广河高速公路K65段滑坡治理工程分析

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  摘要:广东省广河高速公路K65+756~K65+813段右侧路堑边坡雨季出现陡坎、裂缝,有进一步滑动的趋势。通过现场勘察,分析了滑坡的成因、滑面的深度。结合滑坡稳定性分析,反演出了滑面的力学参数。从而有针对的提出滑坡应急抢险措施和加固治理措施,对广东地区类似路堑滑坡的治理提供了有益的经验。
  关键字:路堑滑坡;成因分析;治理
  中图分类号:U448文献标识码: A
  
  0引言
  广东省大部分地区为山地、丘陵,省内高速公路路堑边坡比较多。路堑边坡的稳定性一般受坡形、地层岩性、地质构造、岩土结构等内在因素和水及气候条件、植被、风化作用、人工活动等外部因素的控制或影响。广东地处热带亚热带,气候湿润多雨,常有台风引发强降雨。省内公路常常经过厚层、巨厚层的全强风化燕山期花岗岩、白垩系红色岩系地层。省内路堑边坡由于降雨影响、地层岩性差、人工开挖坡脚使山体出现临空面等原因,常常出现失稳现象,甚至产生滑坡。
  广河高速公路广州段K65+756~K65+813右侧边坡位于广州增城正果镇浪拨村,该边坡在2013年5月份出现病害,坡体范围内出现陡坎、裂缝,有进一步滑动的趋势,若不处理将对广河高速的正常运营产生不利影响。本文通过对K65滑坡的实地勘察,查明了滑坡的工程地质条件,对滑坡采取了抢险措施和永久加固措施,确保了边坡的稳定及广和高速的正常运营。该治理工程对广东地区类似路堑滑坡的治理提供了有益的经验。
  1 滑坡的工程地质条件
  1.1 地形地貌
  该路段地处低缓丘陵,地形起伏较大,为人工开挖一级边坡,边坡地面标高34.0~45.0m,边坡坡面植草皮,草皮情况较好。边坡顶部截水沟附近有薄层混凝土膜覆盖。
  1.2 地质构造
  根据区域地质资料,本边坡所在区域未见大型断裂构造形迹,滑坡所在地块为稳定地块。但其位于两条北北东向断裂之间,边坡内小断裂、小褶皱发育,本段边坡覆盖层较厚,坡体范围内未测得节理裂隙产状。根据临近K66+250~K66+534右侧边坡的地质调绘资料,众多节理裂隙交错,可见岩层间拖曳、揉皱痕迹和大量石英脉充填,结构面产状混乱,导致岩体破碎,风化强烈,完整性差。
  1.3 地层岩性
  根据钻探资料及结合野外地质调查,该路段坡体范围覆盖层主要为坡残积粉质粘土及全~强风化粉砂岩。各岩土层分述如下:①粉质粘土(Qdl):紫红色夹黄褐色,湿,可塑,土质不均,粘性一般,含较多碎块。坡积成因。全场地分布,厚度1.50~2.00m。②粉质粘土(Qel):浅黄色,湿,可塑,手捏砂感较强,遇水易软化,局部钻进时漏水。残积成因。局部分布,厚度1.50~3.00m。③粉质粘土(Qel):黄色,稍湿,硬塑,土质不均,砂感强,母岩结构局部可辨。局部含较多石英颗粒。残积成因。全场地分布,厚度4.60~11.10m。④全风化泥质粉砂岩(D3m):灰黄色,岩石风化完全,母岩结构尚可辨认,岩芯呈坚硬土状,湿水易软化,用手易捏散。局部分布,厚度为10.40m。⑤强风化粉砂岩(D3m):黄色,灰黄色,岩石风化强烈,岩芯呈半岩半土状,手掰易散,饱水易软化,母岩结构清晰。局部呈碎块状。全场地分布,最大揭示厚度为17.50m。
  1.4 水文地质条件
  区内气候温和,雨量充沛,坡体范围内地下水主要类型为覆盖层潜水及基岩裂隙水,勘探期间在勘探深度范围内地下水埋深变化较大,测得路床位置的稳定水位埋深4.70m,标高为31.05m;坡体稳定水位埋深5.0~7.0m,标高为39.82~44.53m。地下水受大气降雨补给为主,以侧向径流向边坡外谷地排泄;在雨季,降水多以坡面冲刷流为主,部分沿坡面下渗流进坡体。
  勘察期间地下水位标高一般小于高速公路路面标高,且位于推测滑动面之下,根据广河高速初勘及详勘阶段水质分析成果,地表水及地下水对砼无腐蚀性。
  2 滑坡体形态
  该滑坡平面位置相应高速公路设计桩号为K65+756~K65+813右17.5m~右38.0m,滑动方向约北西300°,近垂直于广河高速走向,沿滑动方向滑动面整体大致呈弧状或弓状,滑体存在3条明显裂缝,1号裂缝为滑坡后缘,与边坡截水沟大致平兴,最远距离轴线右侧约38m,高程约134~135m,坡脚与路面右侧排水沟大致平兴,距路面右侧排水沟约0.5~1.0m,高程约134m,滑坡最大高差约11m。滑坡坡脚在排水沟附近原地面隆起0.30~0.50m,顺主滑方向长约20m,滑坡最大厚度约5m。根据已圈定的滑体范围及滑体平均厚度估算塌滑体体积约为3000m3,为小型滑坡。根据地质调绘成果,3条主要裂缝依次描述如下:
  1號裂缝:接近截水沟位置,先期已处理过,用混凝土层覆盖,现再次错动、沉降,与混凝土板错动高差约10cm,裂缝深度约0.6~0.8m,呈楔形状。裂缝之中见砂包等充填物。
  2号裂缝:距离截水沟月2~3m,小里程裂缝宽度较小,约4~6cm,往大里程方向逐渐扩大,最宽约0.4~0.6m,错动高差局部达0.7m,裂缝深度局部大于1.0m。
  3号裂缝:伴生崩塌现象。
  
  图1滑坡后缘形态
  3 滑坡成因分析及滑面分析
  3.1滑坡成因分析
  滑坡的形成、发生是由自然和人为两种因素引起的。地形地貌、地层岩性以及地下水发育是其滑动的自然因素,坡体前缘建设高速公路时开挖坡脚是诱发滑动的人为因素。现就其成因叙述如下:
  1)地质
  本边坡地层主要由残积土层,全、强风化泥质粉砂岩,钻孔揭露残积土层厚度较大,软硬相间。上部滑坡体范围内坡残积层较松散,层间胶结差,易渗水,利于地表水向下渗透,下部滑床范围残积土层呈硬塑状,相对隔水,雨水易通过渗在相对隔水层积聚,从而形成顺向不利软弱带或软弱面,使其具备了滑动的物质条件。
  2)水的影响
  连续降雨是滑坡产生的直接诱因。2013年4~5月该地区的降雨频率及强度比以往都强,坡体以上出露较厚松散粉质粘土层,有利于大气降雨下渗,导致降雨沿节理裂隙渗入坡体,软硬土层接触带的不透水性及持水性,易形成软弱滑动带。下渗地下水,起到润滑、软化作用,使滑动带抗滑减小,岩体沿倾向坡外的结构面很容易产生滑动,是边坡失稳的重要原因。
  根据野外地质调查,边坡所在位置为山脊地形,边坡两侧均为沟谷,边坡开口线外30m左右有一人工水排水沟,坡体以上汇水面积不大。边坡水主要来自坡面大气降水下渗及地下水。
  3)人的工程活动影响
  高速公路施工开挖坡脚,切断岩层层面,岩层失去支撑力,坡体因临空面卸荷进行应力调整,促使坡体向临空面变形松弛,降低坡体的稳定性。
  3.2滑面分析
  根据补充勘察资料,结合边坡现状踏勘调查,进行了滑动面的位置分析,设计认为本边坡存在深层滑面及浅层滑面,如图2所示:
  
  图2K65滑坡滑面示意图
  1)深层滑面:
  据现场踏勘情况,最远裂缝揭露于堑顶截水沟附近;根据勘察资料,距离坡面4.0~5.0m位置钻进漏水,这一深度多为残积土可塑层与硬塑层交界,层间胶结松散,物理性质较差;坡脚排水沟可见局部错动挤出;路面未见有变形现象。深层滑面从堑顶截水沟附近最远裂缝开始,主滑段距离坡面约4.0~5.0m,滑面呈圆弧滑动,滑面较陡,于坡脚排水沟处切出。
  2)浅层滑面:
  根据现场踏勘情况,最高断面坡高5m左右可见多道裂缝,局部出现小型崩塌错动,表层坡积土层厚1.50~2.00m,结构松散。浅层滑面从坡高5m左右开始,主滑段距离坡面1.5~2.0m左右,滑面呈圆弧滑动,滑面较缓,于坡脚排水沟处切出。
  4 滑坡治理设计
  4.1应急抢险措施
  1、已有裂缝先采用彩条布遮盖,后采用三合土充填封闭。
  2、K65+760~K95+810段在碎落台堆载反压:
  1)反压体高2.0m,顶宽4.0m,反压体面坡坡率1:1.50。
  2)反压体采用石粉堆填,石粉需分层碾压,每50cm碾压一层,压实度大于90%。
  3)反压体表面采用5cm厚喷射C20混凝土封闭。
  4.2滑面参数确定
  4.21主滑面计算
  考虑坡体在现有工程有效的情况下,深层滑面边坡整体(滑面从开挖坡脚处剪出,滑塌范围考虑到最远的拉裂缝)稳定系数为0.95(见图3),反算滑面参数,考虑到坡体富水影响,滑坡滑体饱水重度γ=20KN/m3。反算得出设计取值如下:
  粘聚力C=10.00 kPa内摩擦角φ=16.00°
  根据主滑段C、φ值,以坡体安全系数1.2计算,得到主滑面下滑力为117.40KN/m。
  
  图3K65滑坡主滑面示意图
  4.22推测冒顶滑面计算
  由于现坡脚反压后,反压体上方坡脚有拱出及地下水冒出现象,考虑可能存在浅层滑面从反压体以上切出(见图4)。在此使用以上主滑面反算参数粘聚力C=10.00 kPa ,内摩擦角φ=16.00°,滑体饱水重度γ=20KN/m3,计算得推测冒顶滑动面安全系数为1.212,满足规范要求。以此为设计依据,设置挡土墙路基面以上高度为2m。
  
  图4K65滑坡推测冒顶滑动面示意图
  4.23临时开挖滑面计算
  考虑坡脚设置挡墙,其基础埋深为2.5m(滑面以下1.5m),施工时开挖临时边坡(见图5)。在此使用以上主滑面反算参数粘聚力C=10.00 kPa ,内摩擦角φ=16.00°,滑体饱水重度γ=20KN/m3,以临时边坡安全系数1.10计算,得到臨时开挖滑面的下滑力为74.37KN/m,以此为设计依据,坡面采用锚杆格梁加固,保证临时开挖时基本稳定。以永久边坡安全系数1.20计算,锚杆加固后,临时开挖滑面剩余下滑力为53.78KN/m,以此为依据设计挡土墙。
  
  图5K65滑坡临时开挖滑面示意图
  4.3加固工程设计
  4.31挡土墙计算
  本工程拟采用挡土墙加固,设计挡土墙高度4.5m,墙顶宽度1.0m,墙底投影宽度1.68m,截面积5.92m2,材料采用C20片石混凝土,砌体容重25.00kN/m3,基础地基(粉质粘土)取摩擦系数0.30,墙后土内摩擦角22°,墙后填土粘聚力20.00kPa,墙后填土容重20.00kN/m3 ,取滑面剩余下滑力53.78 kN/m,作用方向水平。根据勘察实验资料,基础粉质粘土的承载力值250kPa。计算得到:挡墙的抗滑动系数Kc=1.545≥1.300,抗滑动系数=1.712≥1.500,作用于基底的最大压应力Pmax≤1.2*250=300kpa。因此挡土墙设计满足规范要求。
  4.32加固治理措施
  1)边坡K65+760~K65+808段设置挡土墙,挡墙分A型、B型和C型,形式均采用仰斜式,挡墙材料均采用C20片石混凝土砌筑。(见图6)
  
  图6K65滑坡治理工程设计断面示意图
  其中K65+770~K65+794段设置A型挡土墙,墙高4.5m(含基础),基础埋深2.5m,墙顶宽度1.0m,墙底宽1.84m,面坡坡率1:0.40,背坡斜率1:0.30,墙面适当位置设置PVC排水管。
  其中K65+760~K65+770和K65+794~K65+808段设置B型挡土墙,墙高4.0m(含基础),基础埋深2.0m,墙顶宽度0.8m,墙底宽1.50m,面坡坡率1:0.40,背坡斜率1:0.30,墙面适当位置设置PVC排水管。
  其中K65+756~K65+760和K65+808~K65+813段设置C型挡土墙,墙高2.5m(含基础),基础埋深0.5m,墙顶宽度0.8m,墙底宽1.27m,面坡坡率1:0.40,背坡坡率1:0.30,墙面适当位置设置PVC排水管。
  2)K65+770~K65+794段A型挡墙墙顶以上坡面采用锚杆格梁加固,共设置锚杆3排,锚杆采用φ32钢筋,长度为11.5m,水平间距3m,框梁尺寸30cm×40cm。
  3)重砌因挡墙开挖而破坏的排水沟,排水沟以下设置排水盲沟,盲沟尺寸40cm×40cm。
  4)对现有裂缝采用粘土充填封闭。
  5)为防止挡墙开挖临时边坡破坏路面,在临时基坑靠近路基侧设置一排4~6m深拉森3型钢板桩作临时支撑。
  6)施工时,应先于现有反压体上完成锚杆施工,再清除反压体,完成挡墙施工。挡墙施工需从边坡两侧向中间跳槽开挖。建议挡墙开挖和施工时间安排在旱季,以保证工程安全。
  5 结论
  1)通过对广州至河源高速公路广州段K65+756~K65+813右侧滑坡的现场勘察,查明了滑坡的工程地质条件,深入分析了滑坡产生的原因,推测了滑坡浅层滑面和深层滑面。
  2)根据勘察试验数据和滑坡稳定性分析反演出主滑面力学参数,而后利用主滑面力学参数对推测冒顶滑面、临时开挖滑面进行计算,分析滑坡稳定性,指导加固措施设计。
  3)综合考虑安全、经济、便于施工等因素,决定采用挡土墙治理该滑坡,通过各个可能滑面的稳定性计算确定了挡墙的参数。共设计了A型、B型和C型三类挡土墙,有效的治理了K65滑坡。该治理工程对广东地区类似路堑滑坡的治理提供了有益的经验。
  参考文献:
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