曾玲升,肖 強(qiáng),郭凱斌

(江西省交通設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,江西 南昌 330100)

1 工程概況

1.1 滑坡地貌特征

宜春至遂川高速公路從山體斜坡經(jīng)過,山體傾向北西側(cè),山體自然坡度15°～25°。該斜坡坡腳數(shù)年前發(fā)生滑坡,滑坡方量約10 000 m2,屬牽引式小型土質(zhì)滑坡。該處受人工開墾影響,地形多呈臺(tái)階狀,高度一般1.5～3 m,種植橘樹林?；麦w山腰及坡腳坡度約為15°～25°,頂部較為平緩,高程處于180～230 m,坡腳到坡頂高差達(dá)50 m。

該斜坡在施工開挖過程中,發(fā)生明顯變形跡象,已呈現(xiàn)多道橫向裂縫,坡面已垮塌。在坡腳開挖后,使臨空面更陡,產(chǎn)生多處裂縫及局部滑塌,局部滑塌體位于坡面,走向50°,坡向320°?；缕矫嫘螒B(tài)為橢圓形,滑坡面積達(dá)7 500 m2,滑坡體縱長約90 m,前緣寬約110 m,坡腳高程184 m,滑坡后緣高程226 m,坡頂已形成圓弧狀裂縫,主滑方向320°裂縫達(dá)10～30 cm,局部伴有下錯(cuò)。綜合分析鉆探、物探成果,滑動(dòng)面主要位于全風(fēng)化頁巖中,平均埋深12 m,滑床為全風(fēng)化頁巖,滑體為殘坡積含碎石粉質(zhì)黏土及全風(fēng)化頁巖,滑體土方量約9.4×104m3。

1.2 滑坡物質(zhì)結(jié)構(gòu)

路線沿山麓展布,向右深切山體,滑坡體巖性多為黃色含碎礫石黏性土或黏土質(zhì)碎礫石,表覆第四系中更新統(tǒng)殘坡積層(Q2el+dl)含礫低液限黏土,含水率較高,棕黃色,硬塑狀,土層中夾雜有較多碎礫石,厚度3～8 m不等,局部土層厚度大于10 m,且含較多碎礫石,下伏基巖為石炭系下統(tǒng)大塘階測(cè)水段(C1D2)頁巖、炭質(zhì)頁巖及石灰?guī)r。

2 滑坡變形形態(tài)特征及發(fā)生機(jī)理

2.1 滑坡變形特征

(1)邊坡坡面首先出現(xiàn)橫向拉張裂縫L1,目前裂縫張開寬度約40～60 cm,下錯(cuò)20～40 cm,其走向與滑動(dòng)方向大致垂直,延伸長度約65 m,深度2 m以上。

(2)平臺(tái)排水溝發(fā)生滑動(dòng),局部扭轉(zhuǎn)、溝壁發(fā)生開裂變形。

(3)二級(jí)坡坡腳產(chǎn)生數(shù)條剪出口,貫通性較好,剪出10～20 cm,滑動(dòng)面上可見一層白色黏土礦物,擦痕明顯。

(4)坡頂高程約226 m處出現(xiàn)拉張裂縫,寬約10～20 cm,下錯(cuò)約10 cm,裂縫處即為滑坡的后緣邊界,呈圓弧狀完全貫通。

(5)潛在滑動(dòng)面處于飽水狀態(tài),使得前緣土體推出,土體較為松散,下雨天出現(xiàn)出水點(diǎn),流量約為1 L/min,逐漸形成小匯流通道,沿坡面滑動(dòng)面發(fā)生匯流,在坡腳呈泉水流出,使得滑坡體土體軟化,降低內(nèi)摩擦角和黏聚力,坡體整體穩(wěn)定性下降[1]。

該山體為一處古滑坡,屬“欠穩(wěn)定”的幾何模型,根據(jù)邊坡變形特征分析,滑坡的成因與其地形地貌、地層結(jié)構(gòu)、巖土性質(zhì)、水(降雨和地下水)、人類活動(dòng)[2-3]等因素密切相關(guān),導(dǎo)致該邊坡形成滑坡。

2.2 滑坡發(fā)生機(jī)理分析

滑塌區(qū)處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候類型,雨量充沛,該斜坡體上覆殘坡積含碎石粉質(zhì)黏土,滲透性相對(duì)于下伏全風(fēng)化頁巖較好,以致降水易于在全風(fēng)化頁巖頂面匯集,頂面厚2～3 m土體相對(duì)較潮濕,在雨季時(shí)進(jìn)一步軟化為軟塑狀態(tài),形成“潮濕帶”。根據(jù)鉆孔揭露滑坡區(qū)覆蓋殘坡積含碎石粉質(zhì)黏土厚度約3～12 m,下伏全風(fēng)化頁巖,頁巖趨勢(shì)產(chǎn)狀為320°∠30°(坡1面傾向320°),為順向坡,全風(fēng)化頁巖層面中夾有一層灰白色黏土礦物,厚度一般為3～10 m,在暴雨時(shí)期形成“軟弱帶”,使得坡體穩(wěn)定性下降[4-6]。

另一方面由于斜坡體均已種植柑橘,長期灌溉使得該山體處于潮濕狀態(tài),高速公路對(duì)此山體進(jìn)行開挖,使得斜坡體形成較陡臨空面,導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性惡化。當(dāng)邊坡開挖加之遇上雨期,滑坡形成過程如下:首先在靠近坡面處,由于全風(fēng)化頁巖覆蓋的粉質(zhì)黏土加上自身重力作用下,使坡體發(fā)生推移式變形,在五級(jí)坡坡面形成拉張裂縫,其次進(jìn)一步在第四級(jí)、第三級(jí)坡面產(chǎn)生裂縫,并伴有反向錯(cuò)動(dòng),在二級(jí)坡坡腳產(chǎn)生剪出口,剪出10～20 cm。隨著持續(xù)的滑移,五級(jí)坡坡面裂縫寬度逐漸擴(kuò)大,在坡頂創(chuàng)造良好臨空面,殘坡積粉質(zhì)黏土產(chǎn)生牽引式變形,加上雨季使得土的力學(xué)性質(zhì)變差,形成的“潮濕帶”+“軟弱帶”,裂縫沿著“潮濕帶”+“軟弱帶”發(fā)生滑動(dòng),并不斷向后牽引坡頂土體變形,各個(gè)部分之間相互影響、相互作用,如瓦片疊加式破壞,導(dǎo)致整個(gè)坡面結(jié)構(gòu)滑塌。

3 滑坡穩(wěn)定性驗(yàn)算

3.1 計(jì)算模型

滑坡前部(以五級(jí)坡坡面裂縫為界),采用圓弧滑動(dòng)模型,采用簡化Bishop法和極限平衡理論,反算全風(fēng)化頁巖天然工況下力學(xué)參數(shù),計(jì)算并評(píng)價(jià)其暴雨工況下的穩(wěn)定性[9];滑坡后部(坡頂),采用折線滑動(dòng)模型,以Bishop法、極限平衡理論反算全風(fēng)化頁巖頂面在潮濕帶天然工況下力學(xué)參數(shù),計(jì)算并評(píng)價(jià)其暴雨工況下的穩(wěn)定性。天然工況選取天然重度,暴雨工況選取飽和重度,分別選取試驗(yàn)指標(biāo)平均值。

圓弧滑動(dòng)面穩(wěn)定性計(jì)算公式(簡化Bishop法)為[7]

(1)

(2)

式中:K為整個(gè)滑體計(jì)算的安全系數(shù);b為土條的寬度,m;W為條塊重力,kN,浸潤線以上取天然重度,以下取飽和重度;θ為第i個(gè)土條中點(diǎn)處切線與水平線的夾角,(°);c為土的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)黏聚力,kPa;φ為土的內(nèi)摩擦角,(°)。

天然工況選取天然重度,暴雨工況選取飽和重度,綜合考慮土工試驗(yàn)成果,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)全風(fēng)化頁巖強(qiáng)度試驗(yàn)值進(jìn)行適當(dāng)折減,分別選取試驗(yàn)指標(biāo)平均值,如表1、表2所示。

表1 天然工況下巖土強(qiáng)度參數(shù)表

表2 暴雨工況下巖土強(qiáng)度參數(shù)表

3.2 計(jì)算結(jié)果

通過分析該滑坡形成機(jī)制,分析滑坡體自重荷載對(duì)穩(wěn)定性的影響,該滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析計(jì)算將滑坡穩(wěn)定性計(jì)算劃分為2種工況:工況Ⅰ為天然工況;工況Ⅱ?yàn)楸┯旯r。

首先假定滑裂面是圓弧面,通過軟件計(jì)算其最不利滑面,分析滑面中0.3H折線破裂面和朗肯破裂面,同時(shí)考慮土條兩側(cè)條間力的作用,整體力矩及每一土條的垂直力的平衡,整體采用簡化畢肖普法分析整體穩(wěn)定性。安全系數(shù)為抗滑力矩與下滑力矩間的比值,表3為計(jì)算結(jié)果。

(3)

表3 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

剩余下滑力計(jì)算公式采用傳遞系數(shù)法,安全系數(shù)取值1.22,計(jì)算上述模型中最不利滑塊受力情況,分析擬設(shè)抗滑樁結(jié)構(gòu)物所需要承受的剩余下滑力,計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 滑坡剩余下滑力計(jì)算結(jié)果 單位:kN

依據(jù)表4可以看出,該滑坡的總下滑力為5 189.83 kN,總抗滑力6 324.71 kN,其中支擋結(jié)構(gòu)物和部分土體抗滑力為6 088.51 kN。該山體為一處古滑坡,屬“欠穩(wěn)定”的幾何模型,雨季時(shí)期形成的地表水進(jìn)入坡體,降低坡體的物理力學(xué)特征,導(dǎo)致巖土強(qiáng)度參數(shù)c、φ值降低,最終發(fā)生坡體滑塌。在擬設(shè)置抗滑樁后,該路塹在天然工況下的穩(wěn)定系數(shù)為1.22,在暴雨工況下穩(wěn)定系數(shù)為1.09。計(jì)算結(jié)果表明,在安全系數(shù)為1.22時(shí),計(jì)算斷面擬設(shè)置抗滑樁所承受的剩余下滑力為1 422 kN。

4 處治措施

4.1 抗滑樁的位置布置

根據(jù)前述分析及計(jì)算結(jié)果,該滑坡抗滑樁設(shè)計(jì)方案如圖1、圖2所示。

圖1 第一級(jí)平臺(tái)抗滑樁平面布置圖(單位:cm)

圖2 第二級(jí)平臺(tái)抗滑樁平面布置(單位:cm)

第一級(jí)坡頂平臺(tái)設(shè)置一排Φ2.5 m鋼筋混凝土抗滑樁,抗滑樁間距6 m,每根樁長23 m,共設(shè)置31根,每4根或3根采用2.0 m高冠梁連接成整體。第二級(jí)邊坡平臺(tái)設(shè)置二排Φ2.5 m鋼筋混凝土抗滑樁,抗滑樁間距6 m,每根樁長32 m,山體側(cè)一排設(shè)置15根,路基側(cè)設(shè)置14根,梅花型布置,共設(shè)置29根,靠山體側(cè)每4根或3根采用2.0 m高冠梁連接成整體,前后排采用“V”型系梁進(jìn)行相互連接。

4.2 抗滑樁設(shè)計(jì)與計(jì)算

根據(jù)工程地質(zhì)條件及計(jì)算結(jié)果,抗滑樁采用直徑為2.5 m圓形截面,抗滑樁樁長h=30 m,其中段h1=10 m,錨固段h2=20 m;樁心間距L=6.0 m;抗滑樁按彈性樁進(jìn)行設(shè)計(jì),樁底邊界條件按自由端考慮;采用midas Civil Designer對(duì)抗滑樁進(jìn)行內(nèi)力分析,按部分預(yù)應(yīng)力(B類)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算,樁身內(nèi)力按懸臂樁“K”法計(jì)算,其中各荷載工況按表5取值。

表5 荷載工況

荷載組合列表根據(jù)如下取值。

基本組合:基本;1.350(D)+1.350(D1)+1.350(D2)。

標(biāo)準(zhǔn)組合:頻遇;1.000(D)+1.000(D1)+1.000(D2)。

計(jì)算得出位移內(nèi)力云圖如圖3所示,其中結(jié)構(gòu)最大位移量為4.17 cm;標(biāo)準(zhǔn)組合下軸力云圖如圖4所示,基本組合下結(jié)構(gòu)剪力云圖如圖5所示,其中標(biāo)準(zhǔn)組合下結(jié)構(gòu)最大軸力為9 644 kN,基本組合下結(jié)構(gòu)最大剪力為7 247 kN;樁和系梁的彎矩云圖如圖6、圖7所示,由圖可知樁最大彎矩為27 530 kN·m,系梁最大彎矩為12 600 kN·m。

圖3 位移內(nèi)力云圖

圖4 標(biāo)準(zhǔn)組合下軸力云圖

圖5 基本組合下剪力云圖

圖6 樁彎矩云圖

圖7 系梁彎矩云圖

由抗滑樁計(jì)算結(jié)果可知,滑坡推力產(chǎn)生的最大彎矩和最大剪力在樁身,為此,采用滑坡推力進(jìn)行抗滑樁設(shè)計(jì)。根據(jù)樁身彎矩及剪力計(jì)算,樁身主筋選用3根主筋為一束,每束鋼筋由3根Φ32HRB400鋼筋組成,至少需要采用116根,箍筋采用雙肢箍筋,選用Φ16HRB400鋼筋,間距取160 mm。

5 結(jié) 語

當(dāng)高速公路穿越斜坡體山坡,常見的滑坡成因與其地形地貌、地層結(jié)構(gòu)、巖土性質(zhì)、水(降雨和地下水)、人類活動(dòng)等因素相關(guān)[11]?；谝舜褐了齑ǜ咚俟返穆穳q滑坡,采用簡化Bishop法和極限平衡理論對(duì)該滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。在天然和暴雨兩種工況下,計(jì)算了安全系數(shù),并得出結(jié)論:在暴雨工況下,滑坡的推力會(huì)加大。

根據(jù)建立的數(shù)值模型,分析該滑坡在每級(jí)平臺(tái)所產(chǎn)生的下滑力,并對(duì)樁身內(nèi)力進(jìn)行驗(yàn)算。通過合理布置抗滑樁的位置,可以避免造成滑體從樁頂剪出或抗滑樁位移過大。

根據(jù)計(jì)算下滑力結(jié)果,合理設(shè)置抗滑樁的間距,防止滑動(dòng)土體從樁間滑出。采用懸臂樁“K”法計(jì)算抗滑樁所受的最大彎矩和最大剪力,根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行抗滑樁配筋及主筋位置設(shè)計(jì),滑體的主滑切向方向主筋應(yīng)加強(qiáng)設(shè)計(jì),充分考慮其配筋率,以防造成抗滑樁自身的破壞。

圓形截面鋼筋混凝土抗滑樁可采用旋挖成孔,較沖擊樁可縮短施工時(shí)間,該工程于當(dāng)年2月處置至今未出現(xiàn)變形。