张志超
(中国公路工程咨询集团有限公司,北京100000)
山区公路地质、地形环境复杂,坡陡谷深,灾害多样、频发。滑坡是山区公路的主要地质灾害,采用抗滑桩是目前常用的治理措施。本文主要介绍了柬埔寨NR.55 号公路改建工程K140+000~K140+620 段,在雨季强降雨之后,发生滑坡,采用微型桩群应急抢险、抗滑圆桩综合治理滑坡的应用实例进行分析。
项目区域属热带季风气候,雨季雨量充沛,占全年总降雨量的80%,年平均降雨量约1 517 mm。K139~K144 路段地处豆蔻山脉原始森林区,地形为“两沟夹一谷”,地势起伏大,通过普通展线无法满足要求,该段连续设置十处回头曲线,雨季坡面汇水大。
该路段位于崩坡积体上,属于丘陵地貌。地表水主要以大气降水、坡面径流及河流水为主。地层主要为第四系全新统残坡积(Q4dl+el)、崩坡积(Q4dl+col)及侏罗系至白垩系(J3~K1)岩层,各地层特征由新到老分述如下:
1-1 素填土:黄褐色,松散,主要由黏性土组成,约含20%的砾石,TCR(岩芯采取率)96%,层厚0.8 m。
2-1 粉质黏土:黄褐色,软塑,其中1.0~1.4 m 灰褐色,TCR=92%,层厚1.9 m。
2-2 粉质黏土:黄褐色,可塑,TCR=97%,层厚 1.8 m。
3-1 块石:黄褐色,由砂岩组成,含少量风化砾石,TCR=86%,层厚 7.6~10.0 m。
4-2 粉质黏土:黄褐色,含10%左右砾石及少量混粒砂,TCR=88%,层厚 1.7~3.8 m。
5-1 块石:黄褐色,含少量可塑砂质黏性土,TCR=84%,层厚7.2~9.2 m。
7-3 钙质砂岩:灰色,中风化,节理裂隙发育,岩芯呈柱状,TCR=90%,RQD(岩芯质量指标)=64%,层厚 4.0 m。
8-2 泥质砂岩:灰色,强风化,节理裂隙发育,岩芯呈块状,TCR=89%,层厚 4.3 m。
8-3 泥质砂岩:灰色,中风化,节理裂隙发育,岩芯呈柱状,TCR=91%,RQD=45%,层厚 2.7 m。
2018 年 6~7 月强降雨后,K140+000~K140+120 段左侧路堑墙出现滑移、开裂、水沟边缘路面隆起;K140+550~K140+620 段路面开裂、路基沉降、横向位移,道路断交。
受当地施工技术、施工机械等因素的制约,大型防护工程短期内无法完成施工,为了道路的保通,应及时采取应急抢险处理措施。
1)K140+000~K140+120 左侧路堑墙应急处理方案
该处理方案主要包括以下内容:(1)排水。挡墙泄水孔及挡墙上方边坡设置仰斜式排水管,深度15~18 m,排除山体裂隙水,降低土体的容重;(2)反压。K140+000~K140+120 挡墙墙面堆砌块石,提供反压和支撑,增加前缘抗力,避免挡墙坍塌。
2)K140+550~K140+620 路面沉陷段落应急处理方案
该处理方案主要包括以下内容:(1)封堵裂缝:采用水泥压浆封堵裂缝;(2)清理弃方:清理K140+550~K140+620 路基左侧全部弃土;(3)微型钢管桩群:K140+550~K140+620 左侧路肩处设置3 排钢管桩、间距80 cm 呈梅花形布设,长度约25~30 m,钢管直径d=48 mm,钻孔直径D=90 mm,采用M35水泥浆注浆。
本应急抢险方案实施完成后,K140+000~K140+120、K140+550~K140+620 路基基本稳定,路面开裂、滑移的趋势得到了有效的制止,K140+550~K140+620 道路贯通,保证了居民的出行需求,避免了因道路断交产生的社会不利影响,达到了工程抢险预期的目的。
对滑坡的成因分析如下:
1)工程施工是滑坡的主要因素:K140+000~K140+120 为挖方路段,最大挖深18.3 m;K140+550~K140+620 为填方路段,最大填高5.66 m;前缘挖方,后缘填方,加之路侧的弃土,改变了边坡原始的应力状态,破坏了应力平衡,促使边坡发生滑动;施工过程中,坡面植被的破坏使坡体表面的土层极易风化,为地表水下渗提供了有利条件。
2)软弱的岩土层是滑坡形成的地质基础:根据钻探及地质调查的情况表明,该路段主要地层为块石夹杂砂质黏性土,加上下卧层为坡积粉质黏土层,力学性质差、隔水性能较好,易形成滞水层。
3)强降雨是滑坡形成的诱发因素:2018 年6 月18~20 日连续28 h 的强降雨使坡体充分保水,增大表层土体的容重,降低其抗剪强度,同时在地表水下渗的过程中在粉质黏土层形成滞水层,其上层土体在长期浸泡软化的情况下,力学性质进一步降低,形成软弱结构面,导致土体在自重作用下,沿软弱结构面滑动变形破坏,形成滑坡。
通过分析,对滑动面做出如下判定:
1)K140+000~K140+120 段左侧路堑墙隆起且该处路面未发现横向裂缝,K140+550~K140+620 段路面沉降开裂现象,且两段中间区域原地面无明显剪出裂缝。由此判定,该路段位于同一滑坡体上。
2)监测数据显示:K140+550~K140+620 路基最大位移达108.5 cm,最大沉降达84.7 cm;K140+000~K140+120 挡墙最大位移达41.5 cm,最大沉降达15.2 cm(隆起)。通过以上数据大致推断出:挡墙处滑坡深度约0.6 m;后缘滑面角度约52°。根据钻探的地质情况表明滑动面位于粉质黏土层,滑坡平均深度约为14 m。
3)滑坡发生滑动后,K140+047 处挡墙优先剪裂,后期破坏也最严重,结合实测裂缝位置,确定滑坡的主轴方向。
4)沿滑面主轴方向实测地面线数据,确定主轴滑面的坡面线。
结合反算的c 值、φ 值和实测的力学参数,计算已知滑面的滑坡剩余下滑力:E=740 kN[1]。
方案一:抗滑桩(圆桩)-全埋式抗滑桩:在滑坡前缘、挡墙背侧设置抗滑桩,主滑段双排梅花布置,3 m 间距,其余段落单排布置,3 m 间距,共50 根,桩身采用C30 现浇混凝土。造价约73 万美元。
方案二:抗滑桩(方桩)-全埋式抗滑桩:在滑坡前缘、挡墙背侧设置单排抗滑桩,尺寸2 m×3 m 方桩,5 根长25 m,间距5 m;10 根长22 m,间距6 m,共15 根,桩身采用C30 现浇混凝土。造价约78.2 万美元。
方案三:打入式微型桩:混凝土微型方桩,截面尺寸30 cm×30 cm,长10 m,布设4 排,间距1 m,呈梅花形布设。(非根治方案)造价约:34.1 万美元。
圆桩抗滑桩:断面尺寸较小,抗剪能力相对偏弱,为冲孔桩,无须人工挖孔,大大降低了施工难度,成孔快,工期短,造价较方桩低;方桩抗滑桩:断面大,抗剪能力强,需人工挖孔,施工难度大,锁口护壁工序多,施工进度慢,造价高,施工过程易发生安全事故;微型混凝土方桩:临时性处理措施,抗剪能力弱,无法根治滑坡隐患,施工难度大,造价最低。
综合考虑柬埔寨地区工人施工技术、施工设备、施工进度以及经济基础等因素[2],选择方案一(圆桩)为滑坡永久治理方案。
柬埔寨地区雨季持续时间长,降雨量大,山区道路易发生地质灾害,道路建设应注意以下几点:加强前期地质勘察工作,判定易发生滑坡地段,避绕滑坡是最佳选择;加强道路的排水工程,特别是地下排水;对于滑坡治理要详细调查、了解工程地质情况,正确分析滑坡发生发展的原因,从实际出发,综合治理;根据滑坡特点,因地制宜,结合设计与施工,选择安全、造价低、易实施方案;减少坡体前缘的开挖,增加抗力,提高其稳定性;针对该段挡墙滑坡工程采取抗滑桩和钢管桩综合治理措施,达到了应急抢险和永久支护的效果,提高了抗滑性能;加强山区公路弃方处理,山区公路建设就近弃方、不当弃方极易诱发工程病害,并伴生滑坡、泥石流等次生灾害。