陕西省平镇高速公路牛头店立交D匝道滑坡稳定性分析及治理措施

刘 斌

(陕西省交通规划设计研究院有限公司,陕西 西安 710075)

1 引 言

滑坡危害严重,治理费用昂贵,一条路线要想避开所有的滑坡是不可能的,有时在技术和经济上也是不合理的[1]。高速公路在选线过程中应充分重视地质勘查,地质配合选线尽量避开滑坡体。但对于山岭地区的高速公路,部分路段由于不良地质较多,走廊带选择较为局限,在路线选线时,只能按“抓大放小”的原则,尽量避开大型和巨型滑坡。对于小型和中型滑坡按一次根治不留后患、综合治理的原则,动态设计和动态施工相结合,根据现场实际情况进行相应的调整。

目前已经有很多学者对公路滑坡进行了探讨。孙平[2]以洛嵩高速公路某处滑坡为例,提出了以抗滑桩为主的支护措施和局部位置结合框架锚索综合治理方案,并详细论述了滑坡治理施工关键环节;王伟力[3]以江罗高速某处滑坡为例,对该处滑坡成因分析,并结合现场施工条件,对该处滑坡提出了针对性的治理措施;温祥虎等[4]以浸水垭公路为例,采用试验、反算和经验相结合的方法,提出了抗滑桩配合锚索抗滑桩共同作用治理该处滑坡;邹春雷等[5]以四川北部某处滑坡为例,利用传导系数法计算出坡体的稳定性系数,并进行滑坡稳定性分析评价;王玉平等[6]在宜宾市某镇边坡滑坡体在不同工况下稳定性计算基础上,通过合理选择治理措施,满足了滑坡治理的要求。

通过对平镇高速牛头店立交DK0+170～DK0+480段右侧滑坡范围内地形地貌、地层岩性、地质构造等方面的勘查,对滑坡成因进行分析[7],并对滑坡稳定性进行定性及定量分析,最终确定治理措施,验证该滑坡治理方案的可行性。

2 滑坡工程地质条件

2.1 地形地貌

该滑坡区属镇坪县南江河河流阶地地貌,位于牛头店立交D匝道DK0+170～DK0+480段右侧,高程介于675～740 m之间,相对高差约70 m。地形前缓后陡,坡度约10°～35°。滑坡区整体地形呈圈椅状,二、三级边坡滑塌、变形严重,后缘多处出现张拉裂缝,裂缝宽度5～10 cm。

2.2 地层岩性

勘察区地层岩性主要由第四系全新统、上更新统冲洪积层(Q4pl、Q3al+pl)和寒武系八仙群(∈3)板岩组成。该滑坡区的地层由新至老如下。

2-12(Q4del、Q4dl)粉质黏土:为滑坡体主要组成物质,褐黄色-深灰色,土质不均匀,含少量碎块石,成份以黏粒为主,可塑-硬塑状,含黑色斑点,底部土体颜色较深;岩芯断面可见缩颈、挤揉现象;坡面土体经试验得,自由膨胀系数为20%～38%,塑性指数Ip=15～18,为弱膨胀土。

4-62碎石土(Q4pl):杂色,磨圆度差,多为棱角状,含量约65%,母岩主要成分为板岩,混杂有少量的粉质黏土,潮湿,中密,层厚6～9 m。

5-13粉质黏土(Q3al+pl):棕褐色,土质不均匀,结构较密实,主要由黏粒组成,混杂有较多的角砾及碎石,孔隙不发育,稍湿,硬塑状态。

5-73漂石土(Q3al+pl):杂色,一般岩心柱长20～25 cm,含量约65%,母岩主要成分为板岩、辉绿岩,砂质及粉质黏土充填,潮湿,密实。

9-12强风化板岩(∈3):青灰色,主要成分为黏土矿物,板状构造,细粒结构,节理裂隙发育,岩芯呈短柱状及碎块状,敲击声哑,层厚8～15 m。

9-13中风化板岩(∈3):青灰-灰白色,主要成分为黏土矿物,板状构造,细粒结构,节理裂隙发育,呈短柱状,15～45 cm,敲击震手。

2.3 地下水

该滑坡区地势较陡,水文地质条件较简单。地下水为孔隙潜水,地下水埋深5～10 m,滑坡区坡脚在勘察时可见有水渗出。详勘资料附近地方所采集水样的水质检测分析试验结果显示,地下水对钢筋、混凝土具微腐蚀性。

2.4 地质构造

根据区域地质资料,项目区属于华南板块,跨越了南秦岭陆缘(造山带)和扬子地块两个主要单元,属秦祁昆中央造山带范畴。项目区地质构造是秦岭造山带、扬子地块长期相互作用的结果。其构造单元可分为平利复背斜、高滩—兵房街褶皱束、司上—鸡心岭断褶束,或紫阳—平利滑脱逆冲推覆带、高滩—兵房街滑脱逆冲推覆带、大巴山弧形前锋冲断褶带。

根据《中国地震动参数区划图》(GB 18306—2015)[8]和《陕西省一般建筑工程地震动参数区划图》,本区地震动峰值加速度为0.05g,地震动反应谱特征周期为0.40 s,相当于地震基本烈度VI度区。

3 滑坡工程地质特征

3.1 滑坡概述

根据工程地质调绘及钻(挖)探资料,该滑坡位于牛头店立交D匝道DK0+170～DK0+480右侧,平面呈圈椅状,滑坡后缘较明显,滑向与路线近垂直,滑坡体长约120 m,宽200 m,滑体厚度3.5～20 m,滑坡体积约为36×104m3,滑体物质以含碎石粉质黏土为主,为大型土质老滑坡。滑坡后缘可见约5～10 cm张拉裂缝,且产生错台,错台高度10～15 cm。据钻孔揭露,滑面揭露厚度约3～18 m。

3.2 滑坡周界分析

根据工程地质调绘及钻(挖)探资料分析认为该滑坡为老滑坡,滑坡后缘较明显,可见明显裂缝和凹槽。从地形图分析,在滑坡的两侧边界,均有沟谷出现,在滑坡的右边界,沟谷明显,且在右侧边界约15 m进行人工挖探约1.9 m见基岩,因此右侧边界划分合理。在滑坡的前缘,地方路边进行了人工挖探,滑坡剪出口位于地方路下面粉质黏土和漂石层面上。

3.3 滑体特征

根据工程地质调绘和钻探,滑体物质主要为含碎石粉质黏土,浅黄色,可塑-硬塑状,含少量碎、块石,土质杂乱,滑体厚度3.5～17 m。

滑带土均为粉质黏土,深灰色,一般呈可塑-软塑状态,探井揭露滑面可见明显擦痕。滑床岩性为寒武系板岩和第四系上更新统冲洪积漂卵石层,滑坡土体含水率较高,常见坡面有地下水渗出,坡面多发生滑溜现象。

4 滑坡成因分析

根据野外调查和钻(挖)探资料分析,该滑坡为老滑坡,为高阶地失稳形成的牵引式滑坡。老滑坡形成的主要原因为南江河在其前缘不断的侵蚀,形成一定的临空面,在暴雨等不利条件下,高阶地上部土层失稳形成。老滑坡目前整体处于基本稳定状态。但由于边坡施工开挖,在滑坡中前部形成较高临空面,在暴雨等不利工况下,土体自重增大,抗剪强度降低,土体沿土石交界面下滑,引起边坡局部滑塌。滑坡在开挖工况下处于欠稳定状态。

5 滑坡稳定分析和评价

5.1 滑坡稳定性定性分析

根据现场调查,老滑坡前缘地方水泥路未出现开裂、变形,前缘土体也未发生开裂、挤出等现象,因此老滑坡整体处于基本稳定状态。但由于边坡施工开挖,在滑坡中前部形成较高临空面,在滑坡后缘产生了多处张拉裂缝,二、三级边坡防护工程已全部滑塌变形,定性分析滑坡在开挖工况下处于欠稳定状态。

5.2 滑坡稳定性定量分析

本次勘察沿滑坡主滑面方向共布设2条剖面。稳定性计算模型采用传递系数法[9],取单位宽度的主滑方向断面,对滑坡体进行分条,假定每一分块为一刚体,即不考虑块体内部的变形与应力,建立块体间平衡方程。其计算分天然状况、滑体饱水状况两种状态,分别验算滑面稳定系数,计算结果见表1。

表1 滑坡稳定性及剩余下滑力计算结果

根据计算,DK0+170～DK0+480段老滑坡在天然、暴雨状态下稳定系数为1.101～1.18处于基本稳定状态。在开挖+天然状态下,稳定系数为1.062～1.094,安全系数1.25时,剩余推力770～904 kN/m;开挖+暴雨状态下,稳定系数1.019～1.046,安全系数1.20时,剩余推力786～920 kN/m。建议在一级平台位置设桩时,按照下滑推力937 kN/m布置设计。

6 滑坡治理措施

该处滑坡分为三段分别进行支挡及排水工程设置。

(1)DK0+130～DK0+170段

该段为一级坡面,受滑坡体影响,其中DK0+130～DK0+145段坡面设置抗滑挡墙防护,DK0+145～DK0+170段坡面设置桩基挡墙防护。

(2)DK0+170～DK0+326滑坡体段

根据坡体现状及地勘资料显示滑坡体走向情况,沿一级边坡平台内侧DK0+170处起设置抗滑桩,终点至DK0+326处,共设置27根,桩间距6.0 m,抗滑桩截面尺寸2.4 m×1.8 m,长度14.0～18.0 m,桩顶外露3～5 m,抗滑桩长边沿主滑面方向布设,桩间设置C20片石混凝土挡土墙。桩顶设置4 m宽平台,并采用两层铁丝石笼码砌坡脚,石笼顶部结合现状将原二三级坡面刷坡合并为一级坡,坡率1∶1～1∶1.5,植草绿化。同时每隔12 m设置一道支撑渗沟。

(3)DK0+326～DK0+480段

根据地勘资料显示表层为碎石加薄层粉质黏土、漂石土,下伏强风化板岩,坡体相对稳定。边坡为三级挖方边坡,每级坡高8 m,平台宽度均为3 m;第一级边坡坡率为1∶0.75,采用窗孔护面墙防护,第二、三级边坡坡率均为1∶1,采用拱形骨架防护。在二级边坡增设一排仰斜排水孔,间距6 m,长度10 m。坡顶设置截水沟,平台及坡面相应位置设置截水沟、急流槽等排水系统。目前,该滑坡已治理完成,经过长期位移观测,未见明显变形和位移,滑坡治理后航拍见图1。

图1滑坡治理后航拍图

7 结 语

边坡坡体土石交界面易受雨水下渗或地震作用形成软弱结构面,进而成为滑坡体的滑面。对于此类问题,不仅要考虑稳固支挡滑坡体,同时针对坡面及坡体内的水,通过采取截水沟、支撑渗沟以及仰斜排水孔等措施减少水的诱发因素[10]。其次,在施工过程中,应加强施工观测,动态设计紧随动态施工,确保施工安全。