某高速公路右侧路堑边坡滑塌处置方案探讨

钟少明

(广东冠粤路桥有限公司, 广东 广州 510000)

武深(武汉—深圳)高速公路是国家高速公路网首都放射主干线京港澳(北京—香港—澳门)高速公路的东并行线[1],仁博(仁化—博罗)高速公路是其重要组成部分,它的建成通车加快了周边地市的高快速路连通,全面助推沿线城镇加速融入粤港澳大湾区[2]。仁博高速公路地处岩溶发育区,地形地质条件复杂,土石方量大,高边坡点多,且山区气候多变,雨水频繁。2019年4月16—22日,受强降雨影响,K438+525—565段右侧路堑第一、第二级坡体发生倾倒型崩塌,给高速公路通行带来极大安全隐患,须对边坡塌方进行处置[3-5]。

葛绪祯等以贵州省道新(道真—新寨)高速公路超长滑坡体为例,分析了边坡滑塌的产生原因和机制,通过滑坡稳定性计算分析提出了治理方案及施工注意事项[6]。赵鹏程结合某高速公路膨胀土路堑边坡,从土质、雨水、绿化因素入手,分析了路堑边坡滑塌的主要原因,对土工编织袋处置弱膨胀土路堑滑塌边坡进行了可行性分析,根据高速公路整体景观要求及已通车高速公路处置受约束的既定条件,提出了滑塌边坡处置原则,并从边坡滑塌体厚度、边坡高度考虑,提出了不同情况下土工编织袋处置方案[7]。本文结合仁博高速公路的工程地质条件,对K438+525—565段右侧路堑边坡滑塌机制进行分析,研究处置方案,为类似边坡滑塌处置提供参考。

1 工程概况

1.1 边坡原设计情况

K438+320—890段右侧原设计为三级路堑边坡,最大坡高为27 m,其中K438+320—670段第一至第三级边坡坡率分别为1∶0.75、1∶0.75、1∶1,K438+670—890段边坡坡率为1∶1,平台宽均为2 m,分级坡高为10 m(见图1)。边坡防护形式如下:第一级边坡采用锚杆格梁加固,第二级采用2～3排预应力锚索框梁加固,第三级采用三维网植草防护。考虑到距K438+440右侧54 m处有一座220 kV高压线塔,设计采用收陡边坡坡率的方法并利用锚杆锚索加固坡面,确保电塔附近边坡稳定。

图1 原设计边坡横断面图(单位:m)

1.2 边坡施工期间设计变更情况

2017年5月中下旬,该路段边坡施工完第三级边坡,第二级边坡刷坡完成进行锚索格梁施工期间,受降雨影响发生滑塌。根据补充地质勘察及现场地质调绘资料,滑坡处于微地貌上,该处为冲沟地形,利于松散坡积物堆积,且是降雨过程中主要汇水地带,在雨水浸润、渗透及冲刷作用下,易形成崩塌或滑坡,引起边坡垮塌。

根据边坡地质情况,对该段路堑边坡采用放缓坡率、增设锚杆格梁和锚索框架梁等进行加固,其中主滑坡段K438+450—670段(即营运期第一、第二级边坡再次发生滑塌段)采用部分卸载+抗滑桩进行加固,最大边坡高度约33.9 m,第一级坡率为1∶1,第二至第四级坡率为1∶1.25;第二级平台宽4 m,各级边坡高8 m;第一、第二级坡面采用锚杆格梁加固,在第二级平台设锚索抗滑桩;第三至第四级坡面采用锚杆格梁加固,并在边坡开口线外28 m处及电塔下边坡16 m范围采用微型桩加固,确保电塔(电塔后期经电网综合改造,与边坡开口线的距离约120 m)的安全(见图2)。

1.3 运营期间边坡滑塌情况

该高速公路运营期间,K438+525—565段右侧路堑边坡发生滑塌,滑坡呈簸箕形,侧界清晰,坡顶后缘、剪出口明显,滑坡变形主要发生在第一、第二级边坡。后缘位于第二级边坡平台抗滑桩冠梁外缘,前缘进入坡面,裂缝总弧长约30 m、宽1～5 cm;滑塌体下挫高度约4 m,前缘剪出口位于第一级边坡下部约4 m高处,剪出口宽约16 m,总滑塌土体约1 000 m3,导致第一、第二级坡面约30 m范围锚杆格梁下滑失稳、滑塌体下部部分土体液化并不断流淌溢出、部分土体滑落到边沟中(见图3)。

图2 施工期间主滑坡段处置剖面图(单位:m)

2 地质概况

2.1 地形、地貌

该路段地处低缓丘陵,地形起伏较大,坡体地面标高为106.0～142.0 m,自然坡角最大约25°;山体植被发育,生长龙眼树、松树及各种灌木、蕨类植物;K438+510右侧160 m山顶处有一座220 kV高压线塔。

图3 营运期间边坡滑塌现场

2.2 地层岩性

边坡土体主要由第四系坡残积粉质黏土、碎石土和泥盆系砂岩为主,个别钻孔揭示下覆石炭系灰岩及风化层。坡脚主要出露为粉质黏土,3.0 m以上呈褐黄色,3.0 m以下呈褐红色,湿,可塑,土质不均,含少量碎石,大部分厚度为0.5～18.0 m,该层局部夹饱水软塑状粉质黏土,为边坡范围分布的软弱土层[8]。

2.3 水文地质条件

所在地区气候温和,雨量充沛,地表径流对坡面、坡脚的冲刷较大。大气降水为地下水主要补给来源。地下水主要为孔隙水及基岩裂隙水,前者主要赋存于第四系松散层中,含水量随季节变化;后者赋存于岩石裂隙中,其透水性及赋水性极不均匀。地下水以侧向渗流的形式向沟谷排泄或蒸发。

边坡滑塌病害与降雨关系密切[9]。该边坡坡面存在2～3条自然冲沟,雨季冲沟的汇水量较大,同时雨季地下水位较高,对边坡稳定性产生较大不利影响。地下稳定水位高程及埋深见表1。

表1 地下稳定水位高程及埋深

3 滑塌机制分析

3.1 外在因素

滑坡所处位置在微地貌上属于冲沟地形,有利于松散坡积物的堆积,且在降雨过程中为一个主要汇水地带,在雨水浸润、渗透及冲刷作用下,易形成抗滑桩桩间土失稳、桩前土滑塌。

3.2 内在因素

该路堑边坡主要由坡积土、残积土、强风化泥质粉砂岩、泥岩等构成,结构松散,局部黏粒含量较高,在雨水对土体充分饱和后,其凝聚力降低,在强降雨冲刷作用下边坡发生变形、失稳。同时坡残积土的沉积层理面、坡残积土与基岩面的接触面发育,且两者的倾向与边坡的倾向几乎一致,为地表潜水流动提供了极好的渗流通道,具备了滑坡发生的基础条件,这是导致该边坡变形、失稳的主要内在因素。

该边坡经过前期切坡挖方等一系列工程活动,斜坡结构、坡度与排水通道发生改变,在强降雨作用诱发下,雨水冲刷坡体表面物质,渗透软化、侵蚀坡内岩土体,造成坡体岩土体黏聚力显著降低,导致坡洪积的碎石粉质黏土层由坡面产生崩塌,进而引起后侧土体阶梯状牵引式层级滑塌。

4 滑塌处置方案

根据现场勘察及调查,该路堑边坡第二级平台处的抗滑桩未发生位移,处于稳定状态。控制边坡稳定的主要因素是地下水,故对该边坡的处置方式以排水为主,同时对坡面、坡脚进行加固处理。处置方案如下:增加坡面深层排水管,减轻水的侵害;增设坡体钢锚管注浆,加强坡面土体的整体稳定性;增设坡脚钢锚杆及坡脚混凝土护脚墙,提高坡脚的抗滑支撑力;在滑塌段抗滑桩外增设锚索挂板,确保抗滑桩后土体的稳定性;对滑塌段前后相邻段第一、第二级坡面增设锚索地梁,加强坡体的整体稳定性。该处置方案分两阶段实施,第一阶段为临时措施,主要对边坡进行反压处理,对地表水进行截流导排、增加深层排水管等,防止滑塌病害继续发展;第二阶段为集中处置,分别对滑塌段及前后相邻段边坡进行加固处理。

4.1 临时措施

第一阶段临时措施主要对边坡进行反压处理,具体措施如下:

(1) 对K438+530—560段滑塌体采用6 m高沙包进行反压保护,同时采用帆布遮盖,遮盖面覆盖坡顶至坡脚范围。前后相邻段即K438+460—530、K438+560—587段采用3 m高沙包进行反压保护。

(2) K438+460—587段第一至第三级边坡根据坡面渗水情况加密倾斜式泄水孔,泄水孔间距不大于3 m。

(3) 对第一、第二级边坡平台及平台截水沟已出现的裂缝采用砂浆进行封闭,对已损毁的排水系统进行恢复。

(4) 对第一、第二、第三级边坡坡脚至第一个格梁横梁底部的部分进行混凝土硬化,防止继续被雨水冲刷。

(5) 由专业监测单位增设深层测斜管、地表位移监测点,对边坡进行动态监控。

4.2 集中处置

第二阶段集中处置,主要分滑塌段(K438+525—565段,全长40 m)及前后相邻加强段(K438+450—525、K438+565—670段,全长180 m)两部分实施。

4.2.1 滑塌段的处置

K438+525—565段为主要塌方路段,处置措施(见图4)如下:

(1) 清除反压体上部锚杆格梁,坡面二级上部滑塌后延处露桩位置设5 m高锚索挂板,挂板厚40 cm;于桩间设置3根锚索(共3×8道),锚索长40 m;挂板底部预留泄水孔,设排水斜孔,长20 m,间距4.5 m。

(2) 挂板下部至坡脚坡体采用φ50 mm钢锚管注浆改良土体,间距3 m×3 m,长6 m。

(3) 二级坡脚3 m范围采用1∶1.25坡率修坡,平台宽5.75 m。平台及坡面采用10 cm厚C25混凝土封闭。

(4) 待锚索挂板张拉完成后清除滑塌段反压体,拆除剩余锚杆格梁,修整第一级边坡坡率为1∶1.25。坡面采用锚索框架梁加固,间距4.5 m×3.0 m,锚索长26 m,格梁内采用10 cm厚C25混凝土封闭。

(5) 坡脚设置混凝土护脚墙,并采用单排长度6 m、间距2 m的φ110 mm钢锚管注浆加固。

(6) 第一、第三、第四级坡脚设深层排水斜孔,长20 m,间距4.5 m。

图4 滑塌段处置剖面图(单位:m)

4.2.2 相邻加强段的处置

对滑塌段前后相邻两侧(K438+450—525、K438+565—670段)边坡进行处置。以K438+515—525、K438+565—670段为例,处置措施(见图5、图6)如下:

图5 相邻加强段处置剖面图(K438+520,单位:m)

图6 相邻加强段处置剖面图(K438+640,单位:m)

(1) 第一、第二级坡体采用φ50 mm钢锚管注浆改良土体,间距3 m×3 m,长6 m。

(2) 第一、第二级坡面原锚杆格梁增设锚索地梁,每道2根,锚索长26 m+28 m。

(3) 坡脚设置混凝土护脚墙。

(4) 第一、第二、第三级坡脚设深层排水斜孔,长20 m,间距6 m。

4.3 安全监测

为了掌握滑坡动态及处置过程中坡体变形情况,指导施工并检验滑坡整治效果,分别对施工前、施工中及施工后边坡进行监测,发现较大变形时及时预警,防止出现安全事故。监测项目包括桩顶位移、桩头及锚索预应力。施工期间加大对边坡的监测频率。

5 结语

本文分析仁博高速公路K438+525—565段右侧路堑边坡滑塌的产生原因,提出分别对滑塌段及其相邻段进行加固的处置方案,不仅有效解决了边坡滑塌问题,也大大降低了后期二次滑塌风险。所采取的应急处置措施针对性强,未发生次生灾害。由于集中处置施工期间采取了必要的交通管制措施,处置过程中未发生交通安全事故,保证了高速公路的正常运营及通行安全。该路堑边坡滑塌已处置完毕,道路已恢复正常运行,运营近两年来,边坡整体情况良好,未再发生滑塌事故。

制定路堑边坡滑塌处置方案时须重视以下几点:1) 为避免地表水及地下水对边坡造成破坏,应加密深层斜向排水管;2) 边坡采用抗滑桩处置后应对桩前土的性质进行分析,并同步进行桩前土体加固;3) 路堑边坡坡脚设置护脚墙,能有效提高坡脚抗滑支撑力。