某山区高速公路滑坡分析及处治措施

2016-04-20王训锋花艳丽

公路与汽运 2016年2期

关键词：公路

王训锋,花艳丽

(1.中国公路工程咨询集团有限公司,北京 100097;2.武汉中咨路桥设计研究院有限公司,湖北武汉 430023; 3.湖北城市建设职业技术学院,湖北武汉 430205)

某山区高速公路滑坡分析及处治措施

王训锋1,2,花艳丽3

(1.中国公路工程咨询集团有限公司,北京 100097;2.武汉中咨路桥设计研究院有限公司,湖北武汉 430023; 3.湖北城市建设职业技术学院,湖北武汉 430205)

摘要:以在建某高速公路ZK126+940—ZK127+010段滑坡为例,通过现场踏勘,结合以往项目的类似问题,分析了滑坡发生的原因,提出了处治措施及建议,并对顺层边坡的现有加固措施及截排水措施存在的问题进行分析,给出了处治建议。

关键词:公路;顺层滑坡;锚索格梁;边坡排水;边坡处治

高速公路建设过程中避免不了人工开挖边坡,边坡如果失稳,将形成滑坡、崩塌等地质灾害,轻则增加投资、延长工期,重则导致建筑物倒塌甚至造成人员伤亡。目前,滑坡仍然是危害人们生命财产安全的主要灾害之一。因滑坡的产生条件、影响因素、破坏机理的复杂性和多变性,其一直是世界各国研究的主要地质和工程问题之一。下面以在建某高速公路ZK126+940—ZK127+010段滑坡为例,通过现场踏勘,分析滑坡的成因,探讨其处治措施。

1 工程概况

某高速公路ZK126+940—ZK127+010段边坡原设计最高为四级坡,其中第一、二级边坡坡比为1∶0.5,第三级边坡坡比为1∶0.75,第四级边坡坡比为1∶1。边坡开挖后,因发生覆盖层垮塌,将第三、四级土质边坡坡比变更为1∶1.5。边坡底部采用抗滑桩防护,顶部采用锚索格梁防护,锚索采用7 束ϕ15.2 mm钢绞线,设计拉力700 k N,最后锁定预应力为设计拉力的1.1倍。

2015年3月29日对边坡进行逐级排查,发现该处二级边坡锚索框架梁顶部竖梁砼出现开裂破坏,第一级边坡抗滑桩顶4 m锚索竖梁与第二级边坡锚索框架梁交界处砼亦出现开裂。2015年4月5日对边坡的11根锚索进行抽样检测,锚索的锚固力分别为542.17、548.19、351.56、786.53、295.62、611.28、473.06、682.40、659.38、608.32、604.99 k N,平均每孔的锚固力为560.32 k N。从抽查样本可以看出部分工点的锚索锚固力已不足设计锚固力的一半。

根据以上情况,对现存锚固力较低的锚索实施二次张拉,同时对该段边坡进行独立锚墩加固。该施工还未完成时,2015年5月,项目所在地出现暴雨天气,施工单位对边坡进行排查时发现ZK126+ 940—ZK127+010段三级边坡及道路红线外有2条裂缝,并逐渐加宽,5月19日晚该段边坡发生滑坡,剪出口位于第二级边坡顶,滑坡后缘形成4 m左右滑坡后壁,坡体上部的锚索整体遭到破坏(见图1、图2)。

图1 二级边坡锚索框架梁顶部竖梁砼出现开裂破坏

图2 边坡发生滑坡,坡体上部的锚索整体破坏

2 地质概况

该段边坡为顺层边坡,坡口线外覆盖层厚0～3 m,基岩为灰岩夹钙质泥岩,岩层产状为35°∠25°;节理主要发育2组,其节理产状分别为330°∠83°、50°∠85°。岩层层间见泥化夹层,并在局部二级边坡坡面沿泥化夹层间渗水,局部坡面掉块。

场区地下水为第四系松散孔隙水、基岩裂隙水。1)第四系松散孔隙水。主要存在于地表第四系残坡积粉质黏土孔隙中,其含水量较小且不稳定,受季节和降雨量影响较大,受大气降水补给,以蒸发形式和下渗方式排泄。2)基岩裂隙水。主要分布于基岩节理裂隙中,含水量主要受岩石节理裂隙发育程度和贯通性的影响,含水量和地下水位不稳定,受季节和降雨量影响较大,补给方式主要为大气降水。大气降水一部分在地表形成暂时性径流向场区低洼处排泄,另一部分通过基岩节理裂隙下渗,赋存于基岩裂隙中形成基岩裂隙水。其排泄方式为通过重力作用沿贯通的节理裂隙向场区低洼处渗流排泄。由于地形横坡陡,地表水下渗后,沿岩层面向右侧地势低洼处排泄。

边坡区灰岩为含水岩层,钙质泥岩为隔水岩层。地表溶沟和溶槽发育,为边坡地表水下渗提供了良好条件。地表水沿节理和裂隙下渗后,多赋存于灰岩内,于坡体下部沿灰岩与钙质泥岩接触面向外排泄,软化钙质泥岩,并沿灰岩与钙质泥岩接触面形成排水通道。

3 破坏原因分析

(1)该高边坡主要受顺坡向结构面控制,为层状缓倾岩石边坡,由于开挖坡角大于结构面的倾角,加上夹层及节理裂隙的影响,坡体的整体性降低,产生顺层滑动。从滑坡现场勘察发现,该段边坡为沿钙质泥岩的软弱岩层面滑动,结构面存在泥膜,节理裂隙发育,这类岩层遇水浸泡后易软化,强度大大降低,形成软弱层。

(2)滑坡位于地形相对低洼的部位,利于地表水富集。

(3)边坡区岩性为灰岩夹钙质泥岩,近期降雨量较大,地表水下渗后,补给量大,排泄量小,富集于灰岩内,使边坡区多层灰岩含水量增大,对钙质泥岩进行软化,并于坡体下部灰岩与钙质泥岩接触面向外排泄,对边坡产生较大孔隙水压力,同时增加坡体重量。钙质泥岩受水软化后,物理力学指标大大降低,导致边坡沿节理面拉裂,沿岩层面发生顺层滑动,于边坡二级平台上方剪出。

(4)从现场踏勘结果来看,截水沟的效果不好,截排水能力不良,局部截水沟通过边坡向挖方边沟排水,没有起到把边坡外的水排出去的作用,而是最终流到了路基及边坡范围内。

(5)深层排水管的排水效果不好,很多排水管已被堵塞没有往外排水,只有局部有水渗出。

(6)原边坡设计为锚索框架格梁,施工时锚索框架格梁高出坡面,不利于边坡排水,同时锚索框架格梁没有排水通道,导致坡面排水不良,雨水下渗至边坡内,导致边坡结构面的强度减弱。

4 处治措施

(1)滑坡区岩体沿岩层面、节理面发生松动破坏,稳定性差,建议清除滑坡区内已松动破坏的岩块、危岩体,并对已滑塌的边坡进行清理。

(2)鉴于滑坡面表面较平整,但裂隙发育,对滑坡坡面进行灌浆处理,防止雨水下渗。

(3)由于不存在放坡条件,对坡面进行锚索格梁加固,格梁采用斜梁的方式,以利于排水。

(4)加强对边坡的监测。

(5)做好边坡内外的排水设计,避免地表水下渗软化钙质泥岩与灰岩接触面而对坡体稳定造成安全隐患。

(6)对滑坡两侧坡体进行再次加固,增加该段边坡的安全储备。

5 经验与建议

从该滑坡的处治可得出以下经验教训:

(1)岩质顺层边坡在路线设计时就应考虑对方案的影响,对于边坡高度大于30 m或不存在放坡条件的顺层边坡,首先考虑调整平面、纵面来避让。

(2)对于顺层边坡,潜在滑面的选择及相应力学指标的选定一般并不能很好地反映边坡的实际情况,边坡在自然条件作用下沿内部软弱夹层或节理面发生滑动的概率很大。

(3)锚索对加固顺层边坡的效果一般,尤其是对可溶岩,由于雨水下渗到坡体内,锚索与坡体间的锚固力会减弱,同时对于有覆盖层的坡面,格梁在锚索的预加应力作用下会产生相对位移,使锚索的锚固力松弛,这也就是为什么施工时按770 k N张拉检测合格,但施工完成几个月后部分预应力锚索的锚固力就损失一半以上的原因。

(4)虽然一再强调水对边坡的重要性,但从实际施工现场情况来看,对边坡内外的截排水并没有产生很好的效果,山顶截水沟汇水不好,有的甚至高出地面,有的会积水甚至漏水。再就是一味按照设计图的5 m距离来设置,没有根据具体情况来施工,导致排水不畅,甚至把水通过边坡往挖方边沟排,没有达到设置截水沟的最初目的。

(5)虽然设置了坡面的深层排水管,但从现场情况来看,真正能正常出水的很少,导致边坡内的水因没有排水通道而聚集在边坡内,增加坡体自重,并降低边坡土体本身的强度。

(6)现在锚索格梁加固在实际工程中应用较多,但从现场实际情况来看,锚索格梁存在一不利影响即边坡水排不出去。设计中多要求格梁嵌入边坡内,一般要求格梁的顶部低于坡面5 cm,但现场的施工情况都是格梁零嵌入地附在坡面上,这样格梁内的积水多数都渗到了坡面内,同时水的重力作用还会把格梁底部掏空,使格梁的整体稳定性下降甚至破损。

(7)边坡治理过程中,水的治理是边坡稳定的关键。治水宜疏不宜堵,良好的排水通道是排除边坡内外水的最好途径。鉴于普通锚索格梁存在不利于排水的缺陷,建议采用锚索斜梁加固,其排水效果很好。图3为改进的斜梁预应力锚索加固设计图,图4为格梁的细部图。

图3 改进的斜梁预应力锚索加固设计(单位:cm)

(8)岩质边坡不同于一般土质边坡,其特点是岩体结构复杂、断层、节理、裂隙互相切割,块体极不规则,其稳定性与岩体结构、块体密度和强度、边坡坡度、高度、岩坡表面和顶部所受荷载、边坡的渗水性能、地下水位的高低等有关,数值模拟很难反映其真实情况。另外,岩体内的结构面,尤其是软弱结构面的存在常是岩坡不稳定的主要因素。大部分岩坡在丧失稳定性时的滑动面可能有3种:一是沿着岩体软弱岩层滑动;二是沿着岩体中的结构面滑动;当这两种软弱面不存在时,也可能在岩体中滑动。所以在边坡设计时要充分考虑多种滑面滑动的可能性,分别给出相应的处治措施。

(9)设计措施有时并不能很好地在施工过程中表现出来,所以设计中要避免出现高的顺层边坡,若不可避免,应考虑锚索和抗滑桩及抗滑挡墙的比选或组合使用,并以抗滑桩及抗滑挡墙来承担主要下滑力,锚索起辅助作用。