某高速路變形體發(fā)育特征及穩(wěn)定性分析

劉俊騏

(四川省交通勘察設(shè)計研究院有限公司，四川成都 610017)

1 工程概況

某高速路路基右側(cè)邊坡上方地表出現(xiàn)裂縫，且受到連續(xù)降雨等因素影響，地表裂縫及房屋變形有加劇趨勢。直接影響公路的運營安全，危及居住人口10戶46人(常住人口約18人)。變形體縱向長度約165～245m，寬約540m，平面面積約9.8×104m2，前后緣高差50～70m，主要變形發(fā)展方向N-NNW，與公路走向基本垂直。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

該處地貌總體上為低山峽谷地貌，最高海拔一般800m左右，溝谷底部較窄，局部僅10m左右，河流切割較深。受巖性、風(fēng)化、河流侵蝕等影響，斜坡地貌基本上呈現(xiàn)“緩—陡—緩”的微地貌特征。該變形體位于柴家河左岸邊坡凸起的山脊上，便呈現(xiàn)此特征。邊坡整體走向N45°E，坡高大于200m，平均坡度30°，局部可達(dá)80°，近于直立。

2.2 地層巖性

根據(jù)地表工程地質(zhì)測繪及鉆探成果，該處表層主要為第四系全新統(tǒng)滑坡堆積含碎石粉質(zhì)黏土、碎石，第四系全新統(tǒng)崩坡積含碎石粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、碎石、塊石。下伏基巖為白堊系下統(tǒng)白龍組砂巖、粉砂質(zhì)泥巖。

2.3 地層巖性

根據(jù)地表工程地質(zhì)測繪及鉆探成果，該處表層主要為第四系全新統(tǒng)滑坡堆積含碎石粉質(zhì)黏土、碎石，第四系全新統(tǒng)崩坡積含碎石粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、碎石、塊石。下伏基巖為白堊系下統(tǒng)白龍組砂巖、粉砂質(zhì)泥巖。

2.4 地質(zhì)構(gòu)造及地震

該處位于盆地邊緣低山—低中山區(qū)，屬大巴山南坡前山帶，以構(gòu)造剝蝕地形為主。位于中興場鼻狀背斜與馬家坪向斜之間，巖層產(chǎn)狀21∠4°。

基本地震動峰值加速度為0.05g，基本地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35s，對應(yīng)的地震基本烈度為Ⅵ度。

2.5 水文地質(zhì)條件

邊坡變形體范圍內(nèi)地表水主要為沖溝溝水，主要為受降雨影響形成的微沖溝，沖溝坡降35～60°，寬約1～6m，調(diào)查時水量較小或為干溝。地下水類型主要為第四系松散層孔隙水和基巖風(fēng)化裂隙水。根據(jù)JTGC20-2011《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》Ⅱ類環(huán)境水判定：地下水對混凝土具微腐蝕性，對混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋具微腐蝕性。

3 變形特征及成因分析

3.1 邊界、規(guī)模、形態(tài)特征

該變形體位于柴家河左岸邊坡凸起的山脊上，后緣以坡體中部基巖陡坎為界，上游側(cè)以新建水泥路為界，下游側(cè)以沖溝為界，前緣直抵某高速。變形體覆蓋層以第四系全新統(tǒng)崩坡積含碎石粉質(zhì)黏土為主，局部為塊石、碎石。據(jù)地表調(diào)查、鉆探等，變形區(qū)按照地貌特征、變形程度、影響程度可分為A、B兩區(qū)(圖1)。

A區(qū)由下至上呈陡—緩折線型地形。中上部為居民區(qū)，房屋較多，中下部為一新建水泥路，現(xiàn)已被破壞，高速路內(nèi)側(cè)原有護(hù)坡為擋墻和格構(gòu)錨固，現(xiàn)擋墻已出現(xiàn)明顯傾倒式變形破壞。A區(qū)為強變形區(qū)。

B區(qū)由下至上呈陡—緩—陡—緩階梯狀地形。中下部為一新建水泥路，水泥路兩側(cè)裂縫發(fā)育，高速路內(nèi)側(cè)為擋墻。B區(qū)以牽引特征為主，為弱變形區(qū)。

圖1 變形體整體形態(tài)特征

3.2 變形特征

3.2.1A區(qū)變形區(qū)(強變形區(qū))

A區(qū)坡向約327°，由下至上呈陡—緩折線型地形，陡坎坡度約50°～65°，橫向?qū)挾燃s270m，縱向長度約245m，平面面積約5.6×104m2，體積約5.87×105m3。據(jù)現(xiàn)場調(diào)查訪問，在高速路施工開挖前，該區(qū)雨季發(fā)生過小型表層滑塌現(xiàn)象，但均不危機(jī)房屋；但自施工開挖后，部分水塘水即逐漸流失，現(xiàn)已為干塘，且產(chǎn)生大量裂縫，已危機(jī)房屋安全。地表裂縫首先于2018年雨季開始產(chǎn)生，且主要集中在該區(qū)中部，2019年雨季裂縫變形加劇，且在中后部形成多條新的裂縫。居民房屋受到嚴(yán)重影響，墻體及地面產(chǎn)生多條拉裂縫，目前可見地表裂縫長約10～30m，下錯約5～10cm，走向約30°，裂縫傾向外側(cè)；墻面多形成垂直或45°裂隙，且上寬下窄，傾向外側(cè)。高速路擋墻出現(xiàn)明顯變形，主要表現(xiàn)為擋墻頂部最大錯開45cm，底部(路面)錯開15cm。

該區(qū)中下部地形較陡，水泥路內(nèi)側(cè)坡體臨空，加之受沖溝的影響，坡面長期遭受剝蝕，表層含碎石粉質(zhì)黏土強度較低，斜坡土體受降雨地表水入滲軟化，強度降低，坡體發(fā)生滑塌，導(dǎo)致水泥路及邊坡截排水措施破壞，總體穩(wěn)定性較差。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，該區(qū)內(nèi)陡緩交接部位產(chǎn)生了數(shù)條臺階式拉裂縫，坡面植被樹木也表現(xiàn)出“馬刀樹”特征，典型發(fā)育四處小型滑塌體(圖2、圖3)。

圖2 地面開裂

圖3 擋墻破壞

3.2.2B區(qū)變形區(qū)(弱變形區(qū))

B區(qū)坡向約323°，由下至上呈陡—緩—陡—緩階梯狀地形，陡坎坡度約50°～65°，橫向?qū)挾燃s170m，縱向長度約165m，平面面積約4.2×104m2，體積約1.63×105m3。該區(qū)前緣為高速路開挖人工邊坡，可見基巖出露，路塹墻位于基巖上，未發(fā)生明顯變形現(xiàn)象。該區(qū)中下部的水泥路兩側(cè)發(fā)育數(shù)條裂縫，裂縫長約15～30m，深10～30cm，寬約4～12cm，下錯20～60cm，大體沿公路走向展布，以牽引特征為主。該區(qū)中后緣坡體較陡，表層土體為含碎石粉質(zhì)黏土，厚度3～5m，發(fā)育有數(shù)條裂縫，裂縫長約10～25m，寬約10～20cm，下錯10～20cm，走向約30°，裂縫傾向外側(cè)。

3.3 成因及變形分析

3.3.1 堆積體成因分析

根據(jù)調(diào)查，該處斜坡屬切向坡，交角約55°，巖層近水平。巖性上為砂泥巖互層結(jié)構(gòu)，構(gòu)成整體軟硬相間的巖體結(jié)構(gòu)，表層巖體裂隙發(fā)育。后緣坡體較陡，局部基巖出露，近直立狀，在風(fēng)化卸荷等內(nèi)外因素的作用下，巖體產(chǎn)生崩塌、掉塊的現(xiàn)象。崩塌堆積體堆積于坡體中下部，分布極為不均，厚度變化大。其中，泥巖風(fēng)化成了黏土，砂巖解體形成了塊碎石，后緣陡壁仍發(fā)育未完全解體的砂巖，即是較好的說明。

3.3.2 目前堆積體變形分析

目前該變形體穩(wěn)定性主要受到內(nèi)外因素控制，地形條件、表層堆積物是主要內(nèi)因，而水、施工是誘發(fā)堆積體變形的主要外因。

(1)地形條件：該處斜坡地貌基本上呈現(xiàn)“緩—陡—緩”的微地貌特征，變形體后緣為砂巖陡壁，變形體范圍內(nèi)陡坎發(fā)育，較陡的地形坡度不利于斜坡的穩(wěn)定。

(2)表層堆積物：變形體表層覆蓋層多為第四系全新統(tǒng)崩坡積含碎石粉質(zhì)黏土為主，土質(zhì)松軟，強度較低，厚度變化較大，土體易失穩(wěn)滑動。

(3)水：豐富的降雨是誘發(fā)堆積體變形的最直接也是最重要的因素，通江縣降雨多集中在5月～9月，雨量充沛。根據(jù)實地調(diào)查，受汛期降雨的影響，該處邊坡受降雨形成的地表徑流的沖刷形成陡坎。同時，雨季降水入滲，一方面造成滑體重度增加，加大下滑力；另一方面降水通過裂縫下滲至潛在滑動面使滑帶土飽和軟化，地下水壓力增加，對上部土體產(chǎn)生浮托，巖土體力學(xué)性質(zhì)降低，滑帶土的抗滑能力大大降低，使處于極限平衡狀態(tài)的坡體產(chǎn)生滑動。

(4)施工：坡體前緣高速路及水泥路的施工開挖形成較陡的臨空面，穩(wěn)定性有所降低。

4 變形體穩(wěn)定性評價

4.1 穩(wěn)定性定性評價

該處斜坡地貌基本上呈現(xiàn)“緩—陡—緩”的微地貌特征，變形體后緣為砂巖陡壁，變形體范圍內(nèi)陡坎發(fā)育，平均坡度30°，局部可達(dá)80°，近于直立。變形體物質(zhì)組成主要為含碎石粉質(zhì)黏土、碎石，厚度約3.2～28.1m。

目前，A區(qū)中下部發(fā)育有4處滑塌體，裂縫、“馬刀樹”等推擠、鼓出變形跡象發(fā)育，變形有進(jìn)一步發(fā)展的可能，為強變形區(qū)，需對其穩(wěn)定性進(jìn)行進(jìn)一步分析。

B區(qū)變形主要集中在山坳部位，水泥路兩側(cè)變形較大，后緣裂縫發(fā)育。在連續(xù)暴雨的情況下，B區(qū)有發(fā)生表層滑塌的可能，穩(wěn)定性較差，為弱變形區(qū)，也需對其穩(wěn)定性進(jìn)行進(jìn)一步分析。

4.2 穩(wěn)定性定量評價

4.2.1 計算方法及工況

采用傳遞系數(shù)法，考慮天然、暴雨2種工況下對變形體進(jìn)行穩(wěn)定性計算分析，計算公式選用折線型滑面推力計算公式。計算模型見圖4。

圖4 變形體剖面計算模型

4.2.2 計算參數(shù)的選取

通過室內(nèi)試驗資料，滑體(含碎石粉質(zhì)黏土)的天然重度為20kN/m3，飽和重度為21kN/m3。A區(qū)天然剪切平均值：c=23.6kPa，φ=13.03°；飽和剪切平均值：c=19.03kPa，φ=12.44°。B區(qū)天然剪切平均值：c=32.6kPa，φ=4.5°；飽和剪切平均值：c=19.8kPa，φ=12.45°。

根據(jù)穩(wěn)定性宏觀判斷，目前A區(qū)天然狀況下整體基本穩(wěn)定，暴雨狀況下有蠕滑變形跡象，處于欠穩(wěn)定—不穩(wěn)定狀態(tài)，安全系數(shù)較低；B區(qū)天然狀況下整體基本穩(wěn)定，暴雨狀況下有發(fā)生表層滑塌的可能，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。因此，分別采用暴雨工況對4條剖面進(jìn)行參數(shù)反演，結(jié)合試驗數(shù)據(jù)，以及現(xiàn)場實際情況綜合考慮，采用分級進(jìn)行反演，反演穩(wěn)定性系數(shù)及反演參數(shù)見表1。

表1 反演穩(wěn)定性系數(shù)及反演參數(shù)

4.2.3穩(wěn)定性計算與評價

根據(jù)上述巖土體參數(shù)指標(biāo)，對變形體的4條剖面分別按天然工況、暴雨工況進(jìn)行穩(wěn)定性計算，計算結(jié)果見表2。

計算結(jié)果與現(xiàn)場調(diào)繪定性評價結(jié)果一致。

A區(qū)：整體在天然工況下穩(wěn)定性系數(shù)為1.088～1.103，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；暴雨工況下穩(wěn)定性系數(shù)為1.007～1.050，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。滑塌體在天然工況下穩(wěn)定性系數(shù)為1.054～1.077，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；暴雨工況下穩(wěn)定性系數(shù)為0.929～0.983，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

表2 變形體整體穩(wěn)定性計算成果

B區(qū)：整體在天然工況下穩(wěn)定性系數(shù)為1.148，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；暴雨工況下穩(wěn)定性系數(shù)為1.051，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

5 防治措施建議

通過以上分析，該變形體存在明顯變形破壞跡象，變形有進(jìn)一步發(fā)展的可能，需將受威脅的居民撤離危險區(qū)，對變形體前緣影響的高速路段設(shè)置危險警示標(biāo)志，確保行車安全；并對該變形體進(jìn)行監(jiān)測，增加深層位移監(jiān)測，并采取相應(yīng)的治理措施。

A區(qū)在連續(xù)暴雨的情況下，極易發(fā)生整體滑動，直接威脅前緣高速公路及后緣房屋的安全，穩(wěn)定性差。建議回填封閉裂縫，坡體適當(dāng)清方減載，搬離影響區(qū)內(nèi)居民，并在前緣高速公路內(nèi)側(cè)設(shè)置抗滑樁或抗滑擋墻，基礎(chǔ)應(yīng)進(jìn)入中風(fēng)化砂巖一定深度；同時，在已破壞水泥路內(nèi)側(cè)陡緩交界處設(shè)置抗滑樁，基礎(chǔ)進(jìn)入中風(fēng)化砂巖一定深度。坡面較陡處建議采用格構(gòu)錨固，并在變形體內(nèi)及周圍做好截排水措施。

B區(qū)變形主要集中在山坳部位，水泥路兩側(cè)變形較大，后緣裂縫發(fā)育。在連續(xù)暴雨的情況下，B區(qū)有發(fā)生表層滑塌的可能，穩(wěn)定性較差。建議在已破壞水泥路內(nèi)側(cè)陡緩交界處設(shè)置抗滑樁，基礎(chǔ)進(jìn)入中風(fēng)化砂巖一定深度。坡面較陡處建議采用格構(gòu)錨固，并在變形體內(nèi)及周圍做好截排水措施。

6 結(jié)束語

(1)目前該變形體穩(wěn)定性主要受到內(nèi)外因素控制，地形條件、表層堆積物是主要內(nèi)因，而水、施工是誘發(fā)堆積體變形的主要外因。

(2)通過定性分析與定量計算，目前該變形體天然狀況下整體基本穩(wěn)定；暴雨狀況下A區(qū)有蠕滑變形跡象，處于欠穩(wěn)定～不穩(wěn)定狀態(tài)，安全系數(shù)較低；暴雨狀況下B區(qū)有發(fā)生表層滑塌的可能，處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。

(3)根據(jù)勘察結(jié)果，結(jié)合該處工程地質(zhì)條件及變形特征，針對不同分區(qū)提出了針對性的防治措施建議。