù)不及時(shí)、坡體排水工程嚴(yán)重滯后，巖土體抗剪強(qiáng)度大幅度衰減，誘發(fā)了坡體失穩(wěn)。

4 滑坡治理方案

4.1 治理方案驗(yàn)算

經(jīng)綜合分析，擬采用抗滑樁+錨桿的支護(hù)方案對(duì)該滑坡進(jìn)行治理，并對(duì)孤石所在位置進(jìn)行錨桿加固。為驗(yàn)算該治理方案，基于極限平衡分析軟件建立了二維分析模型，分析計(jì)算天然工況與暴雨工況下的安全系數(shù)，并考慮地震力對(duì)安全系數(shù)的影響（該地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7 度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.1g）?；买?yàn)算參數(shù)取值及驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 滑坡驗(yàn)算參數(shù)取值及驗(yàn)算結(jié)果表

根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果，天然工況下邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.216，較治理前的穩(wěn)定系數(shù)1.050 提高了15.8%；暴雨工況下邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.207，較治理前的穩(wěn)定系數(shù)0.972 提高了24.2%。在地震力作用下，天然工況與暴雨工況的穩(wěn)定系數(shù)分別為1.009 與1.002，均小于無(wú)地震作用力時(shí)的邊坡穩(wěn)定系數(shù)，表明地震作用力對(duì)邊坡穩(wěn)定性有一定影響，在進(jìn)行邊坡治理時(shí)要充分考慮該地區(qū)的抗震設(shè)防烈度。

同時(shí)建立分析模型（見(jiàn)圖5），圖5（a）為模型圖，由三個(gè)土體部分構(gòu)成，包括巖石、碎石土以及主滑面土。圖5（b）為網(wǎng)格圖，網(wǎng)格設(shè)置很細(xì)（Fine），由4446 個(gè)單元、36903 個(gè)節(jié)點(diǎn)組成。利用有限元分析軟件對(duì)該治理方案天然工況進(jìn)行分析，研究抗滑樁的受力及邊坡穩(wěn)定性變化。土體采用摩爾-庫(kù)侖模型，滑坡計(jì)算的后緣以滑坡I 區(qū)后緣裂縫為準(zhǔn)。在后緣裂縫處設(shè)置軟弱結(jié)構(gòu)面并添加正負(fù)界面單元；錨索采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)單元模擬，考慮到孤石斜臥覆蓋著陡坡上，采用線(xiàn)荷載單元進(jìn)行模擬，線(xiàn)荷載值為370.4 kN/m，因軟件輸入數(shù)值量綱為kN/m/m，故輸入52.92 kN/m/m；抗滑樁采用板單元模擬。相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表5。

表5 天然工況相關(guān)參數(shù)

圖5 邊坡治理有限元分析模型

通過(guò)對(duì)加固后的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行模擬分析，發(fā)現(xiàn)滑坡安全系數(shù)較加固前提高，加固前安全系數(shù)約為1.073，經(jīng)過(guò)抗滑樁治理后，安全系數(shù)為1.2，提高了邊坡穩(wěn)定性。有限元軟件中指定EA、EI 值為平面外方向上單位寬度的剛度，故從滑樁內(nèi)力分析（見(jiàn)圖6）中可以看出抗滑樁軸力、剪力及彎矩的絕對(duì)值最大值分別是1657 kN/m、1613 kN/m 及9248 kN·m/m，樁體受力充分，起到了抗滑加固作用，為橋梁工程施工安全提供保障。其中無(wú)線(xiàn)荷載情況下的安全系數(shù)比有線(xiàn)荷載下的安全系數(shù)低0.015，表明孤石對(duì)邊坡穩(wěn)定性有一定的影響，但在進(jìn)行錨桿加固后影響不大，因此在滑坡治理過(guò)程中保留孤石，不作進(jìn)一步處理。

圖6 抗滑樁內(nèi)力分析圖

圖7 為治理前后位移云圖。由于采用強(qiáng)度折減法分析，因此圖中所示位移不代表真實(shí)的邊坡位移。對(duì)比圖7（a）和圖7（b）可以看出，經(jīng)過(guò)抗滑樁及其他加固措施處治后滑坡堆積體位移范圍有所減小，邊坡土體實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定，初步表明治理方案可行。

圖7 邊坡位移云圖

4.2 治理方案的確定

根據(jù)有限元分析結(jié)果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，綜合考慮施工擾動(dòng)、橋梁加載及時(shí)間效應(yīng)等因素對(duì)順向坡的影響，可知橋墩區(qū)順向坡安全儲(chǔ)備不足?，F(xiàn)狀邊坡較陡，堆積體結(jié)構(gòu)松散，需減少對(duì)原有山體的擾動(dòng)，降低上部堆積體因放緩邊坡而失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)在坡腳位置存在的一塊8 m×7 m×2 m 的孤石，考慮爆破清除可能會(huì)引起上部邊坡失穩(wěn)，結(jié)合計(jì)算結(jié)果，選擇保留孤石對(duì)邊坡整體穩(wěn)定更為有利。

經(jīng)綜合分析，最終確定的滑坡治理設(shè)計(jì)方案如下：

（1）對(duì)孤石采用4 孔單點(diǎn)錨索加固，自上而下錨索長(zhǎng)度分別為26 m、22 m，錨索應(yīng)避開(kāi)抗滑樁，孤石下部采用2 m 高路塹墻加固。

（2）孤石上部邊坡設(shè)置4 m 寬抗滑樁平臺(tái)，設(shè)置1 排矩形截面抗滑樁，抗滑樁截面尺寸2.5 m×3.5 m，樁長(zhǎng)30 m（考慮坡體基巖順傾，確保樁體穿越下部順層潛在滑面，且于潛在滑面以下嵌巖深度不小于8 m），抗滑樁間距6.0 m，樁頭增設(shè)3 根6 束錨索，自上而下錨索長(zhǎng)度分別為41 m、37 m、37 m；平臺(tái)內(nèi)側(cè)設(shè)置2 排錨桿格梁。

（3）坡腳位置增設(shè)長(zhǎng)20 m 的仰斜式泄水孔，孔內(nèi)插設(shè)硬塑透水管（110 mm），內(nèi)端頭用2 層無(wú)紡布包裹，排水孔仰角10°，間距5 m，梅花型布置，富水地段加密泄水孔。

典型斷面治理方案如圖8 所示。

圖8 典型斷面治理方案

5 滑坡監(jiān)測(cè)

為及時(shí)掌握滑坡動(dòng)態(tài)，在臨時(shí)加固和永久治理過(guò)程中，分別在滑坡前后緣和外側(cè)布置位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，根據(jù)后期位移監(jiān)測(cè)結(jié)果，繪制地表位移監(jiān)測(cè)s-t曲線(xiàn)圖（見(jiàn)圖9）。2020 年3 月22 日—4 月30 日，期間未采取任何措施，滑坡發(fā)生較大位移，監(jiān)測(cè)點(diǎn)JC1、JC2數(shù)據(jù)顯示滑坡每周位移增量約21～42 mm；4 月30日應(yīng)急措施實(shí)施后，地表累計(jì)位移曲線(xiàn)、拐點(diǎn)累計(jì)位移數(shù)據(jù)趨于減慢，滑坡每周位移增量約5～10 mm，說(shuō)明應(yīng)急處置措施的實(shí)施遏制了滑坡的進(jìn)一步變形，應(yīng)急處置措施得當(dāng)。2020 年7 月20 日永久治理方案實(shí)施后，滑坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)JC1、JC2 位移數(shù)據(jù)在8 月之后趨于收斂，之后幾個(gè)月坡體未產(chǎn)生變形，監(jiān)測(cè)點(diǎn)JC1 最終累計(jì)位移約180 mm 處，JC2 在累計(jì)位移150 mm 左右趨于穩(wěn)定，說(shuō)明滑坡治理達(dá)到了預(yù)期效果，保證了大橋的安全。

圖9 地表位移監(jiān)測(cè)s-t 曲線(xiàn)

6 結(jié)論

（1）盧家灣大橋6#橋墩所處滑坡位于順層中等風(fēng)化基巖上，滑體主要成分為結(jié)構(gòu)松散的碎石土堆積體。采用傳遞系數(shù)法對(duì)滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，得到天然工況下穩(wěn)定系數(shù)為1.050，暴雨工況下穩(wěn)定性系數(shù)為0.972，坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。同時(shí)采用剛體極限平衡法對(duì)該穩(wěn)定性分析結(jié)論進(jìn)行了驗(yàn)證。

（2）滑坡采用抗滑樁+錨索綜合治理方案。有限元數(shù)值模擬分析表明，治理后坡體天然工況下穩(wěn)定系數(shù)由治理前的1.073 提高至1.2，表明該治理方案可行，具備治理效果。

（3）滑坡監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，經(jīng)綜合治理后坡體位移迅速收斂并趨于穩(wěn)定，滑坡治理達(dá)到了預(yù)期效果，保證了大橋的安全。