某山區(qū)斜坡濕軟路基滑坡機(jī)理及處治措施研究

唐家輝,郭華江,羅 潔

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 貴陽(yáng)市 550081)

0 引言

貴州省位于我國(guó)西南山區(qū),大部分為山地丘陵地貌,占比高達(dá)92.5%,山區(qū)地形切割強(qiáng)烈,地質(zhì)環(huán)境脆弱,地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)多發(fā),是全國(guó)地質(zhì)災(zāi)害最為嚴(yán)重的省份之一[1]。其中滑坡是貴州山區(qū)最常見的地質(zhì)災(zāi)害之一,尤其是在斜坡濕軟路基上,更易產(chǎn)生滑坡,是影響公路施工及運(yùn)營(yíng)安全的重大隱患[1-5]。

斜坡濕軟路基[2,8]指的是具備以下三個(gè)特點(diǎn)的公路路基,一是原始坡面具有一定的坡度,二是地表水地下水很豐富,三是地基土長(zhǎng)期受水浸泡。這樣的路基在極端降雨等誘發(fā)因素的影響下很容易發(fā)生滑移失穩(wěn),最終形成滑坡,造成公路破壞,阻斷交通。

文章以實(shí)際工程為例,通過工程勘察及工程監(jiān)測(cè)等手段,分析該路基失穩(wěn)的產(chǎn)生機(jī)理,并提出了針對(duì)性的處置措施建議。

1 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

1.1 概況

某段路基位于G7521渝筑高速SK82+240～SK82+310段,于2018年1月開通運(yùn)營(yíng)。該段填方路基全長(zhǎng)60m,中心填高6.8m,左側(cè)填高11.7m,邊坡坡率為1∶1.5,坡面采用襯砌拱護(hù)坡,填方坡腳設(shè)置2m高護(hù)腳墻。

2020年7月中旬,受連續(xù)強(qiáng)降雨影響,該段路基左幅路面發(fā)生開裂,7月20日,裂縫發(fā)展至左幅路基中間行車道位置,縫寬5cm,長(zhǎng)度約45m。最左側(cè)行車道路面發(fā)生沉降,影響行車安全。工程地質(zhì)平面圖見圖1。

圖1 工程地質(zhì)平面圖

1.2 地形地貌

場(chǎng)區(qū)地處貴州高原中部斜坡地帶,場(chǎng)區(qū)地貌類型屬溶蝕-侵蝕低中山地貌;場(chǎng)區(qū)高程介于1192.2～1280.0m,高差87.8m。

填方路基位于單斜坡上,地勢(shì)西面高東面低,上陡下緩,路基斜坡地帶上分布有大片耕地。場(chǎng)區(qū)原始地貌總體為單斜坡地形,滑坡下部8°～12°,中部15°～20°,上部30°～35°之間,坡體后緣為棲霞組灰?guī)r夾泥巖陡崖地形,崖高18～40m不等。場(chǎng)區(qū)地形地貌如圖2所示。

圖2 場(chǎng)區(qū)地形地貌

1.3 地層巖性

根據(jù)鉆探揭露,場(chǎng)地出露第四系人工填土、第四系殘坡積層含碎石粘土、碎石土、淤泥質(zhì)粘土,下伏基巖為二疊系下統(tǒng)梁山組泥質(zhì)粉砂巖夾炭質(zhì)泥巖、石英砂巖。

1.3.1覆蓋層

1.3.2基巖

(1)強(qiáng)風(fēng)化層:灰黃、灰黑色,薄至中層狀,節(jié)理裂隙很發(fā)育,巖體破碎,巖芯呈碎塊狀,厚1.2～3.6m。

(2)中風(fēng)化層:灰、灰黑色,薄至中層狀,節(jié)理發(fā)育,巖體較破碎～較完整,巖芯呈柱狀,塊狀,碎塊狀。

1.4 水文地質(zhì)條件

路基區(qū)位于場(chǎng)區(qū)地勢(shì)低洼處,下部發(fā)育一河流,與魚上水庫(kù)相連,為場(chǎng)區(qū)主要排水通道;由于場(chǎng)區(qū)三面環(huán)山,路基區(qū)匯水面積較大,地表水一部分匯入排水涵洞經(jīng)排水溝排出場(chǎng)區(qū),另一部位于坡面上多呈散流狀向下部溝內(nèi)排泄,見圖2?？辈炱陂g恰逢雨季,坡面上見雨水沖溝,約5L/s,同時(shí)路基下部玉米地內(nèi)見地下水滲出,并存在積水現(xiàn)象。根據(jù)鉆孔水位測(cè)量,滑坡區(qū)地下水埋深1～7.5m。

2 滑坡特征及產(chǎn)生機(jī)理

2.1 滑坡位置及規(guī)模

該滑坡后緣位于已建遵貴擴(kuò)容高速SK82+240～SK82+310右幅左側(cè),距中央隔離帶約0.2m;滑坡前緣位于路線左側(cè)110～150m河流處,河流邊墻已局部鼓脹開裂?；伦髠?cè)邊界位于SK82+207左78m處,右側(cè)邊界位于SK82+327左113m處。根據(jù)對(duì)整個(gè)場(chǎng)區(qū)的地質(zhì)調(diào)繪、鉆探及監(jiān)測(cè)結(jié)果,該滑坡體長(zhǎng)約115m,寬約100m,滑坡面積約10400m2,厚度8 ～ 16m,滑坡體積約12×104m3,根據(jù)《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》的分類標(biāo)準(zhǔn),該滑坡為中型滑坡。

2.2 滑坡變形特征

路段滑坡主滑方向78°?；卵刂骰较蜷L(zhǎng)115m,橫向最大寬度100m,滑坡前后緣高差33m,平面上呈“圈椅狀”,見圖3。

圖3 滑坡變形特征

后緣裂縫位于路基中線右側(cè)0.2m處,縫寬5cm,延伸長(zhǎng)度45m,路面見下沉現(xiàn)象;路基邊緣及填方邊坡上有多處裂縫,左幅路肩沉降錯(cuò)位明顯,最大錯(cuò)臺(tái)高度0.5m,縫寬0.1～0.3m,裂縫深度1.3m;滑坡中部有多條橫向貫通裂縫,尤其中下部最大縫寬20cm,錯(cuò)臺(tái)高度達(dá)0.8m,可見深度1.3m,裂縫延伸長(zhǎng)度達(dá)67m;滑坡前緣位于溪溝河堤處,河堤可見鼓脹變形及傾斜;滑坡兩側(cè)剪切裂縫已基本貫通,其中主滑方向右側(cè)剪切裂縫長(zhǎng)度達(dá)50m,縫寬約5～10cm,局部可見深度約8～15cm。各處裂縫特征見圖3。

根據(jù)滑坡變形特征及變形過程可知,該滑坡為下部坡體滑移后逐漸向后發(fā)展?fàn)恳喜科麦w,最終導(dǎo)致路基失穩(wěn)垮塌,為典型的牽引式滑坡。

2.3 滑坡監(jiān)測(cè)

為查明滑坡的形成機(jī)制,共布置7個(gè)深層位移監(jiān)測(cè)孔及1條拉線式自動(dòng)化監(jiān)測(cè)裝置,見圖1。監(jiān)測(cè)結(jié)果如下:

(1)深部位移監(jiān)測(cè)

a.JCK03監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示滑動(dòng)面埋深16m,7月30日單日位移累計(jì)達(dá)60mm,變形速率快;7月31日測(cè)斜管在15.5m已斷裂,設(shè)備無(wú)法下入,該孔監(jiān)測(cè)工作終止。JCK03深部位移變化曲線圖見圖4。

圖4 JCK03深部位移變化曲線圖

b.JCK02數(shù)據(jù)顯示無(wú)明顯異常,無(wú)滑動(dòng)面跡象。

c.JCK01監(jiān)測(cè)孔深部位移變形主要表現(xiàn)在孔口處。

(2)拉線式位移監(jiān)測(cè):布設(shè)于中央分隔帶上,于2020年7月21日安裝調(diào)試完畢,截止至8月1日,累計(jì)變化26.1mm。

從監(jiān)測(cè)結(jié)果可知,該滑坡后緣外側(cè)暫無(wú)明顯滑動(dòng)跡象,但滑坡仍處于滑動(dòng)狀態(tài)(勘察時(shí)),且變形劇烈,存在加速滑動(dòng)且牽引右幅路基失穩(wěn)的可能。

2.4 滑坡機(jī)理分析

該滑坡的形成主要有以下兩方面的條件(圖5):

圖5 滑坡機(jī)理分析圖

(1)該地形利于蓄水且地下水豐富,同時(shí)坡體覆蓋層較厚,且?guī)r土界面發(fā)育炭質(zhì)泥巖軟弱層,形成了滑坡的基本條件。

(2)持續(xù)性的強(qiáng)降雨造成巖土體的軟化,同時(shí)前緣河道水體漲落影響了坡體的穩(wěn)定性,引發(fā)了坡體滑動(dòng)變形并后退式發(fā)展,最終形成滑坡。

3 滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及處治措施建議

3.1 滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

根據(jù)該滑坡的破壞模式,滑動(dòng)面為土石分界線及炭質(zhì)泥巖夾層,根據(jù)《公路滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG/T 3334—2018)規(guī)定,采用不平衡推力法[5-7]進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果一覽表

通過計(jì)算,正常工況下滑動(dòng)面穩(wěn)定性系數(shù)為1.10～1.11,非正常工況下滑動(dòng)面穩(wěn)定性系數(shù)為0.97～0.98?；掠?jì)算穩(wěn)定性系數(shù)不滿足《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D30—2015)中穩(wěn)定安全系數(shù)的相關(guān)要求,若不及時(shí)采取工程措施處治,在暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)下極易加速滑移。

3.2 處治措施建議

鑒于該滑坡仍處于滑動(dòng)階段,且變形劇烈,為盡快處治該滑坡,避免滑坡繼續(xù)發(fā)展,造成更大損失,處治措施分為臨時(shí)處治措施及永久處治措施兩部分。

(1)臨時(shí)處治措施

a.盡快封閉裂縫并做好臨時(shí)防排水措施,防止水體下滲軟化巖土體及進(jìn)一步降低滑動(dòng)面力學(xué)參數(shù),避免滑坡加劇變形。

b.建議于路基中分帶附近采取鋼管樁等方式進(jìn)行臨時(shí)加固處治,保障右幅路基的穩(wěn)定及通行。

c.加強(qiáng)巡視及監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)預(yù)警、及時(shí)撤離。

(2)永久處治措施

a.建議于左幅路基坡腳設(shè)置抗滑樁進(jìn)行永久支擋,完善場(chǎng)區(qū)防排水系統(tǒng),對(duì)滑坡區(qū)水稻田水改旱處理。

b.滑坡上嚴(yán)禁施工堆載,抗滑樁施工應(yīng)采用機(jī)械成孔,確保安全。施工時(shí)應(yīng)采取跳樁開挖,以免大面積開挖加劇滑坡體失穩(wěn)。開挖后及時(shí)澆筑。

4 結(jié)論

該滑坡為山區(qū)典型濕軟路基滑坡,通過地質(zhì)勘察及監(jiān)測(cè)手段分析了該滑坡的形成機(jī)理,一是該路基段自身具備形成滑坡的有利條件,二是強(qiáng)降雨及河道沖刷等誘發(fā)因素綜合導(dǎo)致形成滑坡?；谠摶聶C(jī)理提出了臨時(shí)排水+鋼管樁進(jìn)行臨時(shí)加固及綜合防排水+抗滑樁進(jìn)行永久支擋的處治措施建議,為該滑坡的治理設(shè)計(jì)提供了準(zhǔn)確的基礎(chǔ)資料支撐。目前該段路基已處治完畢,通過后續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明,該段路基已處于穩(wěn)定狀態(tài),說明建議處治措施合理,可為類似工程提供參考。