绵阳—遂宁高速公路石麻湾大桥段滑坡变形分析

余 鑫，李天斌，任 洋，郭 勇，陈国庆

(成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室，四川成都 610059)

1 工程概况

绵阳—遂宁高速公路石麻湾大桥全长270 m，起讫里程K66+580—K66+850。该段原设计采用全幅高填方路基通过，填筑过程中路基出现大幅度开裂，后于2010年2月4日经过补充详细勘察，同时为节省工程规模，最终此段采用半路半桥方案，左幅填筑路基右幅修建高架桥，左幅填筑路基采用路肩挡墙支护。

自2011年12月开始，左右两幅路面均出现了裂缝，挡墙与左幅路面开裂，裂缝最宽约4 cm。桥台中央裂缝位于桥台至第1跨之间，裂缝长度12～13 m，宽约3 cm。为了防止左幅路基和挡墙继续往临空面移动，威胁桥梁，于2012年4月对变形挡墙采用了2排预应力锚索进行加固。桥下第3跨的覆盖层出现开裂，这条裂缝在监测初期产生，在2012年雨季期间(8～10月)，有变形加大的趋势，最大位移量可达20 cm，裂缝外侧(靠临空侧)的沉降明显大于靠山侧。调查研究表明此处为一老滑坡，汶川大地震时曾滑动过。

该处滑坡滑体自东向西滑动，南北长400 m，东西宽约360 m，面积约14 hm2，总体上东窄西宽，平面呈簸箕形，后缘位于左幅填筑路基和右幅大桥之间，前缘在明台电站库区内，对大桥的安全产生巨大的影响。滑坡表面地形起伏，为山地斜坡地貌，坡角15°～25°，局部地段＞30°，滑体后缘可见滑坡壁，滑壁上滑动擦痕明显，山坡后缘拉张裂隙明显，前缘未见明显的鼓隆现象。滑动面在第四系覆盖层内，呈圆弧形，倾角一般在10°～20°，后缘很陡，滑面倾角较小，前缘相对较缓。滑坡全貌如图1所示。

图1 滑坡全貌

滑坡区为丘陵斜坡地貌，路基后缘基岩出露，中部为自然斜坡地貌。路基区内相对高差41.0～50.0 m，地面平均坡度15°～25°。基岩以白垩系下统苍溪组(K1c)紫红色粉砂质泥岩为主，岩层产状平缓，为N30°～60°W∠1°～3°，夹粉砂岩薄层或透镜体。松散堆积层主要为第四系全新统(Q4)冲积堆积的褐黄色粉质黏土、淤泥质粉质黏土，砾石夹粉质黏土。属亚热带季风气候，气候温和，雨量充沛。年降水量一般800～1 400 mm，年、季、月降水量分配不均。

为了预警突变灾害并验证增加锚索后的挡墙支护结构的效果，对绵遂高速公路通车后车辆动载、环境等因素对石麻湾大桥段滑坡稳定状态的影响进行了实时监测。监测结果可为该区段的后期动态优化设计提供依据。

2 滑坡监测方案

桥头段附近裂缝较多，危及绵遂高速公路石麻湾大桥的正常使用，因此针对高速公路大桥段桥头部位滑坡进行详细监测，以深部位移监测为主，结合地表位移监测和降雨量监测，并进行及时的现场巡视调查，分析滑坡的变形发展趋势。

经过反复论证，本工程总共布置了1套雨量监测系统、4个深部位移监测孔(钻孔信息见表1)、2组地表位移监测系统(一组为左幅挡墙顶部的8#，10#，12#，主要监测挡墙的位移情况;另一组为右幅桥面左侧15#，17#，19#，主要监测大桥的位移情况)，监测点布置如图2所示。

表1 测斜孔情况

图2 监测点布置

雨量监测从2012年8月20日开始，频率为1次/d;深部位移和地表位移监测从2012年4月开始，频率为1次/3 d。监测后期根据监测数据的变化情况对监测频率进行灵活调整，遇到降雨等特殊情况监测密度提高为1次/d，监测工作截止于2012年11月。

3 监测结果分析

3.1 雨量监测结果分析

图3 滑坡区日降雨量随时间分布

图3为滑坡区2012年8月20日至10月13日的日降雨量随时间分布图。从图中可见，进入8月下旬后，降雨次数明显增多，雨量增强，8月最大降雨量为8月31日的50.2 mm。在9月10日发生了一次强降雨，降雨量为177.9 mm，小时最大降雨量为57.2 mm。9月中、下旬到10月上旬降雨绵绵不断，最大降雨量为9月16日的15.0 mm，10月中旬以后降雨明显减少。

由于8～10月为雨季，降雨量充沛，使滑坡产生蠕变变形，其中9月10日的强降雨直接使桥台和路基结合处产生滑塌，造成测斜管被埋，左幅挡墙和桥面距离变宽了1.6 cm，并使路肩边坡有6处小规模垮塌。降雨对该处的地表水、地下水进行补给，使坡体内地下水量剧增，引起滑坡的滑动。

3.2 滑坡深部位移监测结果分析

深部位移监测的位移量随时间不断增加。1#孔于8月28日变形过大在滑动面处剪断，2#孔和3#孔于10月10日被人为破坏，4#孔于10月3日在滑面处被剪断破坏。根据深部位移监测数据并结合勘察资料，做出K66+600处的断面图，如图4所示。

1#孔布设于桥台往小里程方向14 m的坡脚处，1#孔孔深—累计位移量曲线如图5所示，图中给出了深部位移监测孔累计位移变化，负值表示向临空面方向移动，以下均采用数据的绝对值进行分析。可见，8月23日监测的孔口位移最大为26.84 mm，在33.5 m处形成了较明显的滑动面，位移量为20.07 mm。离地表越近位移量越大，这表明滑坡在沿33.5 m滑面滑动时上覆土体变形比滑面处还要大，滑体趋于不稳定状态。在9.5～12.5 m之间，图形呈“凹”型，该区间的累计位移量明显比其他部位的小，这是因为该测斜孔处在高速公路右幅的机耕道上，刚好有个大石头挡住了测斜管，使累计位移量基本不变。

图4 K66+600处路基滑坡勘察地质横断面

图5 1#孔孔深—累计位移量曲线

2#孔布设于桥台旁往大里程方向6 m处，其孔深—累计位移量曲线见图6。可见，孔口位移最大为10月3日的29.85 mm，在23.5 m处形成了较明显的滑动面，最大累计位移量为31.12 mm。对于9月10日的强降雨，2#孔的位移响应情况明显比其他3孔要强烈。对比分析9月10日与9月11日的数据，孔口到23.5 m之间的覆盖土移动了1.1 mm左右。可见，降雨导致滑坡蠕动变形，且变形最大的部位就在2#孔处，也就是桥台附近，应对该部位进行防治。

3#孔布设于桥台往大里程方向30 m处，在1号桥墩附近，其孔深—累计位移量曲线见图7。可见，10月3日监测孔口位移最大为31.94 mm，在22.5 m处形成了较明显的滑动面，累计位移量为38.30 mm。表明1号桥墩已经受到滑坡的影响，这将会对大桥产生安全隐患。

图6 2#孔孔深—累计位移量曲线

图7 3#孔孔深—累计位移量曲线

4#孔布设于垂直于2#孔往临空面方向25 m处，在村民家后院的田地里，其孔深—累计位移量曲线见图8。可见，该孔是4个测斜孔中位移变化最大的。孔口位移最大为50.45 mm，在29.0 m处形成了较明显的滑动面，位移量为47.66 mm。4#孔和1#孔在该滑坡的同一个横断面上，两孔的位移具有一致性，由于离大桥较远，不受桥的限制约束，因此4#孔比1#孔的累计位移量大。

图8 4#孔孔深—累计位移量曲线

3.3 滑坡地表位移监测结果分析

地表位移监测从4月开始，经历了旱季和雨季，8#，10#，12#测点累计变形量时程曲线见图9，图中负值表示监测点向临空面方向移动。

图9 8#，10#，12#测点累计变形量时程曲线

由图9可见，8#测点的累计位移量在 －19.0～10.0 mm之间波动，10月26日为－12.0 mm;10#测点的累计位移量在－14.0～15.0 mm之间波动，10月26日为 －5.0 mm;12#测点的累计位移量在 －11.0～8.0 mm之间波动，10月26日为 －7.0 mm。总体而言，3个监测点的变形量不大且变形趋势一致。该部位左幅挡墙顶部基本上没有位移，9月10日的强降雨对其也没产生太大的影响，说明加了2排锚索的抗滑挡墙已趋于稳定，对滑坡起到一定的防治作用。

图10 15#，17#，19#测点累计变形量时程曲线

图10为15#，17#，19#测点累计变形时程曲线。可见，15#测点的累计位移量呈递增趋势，从4月19日的－9.0 mm增加到10月26日的－64.0 mm;17#测点的累计位移量也呈递增趋势，从4月19日的17.0 mm增加到10月26日的－39.0 mm;19#测点的累计位移量比较小，在－17.0～0 mm之间波动，最新累计位移量数据为－1.0 mm。总体而言，15#和17#测点的变化趋势一致，累计位移量递增，19#测点几乎没有移动。该部位右幅桥面一直缓慢移动处于不稳定状态，且离桥台近的变形量大于离桥台远的，这也说明桥台处在滑坡最不安全的位置。结合降雨情况分析，在雨季监测点的位移量明显增加，尤其是9月10日的强降雨，直接使 15#测点移动了 1.6 mm，使 17#测点移动了1.2 mm。

3.4 监测结果分析

综合以上3种监测结果分析可见，受9月11日强降雨影响，在1 d内2#孔向临空面移动大约1.1 mm，15#测点向临空面移动1.6 mm，17#测点向临空面移动1.2 mm。这说明这3个点是坡体中最不稳定的测点，强降雨直接导致其向临空面移动，必须对这3点所在部位进行治理。该滑坡属于降雨型滑坡，受降雨影响较严重，滑坡周边地下水丰富更加危害了滑坡的稳定性。大强度的降雨，一部分雨水形成坡面径流，导致水土流失，边坡表面遭到严重破坏，从而使地表位移加剧;另一部分雨水渗入到坡体中，加大了坡体重量，提升了地下水位，使抗剪强度下降，滑坡失稳，从而在深部位移监测孔中表现为滑面土体产生移动。

4 变形机制分析及处理措施

4.1 滑坡变形机制分析

结合该段工程地质条件，综合分析认为，绵遂高速公路大桥段路面出现开裂和变形主要是其下部覆盖土层产生蠕滑—拉裂变形，进而导致其后部桥梁的桥台、桥墩和挡墙产生移动，以下几方面的因素控制或诱发了土层的滑移变形。

1)基覆界面控制着覆盖土层的滑移

大桥段地质结构:上部为填体及覆盖层，下部为泥岩和砂岩。填体及覆盖层较厚，20～30 m不等，填体物质成分为碎石土，厚度约5 m，覆盖层的物质成分主要为黏土，下部泥岩风化较严重，形成隔水层。基岩与覆盖层之间的接触界面在长期地下水浸泡和软化下易形成软弱层，从而成为控制坡体滑移变形的滑动面。该路段建设初期坡体就产生过滑坡。目前的深孔位移监测表明，路基下部的覆盖层沿基覆界面有明显的滑移变形。

2)地下水是导致坡体变形破坏的重要诱发因素

该处地形呈环形，容易汇集地下水，加之该处基岩缓倾坡外，基岩裂隙水较丰富，基岩层面是地下水汇集和流通的重要通道;在测斜孔内也可见地下水，特别是雨季8～10月，地下水位明显升高，较旱季水位上升约2～3 m，雨季孔内地下水深度约5～6 m。由此说明雨季雨水下渗明显，形成大量的地下水。这些地下水长期作用于坡体基覆界面附近的软弱层，使黏土层、泥岩逐步软化。同时，地下水的长期存在以及在暴雨时大量的雨水下渗，产生一定的静水压力和动水压力，这些效应对坡体稳定极为不利。

3)强降雨是坡体显著变形的诱发因素

2012年8月，该地区进入雨季以来，出现多次强降雨，降雨量较大，特别是2012年9月10日的强降雨，单日降雨量约177.9 mm。连续降雨使填体及覆盖层内地下水快速增加，特别是单次降雨时降雨量较大，短时间内大量地表水入渗到坡体中，最终诱使本来就已经处于欠稳定的坡体发生了明显的蠕滑—拉裂变形。

4)其他影响因素

该路段坡体的前缘为电站水库，水库的蓄水和放水造成坡体前缘水位的陡增和陡降，可能会产生动水压力，对坡体稳定造成不利影响。此外，高速公路运营中汽车的动荷载等也对坡体有不利影响。

4.2 处理措施建议

滑坡的深层水平位移以及地表位移与降雨关系密切，测斜孔内水位的上升以及雨季期间位移量的陡增均证明了这一点。随着雨季的结束，深层水平位移和地表位移的变化速率较之雨季速率有所减缓。针对滑坡的情况，对该路段提出以下初步处理建议:

1)对于已遭到破坏和堵塞的排水沟道应立即恢复和疏通。

2)对原有的和已经出现的裂缝应及时封闭，防止降雨入渗。

3)进一步加强地表和地下水的排泄。

4)在大桥桥墩和桥台外侧或边坡前缘合理位置采用抗滑桩或锚拉抗滑桩加固变形坡体。

5 结论

通过对绵阳—遂宁高速公路K66+450—K66+660滑坡监测分析，得出以下结论:

1)地表位移监测点8#，10#，12#在监测期间变形量不大且变形趋势一致，这说明加了2排锚索的挡墙已趋于稳定状态。现阶段主要是桥台、桥墩附近土体在移动，这将会对大桥的安全产生不利影响。

2)深部位移监测数据显示距地面以下23.0～24.0 m处位移较大，说明该处为滑面。

3)结合降雨情况，在8～10月降雨较大且4个测斜孔和15#，17#地表位移监测点缓慢移动，这说明滑坡的后缘处于不稳定状态且降雨是滑坡滑动的主要诱发因素。宜做好排水工作，并加强后期的监测。

4)滑坡在降雨和车辆动载作用下产生蠕滑—拉裂破坏。

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