建筑技術(shù)丨蒙屏高速K36+716~K36+875段滑坡成因機(jī)制與穩(wěn)定性研究

滑坡是我國(guó)最為常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害之一。在西南地形復(fù)雜山區(qū)，由于在修建高速公路過(guò)程中開(kāi)挖路塹或修筑路堤，改變了斜坡巖土體的原始應(yīng)力狀態(tài)，再加上降雨充沛等誘發(fā)條件，極有可能在施工時(shí)或結(jié)束后產(chǎn)生滑坡，不僅影響施工進(jìn)度，還有可能造成嚴(yán)重交通事故。因此，對(duì)公路滑坡的成因機(jī)制與穩(wěn)定性進(jìn)行分析是修建過(guò)程中的重中之重。紅河州蒙自至屏邊高速公路位于云南省東南部紅河州境內(nèi)，全長(zhǎng)40.425?km。蒙屏高速K36+716~K36+875段右側(cè)為一斜坡，斜坡坡向約273°，斜坡坡度約35°，擬建高速公路由北向南從斜坡中部穿過(guò)。2018年3月在開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后邊坡出現(xiàn)滑移變形破壞，該邊坡頂面四周和坡頂120?m處的彈石路形成一條貫通裂縫，彈石路明顯下沉20?cm并形成寬約30?cm的裂縫。本文以該滑坡為研究對(duì)象，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查等方式確定滑坡的形態(tài)特征與成因機(jī)制，采用剛體極限平衡法對(duì)不同工況滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并提出治理意見(jiàn)。1、滑坡的基本特征1.1地形地貌本滑坡區(qū)屬構(gòu)造侵蝕剝蝕低山斜坡地貌，由于公路修建需要，對(duì)斜坡進(jìn)行挖方，形成人工挖方邊坡，邊坡最大高度為22?m，采用分階放坡開(kāi)挖形成二級(jí)平臺(tái)，邊坡坡角約33°，坡向86°，邊坡坡頂為自然斜坡，該斜坡上陡下緩，坡角20~30°，地形總體趨勢(shì)呈西高東低，起伏較大。1.2地層巖性該段滑坡坡體主要為第四系全新統(tǒng)崩坡積（Q4col+dl）塊石土、碎石土、殘坡積粉質(zhì)粘土（Q4el+dl），土層厚3.5~19.8?m，下伏基巖主要為震旦系屏邊群（Zpn）板巖。因基巖地層埋深較深，對(duì)滑坡的形成不構(gòu)成影響，故判斷滑坡為土質(zhì)滑坡，滑坡主要發(fā)生于巖土界面位置，滑體以崩坡積土層為主，滑面為巖土界面，滑床為下伏基巖。1.3形態(tài)特征滑坡前緣剪出口位于邊坡開(kāi)挖邊坡坡腳位置，高程約1.110?m；滑坡左右側(cè)以變形體及裂縫范圍為界，滑坡后緣以變形裂縫為界，后緣高程1?175~1?185?m?；禄瑒?dòng)方向約86°，橫向長(zhǎng)139?m，縱向長(zhǎng)474?m，滑坡體厚7~13?m，滑坡體體積約18×104?m3（圖1）。該滑坡屬中層中型土質(zhì)滑坡滑，滑坡體平面形態(tài)整體呈圈椅狀。圖1滑坡全貌照片2、滑坡成因機(jī)制2.1變形特征根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和訪問(wèn)，該滑坡區(qū)多處發(fā)育裂縫，其展布情況如圖2所示。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，該邊坡開(kāi)裂變形還在繼續(xù)發(fā)展，且大裂縫范圍內(nèi)的不穩(wěn)定土體形成了多道平行于路線方向的裂縫，邊坡坡面處的裂縫有地下水滲出?；轮饕冃翁卣魅缦隆D2滑坡裂縫展布示意（1）裂縫4：拉張裂縫，位于滑坡前緣，人工邊坡頂部截排水溝附近，裂縫寬5~10?cm，長(zhǎng)約58?m，走向約162°。（2）裂縫6：拉張裂縫，位于滑坡中部，裂縫寬2~5?cm，長(zhǎng)約46?m，走向約27°。（3）裂縫7：上部土體滑移引起的剪切裂縫，位于滑坡右側(cè)邊界，裂縫寬3~5?cm，長(zhǎng)約30?m，走向約82°。（4）裂縫8：拉張裂縫，位于滑坡后緣，裂縫寬5~10?cm，形成錯(cuò)臺(tái)高差約20?cm，長(zhǎng)約55?m，走向約160°，滑坡外側(cè)土體下錯(cuò)。（5）裂縫10：拉剪裂縫，位于滑坡后緣~中部右側(cè)邊界，裂縫寬2~5?cm，長(zhǎng)約70?m，走向約124°。（6）裂縫LF14：拉張裂縫，位于滑坡后緣，裂縫寬2~3?cm，長(zhǎng)約27m，走向約151°。2.2滑坡變形影響因素2.2.1物質(zhì)組成斜坡體上物質(zhì)以崩坡積塊石土、碎石土及殘破積粉質(zhì)粘土層為主，厚度較厚，給滑坡體形成提供了物質(zhì)條件?；w物質(zhì)孔隙比較高，上部土層塊石及碎石較多，滲透性較好且平均厚度較厚，地表水易入滲，易受地表降雨影響，深入下部軟弱層面間，會(huì)降低潛在滑面抗剪強(qiáng)度。2.2.2坡體結(jié)構(gòu)斜坡體整體坡度角較大，地形整體呈前緩后陡，使滑坡后緣滑體產(chǎn)生大量下滑力，推動(dòng)滑坡體滑移。底部頁(yè)巖為相對(duì)隔水層，地表水下滲遇相對(duì)隔水層，聚集在巖土界面附近形成飽水帶，會(huì)降低土體抗剪強(qiáng)度。2.2.3降雨滑坡區(qū)屬低緯度亞熱帶氣候區(qū)，屬低緯亞熱帶濕潤(rùn)山地季風(fēng)氣候類型，年平均降水量1?638.6?mm，滑坡區(qū)雨水充沛，降雨量大?；轮胁亢颓熬壍匦屋^平緩，形成了面積較大的匯水區(qū)，匯水面積約0.14?k㎡，地表為果園，土質(zhì)松軟且多孔隙，降雨入滲迅速，加之無(wú)地表截排水系統(tǒng)，地表徑流排泄條件不佳，導(dǎo)致雨水滯留于滑坡區(qū)，使斜坡土體處飽和狀態(tài)，不但增大滑體土重度，且使斜坡巖土體軟化，降低其抗剪強(qiáng)度；地下水沿潛在滑動(dòng)面運(yùn)移又會(huì)產(chǎn)生向坡外的水平滲透壓力，引起斜坡土體沿軟弱面滑移變形破壞。2.2.4工程活動(dòng)修建公路時(shí)進(jìn)行路基和邊坡開(kāi)挖形成了臨空面，給滑坡形成提供了滑動(dòng)的空間，場(chǎng)地開(kāi)挖破壞山體的應(yīng)力穩(wěn)定平衡狀態(tài)，巖土體失去原有的平衡條件，在坡頂易形成卸荷裂隙，這是本滑坡最主要誘發(fā)因素之一。滑坡區(qū)域頂部有大量耕地，耕種活動(dòng)破壞地表排水體系，不利于邊坡地表水從滑坡區(qū)排出，造成地表水下滲，對(duì)邊坡穩(wěn)定性有一定影響。2.3成因分析根據(jù)變形特征分析，滑坡體中-前緣發(fā)育多組基本平行于邊坡的張拉裂隙和基本平行于滑動(dòng)方向的剪切裂縫，滑坡體后緣變形較嚴(yán)重，地面出現(xiàn)大量貫通性拉裂縫，滑坡左右兩側(cè)出現(xiàn)大量剪切裂縫，其原因?yàn)殚_(kāi)挖卸荷，導(dǎo)致前緣臨空，在降雨條件下，雨水進(jìn)入土體，使滑體土重度增大、強(qiáng)度降低，當(dāng)抗滑力小于下滑力時(shí)，滑坡體前段發(fā)生滑動(dòng)變形，牽引后部滑體滑動(dòng)，故滑坡主要屬于牽引式主導(dǎo)滑坡，判定邊坡處于滑動(dòng)階段。3、滑坡穩(wěn)定性分析為進(jìn)一步定量評(píng)價(jià)滑坡的穩(wěn)定性狀態(tài)，選擇平行于滑坡主滑方向的典型剖面4-4與5-5（圖3）進(jìn)行穩(wěn)定性分析。（a）（b）圖3滑坡典型剖面示意（a）4-4剖面；（b）5-5剖面3.1穩(wěn)定性計(jì)算方法滑面形態(tài)呈折線形，根據(jù)JTGD30—2015《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》，采用基于極限平衡理論的傳遞系數(shù)法對(duì)該滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行定量分析計(jì)算。計(jì)算公式如下：式中：Fs為穩(wěn)定安全系數(shù)；Wi為第i條塊重量；αi為第i條塊滑面傾角；φi為第i條塊內(nèi)摩擦角；Ci為第i條塊內(nèi)聚力；Li為第i條塊滑面長(zhǎng)度；ψj=cos（αi-1–αi）–sin（αi-1–αi）tanφi，ψj為傳遞系數(shù)；Rn=Wncosαntanφi+CnLn；Tn=Wnsinαn?；峦屏τ?jì)算公式如下：式中：Ei為第i條塊剩余下滑力；Ks為抗滑安全系數(shù)，其余參數(shù)同前。根據(jù)室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果，并對(duì)各參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，滑坡各巖土體主要的物理力學(xué)參數(shù)建議取值見(jiàn)表1。表1滑坡土體物理力學(xué)參數(shù)由于滑坡地處西南山區(qū)，降雨充沛，持續(xù)的降雨會(huì)使滑體和滑帶飽水增重并弱化其抗剪強(qiáng)度，因此考慮2種工況：（1）正常工況：自重+天然狀態(tài)；（2）非正常工況：自重+強(qiáng)降雨（連續(xù)降雨）狀態(tài)。3.2計(jì)算結(jié)果不同縱剖面的穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。根據(jù)GB/T

32864—2016《滑坡防治工程勘察規(guī)范》：當(dāng)穩(wěn)定系數(shù)K<1.0為不穩(wěn)定狀態(tài)；1.0≤K<1.05為欠穩(wěn)定狀態(tài)；1.05≤K<Fst為基本穩(wěn)定狀態(tài)；k≥Fst為穩(wěn)定狀態(tài)。表2滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果計(jì)算結(jié)果表明，滑坡體在正常工況處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，非正常工況下處于不穩(wěn)定~欠穩(wěn)定狀態(tài)。計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查實(shí)際變形情況基本一致。定性與定量評(píng)價(jià)結(jié)果表明，滑坡在天然工況條件下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但在雨季特別是久雨后滑坡穩(wěn)定性大大降低，滑坡體處于不穩(wěn)定～欠穩(wěn)定狀態(tài)。4、滑坡治理4.1治理方案4.1.1圓形抗滑樁+方形抗滑樁K36+700~K36+778右側(cè)邊坡坡腳上設(shè)置1排共17根圓形接方形抗滑樁，圓形部分抗滑樁直徑2.2?m，長(zhǎng)13?m；方形部分尺寸為2.4?m×2.4?m，長(zhǎng)8?m；樁距5.5?m。K36+778~K36+836右側(cè)邊坡坡腳上設(shè)置1排共7根圓形接方形抗滑樁，圓形部分抗滑樁樁身直徑2.2?m，長(zhǎng)15?m；方形部分尺寸為2.4?m×2.4?m，長(zhǎng)6?m；樁距5.5?m。K36+836~K36+853右側(cè)邊坡坡腳上設(shè)置1排共5根圓形接方形抗滑樁，圓形部分抗滑樁樁身直徑2.2?m，長(zhǎng)10?m；方形部分尺寸為2.4?m×2.4?m，長(zhǎng)6?m；樁距7?m。所有方樁后掛均擋土板，樁頂以上邊坡三維網(wǎng)植草防護(hù)（圖4a）。4.1.2圓形抗滑樁+樁頂連系梁（擋墻）K36+700~K36+778右側(cè)一級(jí)平臺(tái)上設(shè)置1排共17根圓形抗滑樁+樁頂連系梁，樁身直徑2.2?m，樁長(zhǎng)21?m；樁頂采用2.4×0.5?m尺寸連系梁；樁距5.5?m。K36+778~K36+836右側(cè)邊坡坡腳上設(shè)置1排共7根圓形抗滑樁+樁頂擋墻，樁身直徑2.2?m，樁長(zhǎng)17?m；樁頂采用6?m高C20片石混凝土擋墻；樁距5.5?m。K36+836~K36+853右側(cè)邊坡坡腳上設(shè)置1排共7根圓形抗滑樁+樁頂擋墻，樁身直徑2.2?m，樁長(zhǎng)10?m；樁頂采用6?m高C20片石混凝土擋墻；樁距7?m。一級(jí)邊坡采用錨桿框格梁植草，二級(jí)邊坡采用三維網(wǎng)植草（圖4b）。（a）（b）圖4滑坡治理方案斷面（a）方案一；（b）方案二4.2方案比選方案一的優(yōu)點(diǎn)是圓形抗滑樁施工方便，安全性較好且樁板墻方案可在坡腳種植爬藤，景觀效果好。缺點(diǎn)是土體開(kāi)挖和回填較多。施工造價(jià)約615.69萬(wàn)元。加固后滑坡安全系數(shù)為1.246。方案二的優(yōu)點(diǎn)是主線段抗滑樁位于一級(jí)平臺(tái)上，無(wú)需開(kāi)挖土方即可施工。缺點(diǎn)是加固、支擋和防護(hù)方案過(guò)多，施工程序繁瑣，景觀也較差。施工造價(jià)約為628.59萬(wàn)元。加固后滑坡安全系數(shù)為1.231。由于滑坡前期已施工了應(yīng)急處治工程，包括坡腳反壓臨時(shí)加固，具備大型機(jī)械進(jìn)場(chǎng)條件，故考慮采用圓形抗滑樁加固。抗滑樁安全可靠，施工工藝較簡(jiǎn)單，且其安全性大于混凝土擋墻，綜合考慮施工方便性、景觀綠化需求和經(jīng)濟(jì)性，推薦采用圓形抗滑樁+方形抗滑樁+擋土板+三維網(wǎng)植草加固方案。同時(shí)在滑坡周界外5m處設(shè)置截水溝，對(duì)裂縫采用回填