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昭待公路高粱地地段滑坡與崩塌的綜合治理

2013-11-06 07:29王慶東
山西建筑 2013年3期
關(guān)鍵詞:堆積體坡體前緣

王慶東

(中鐵三局集團(tuán)第四工程有限公司,北京 102300)

1 工程概況

昭待公路高粱地地段的里程樁號(hào)為K307+715~K308+070,路線以路塹呈北東~南西向穿越一河谷的左岸谷坡,由于內(nèi)外地質(zhì)應(yīng)力的作用,沿河谷左岸沿線K307+715~K308+070段形成一規(guī)模較大的崩塌,崩塌體由大量的厚度較大的碎塊石質(zhì)土組成,沿陡峻的谷坡堆積,結(jié)構(gòu)松散。在路基開挖過程中,K308+000~K308+070段路右側(cè)崩塌體發(fā)生復(fù)活形成滑坡,滑體發(fā)生劇烈變形和位移,坡面出現(xiàn)多條拉張裂縫,滑面已貫通,周界清晰,穩(wěn)定性極差。滑坡變形及松散崩塌體的存在,對(duì)工程施工及今后的安全營(yíng)運(yùn)有很大的影響和危害。

2 滑坡地段狀況

2.1 滑坡特征

1)滑坡的變形破壞特征。

K308+000~K308+070段原為一老崩滑體,前緣以滑為主,后緣以崩為主,從坡面形態(tài)及坡體結(jié)構(gòu)特征都可證實(shí)該坡體曾經(jīng)發(fā)生過變形,發(fā)生年代不詳。經(jīng)工程作用,K308+000~K308+070段老崩滑體于2005年11月復(fù)活,坡面的崩滑堆積體發(fā)生拉裂變形,中、后緣發(fā)育的拉張裂縫寬0.5 m~1.2 m,近北東~南西向延伸,長(zhǎng)15 m~30 m,可見深1 m~1.5 m,土體已錯(cuò)落成階梯狀,坎高0.5 m~1 m,中部坡面發(fā)生沉陷(見圖1),兩側(cè)剪切裂縫已貫通(見圖2),前緣前出口明晰,土體隆起,在勘察過程中,坡體仍在滑移,鉆孔中多次出現(xiàn)垮孔或套管被剪彎現(xiàn)象,目前該滑坡還在滑動(dòng),穩(wěn)定性極差。

圖1 K308+000~K308+070右側(cè)滑坡中部發(fā)生沉陷

圖2 K308+000~K308+070右側(cè)滑坡兩側(cè)剪切裂縫已貫通

2)滑坡周界確定及規(guī)模。

該滑坡目前變形較嚴(yán)重,斜坡后緣為早期老滑坡形成一低緩平臺(tái)和崩滑壁,陡壁的后緣仍見早期的拉張裂縫,長(zhǎng)約10 m,寬0.5 m,陡壁與平臺(tái)之間發(fā)育新的拉張裂縫,呈弧形貫通,土體錯(cuò)落,由于老滑壁具有臨空條件,巖體已松脫,欠穩(wěn)定,所以滑坡后緣以老崩滑體的最后一級(jí)裂縫為界?;聝蓚?cè)的剪切裂縫已形成,土體錯(cuò)位,貫通性好,側(cè)界清晰。前緣土體于一層淺灰、灰色泥巖中剪出、隆起,剪出口已形成、貫通,依該界面確定滑坡前緣?;婕盎惨罁?jù)鉆探資料的軟弱泥巖、炭質(zhì)泥巖及垮孔、套管被剪彎位置確定?;卵鼗瑒?dòng)方向長(zhǎng)120 m,寬70 m,面積8 400 m2,滑坡體積10.08萬(wàn)m3,屬大型牽引式堆積層滑坡。

3)滑坡成因。

a.形成條件。該地段屬巖溶槽谷地貌,構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈,一條次級(jí)斷層于路線右側(cè)呈北東~南西延伸,沿?cái)鄬幽蠔|側(cè)破碎帶發(fā)育一條河谷,切割深達(dá)150 m,呈“V”字形,坡度30°~50°,斷層帶內(nèi)及斷層的下盤分布有二迭系梁山組頁(yè)巖、砂巖、炭質(zhì)頁(yè)巖,局部為石炭系灰?guī)r夾砂巖、煤線,以上巖性段質(zhì)軟,風(fēng)化強(qiáng)烈,呈土狀或碎石土狀,強(qiáng)度低,上覆為厚層狀的棲霞茅口組(P1q+m)灰?guī)r,厚層狀,巖體較完整、堅(jiān)硬,在斷層及河流的侵蝕作用下于河左岸形成一連續(xù)的陡壁,高10 m~40 m,由于下伏為軟質(zhì)巖層和斷層破碎帶,陡壁上的灰?guī)r體在側(cè)向拉張力及自重作用下而發(fā)生崩塌,巖塊沿坡堆積形成一長(zhǎng)條狀的巖堆,厚度大,結(jié)構(gòu)松散,穩(wěn)定性差,K308+000~K308+070段斜坡相對(duì)低凹,分布有石炭系灰?guī)r夾砂巖、煤線及二迭系梁山組的頁(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖及砂巖,這些巖層沿坡分布,大量的風(fēng)化巖屑也沿坡堆積,經(jīng)長(zhǎng)期內(nèi)外應(yīng)力及地下水作用,在崩塌體與原斜坡堆積間斷和軟弱結(jié)構(gòu)面,為滑坡堆積體的復(fù)活創(chuàng)造了內(nèi)部條件。b.激發(fā)條件?;录ぐl(fā)主要因素:一是降雨,雨季有大量雨水滲入地下,使坡體重度和下滑力增大,坡內(nèi)軟弱泥化層強(qiáng)度降低。二是工程切坡,路塹開挖揭穿了斜坡前緣的軟弱層,并形成臨空面,使坡腳失去支撐點(diǎn),這是該滑坡產(chǎn)生的主要原因。其次是路段內(nèi)的爆破使坡體松弛,致使松散堆積體產(chǎn)生變形。

2.2 滑坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

1)滑坡定性評(píng)價(jià)。

滑坡形成的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件是:滑坡地段堆積大量的松散崩塌塊石,厚度大,穩(wěn)定性差,下伏分布有軟弱的頁(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖及以上兩者巖屑沿坡連續(xù)堆積形成的軟弱層,地下水作用,降低軟弱層的強(qiáng)度,易產(chǎn)生滑坡。激發(fā)滑坡的因素:降雨、爆破及工程切坡。據(jù)野外地質(zhì)調(diào)查,K308+000~K308+070段滑坡變形較大,拉張裂縫、剪切裂縫和滑坡階坎非常發(fā)育,滑體上的土體已分離、松脫,滑坡周界、滑動(dòng)面已貫通,在陡階坎上形成多層的次級(jí)滑動(dòng)面和滑塊,并已發(fā)展到滑動(dòng)階段,目前仍在往前滑移變形,穩(wěn)定性極差。

2)滑坡定量分析。

根據(jù)勘察資料,滑坡滑動(dòng)面(帶)呈折線形,選用GB 50021-2001巖土工程勘察規(guī)范5.1~5.4公式計(jì)算該滑坡穩(wěn)定性系數(shù)為0.88 ~0.96。

2.3 滑坡發(fā)育階段及發(fā)展趨勢(shì)

K308+000~K308+070滑坡現(xiàn)處于滑動(dòng)階段;根據(jù)滑坡所處地段的地形、工程地質(zhì)條件和降雨、人工開挖路基情況,結(jié)合滑坡變形特征和滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果作綜合分析推斷,滑坡將緩慢向前滑動(dòng),待應(yīng)力調(diào)整接近平衡時(shí),短期內(nèi)會(huì)出現(xiàn)暫時(shí)的穩(wěn)定,如受工程活動(dòng)或降雨的影響將會(huì)發(fā)生大規(guī)模的快速滑動(dòng),范圍也將向四周擴(kuò)展。

3 崩塌地段狀況

3.1 崩塌特征

1)崩塌形態(tài)。K307+715~K308+000段的北西側(cè)為一長(zhǎng)條形的崩塌體,沿河谷左岸斜坡分布,據(jù)崩塌堆積體微地貌,確定了崩塌可能失穩(wěn)的邊界。平面呈不規(guī)則狀,周界清楚,發(fā)育完全,崩塌后壁參差不齊,總體呈條帶狀,崩塌壁高10 m~40 m,近直立,崩塌體沿坡堆積(見圖3),前緣抵達(dá)河谷,海拔1 800 m,橫向長(zhǎng)70 m,沿路線延伸285 m,崩塌堆積體面積約14 250 m2,前緣至后壁高差141 m,坡面平均坡角30°~45°左右,公路在該段以路塹及橋梁形式通過,崩塌后緣陡壁發(fā)育較多的卸荷裂隙和分布有危巖體,自然條件下,崩塌堆積體處于極限平衡狀態(tài)。在工程狀態(tài)下,陡壁危巖體具有進(jìn)一步崩塌、擴(kuò)大的趨勢(shì),斜坡上的崩塌堆積體和巨型塊石失穩(wěn)的趨勢(shì)。K307+955~K308+000段為灰?guī)r成整體向臨空面折斷位移,由于前緣有較好的支撐巖體,巖體保存較完好,與斜坡形成一凸起的脊梁,現(xiàn)狀受工程破壞較弱,所以該崩塌體沒有發(fā)生變形,目前較穩(wěn)定。

圖3 K 307+715~K 308+000右側(cè)崩塌堆積體

2)崩塌成因。a.該地段分布有二迭系灰?guī)r及頁(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖、砂巖,以灰?guī)r為主,巖體堅(jiān)硬,頁(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖、砂巖分布局限或呈夾層狀,路線右側(cè)為一條次級(jí)斷裂,由于構(gòu)造的活動(dòng),巖層被切斷、破壞,沿?cái)鄬訋纬梢粭l河谷,在內(nèi)外應(yīng)力的作用下,該地段形成了巖溶槽谷地形。河谷兩岸谷坡陡峻,有連續(xù)的直立陡壁分布,為巖體崩塌創(chuàng)造條件。b.K307+955~K308+070段的斜坡前緣有二迭系梁山組頁(yè)巖、炭質(zhì)頁(yè)巖、砂巖分布,該巖性段較軟弱,易風(fēng)化,加之分布于坡腳,形成了“頭重腳軟”的坡體結(jié)構(gòu),在風(fēng)化、上覆巖體在重力及斜坡側(cè)向拉張力等共同作用下,巖體發(fā)生崩塌。c.地震作用也是崩塌形成的主要因素,因該地區(qū)位于小江斷裂帶附近,區(qū)內(nèi)頻繁發(fā)生強(qiáng)烈地震,造成陡坡地段發(fā)生地質(zhì)病害。

3.2 崩塌的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

1)定性評(píng)價(jià)。

K307+715~K308+000段的崩塌體沿坡堆積,最厚達(dá)36 m,由塊石、巨型塊石組成,塊石間為高液限粘土充填,結(jié)構(gòu)松散,形成的巖堆坡度30°~45°,生長(zhǎng)稀疏的灌木,其前緣為狹窄的河床,下切強(qiáng)烈,在自然狀態(tài)下,堆積體處于極限平衡狀態(tài)。后緣崩塌壁較高陡,巖層節(jié)理裂隙、溶隙及卸荷裂隙極發(fā)育,部分巖體搖搖欲墜,如有地震、爆破及工程活動(dòng)影響,將會(huì)發(fā)生局部崩塌和堆積體的坍塌,如今,堆積體的前緣、中部已開挖施工便道,部分地段形成臨空面,破壞了坡面的完整性,打破了坡體的應(yīng)力平衡,如進(jìn)行大面積和大規(guī)模的工程活動(dòng),會(huì)誘發(fā)新的地質(zhì)病害,對(duì)工程施工帶來很大的危害。K307+955~K308+000段的巖體為整體向臨空面折斷變形,形成局部的順向坡,由于斜坡前緣有較好的巖層支撐,巖層保存相對(duì)完整,形成一凸起的脊梁,自然狀態(tài)下較穩(wěn)定,但是,其前緣局部支撐段已被開挖,坡體的穩(wěn)定性受到一定的影響,應(yīng)屬欠穩(wěn)定坡體,若繼續(xù)往深部挖掘,將造成凸起脊梁巖體的全部復(fù)活變形。

2)定量分析。

根據(jù)鉆孔資料,崩塌堆積體與下伏基巖的接觸界面為折線形,故崩塌體具有潛在的變形條件,按照GB 50021-2001巖土工程勘察規(guī)范5.1~5.4公式進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算,該崩塌體的穩(wěn)定性系數(shù)為1.15 ~1.27。

3.3 崩塌體的發(fā)展趨勢(shì)

根據(jù)崩塌體現(xiàn)狀的地形地貌條件及物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及工程狀態(tài)作綜合分析,K307+715~K308+000段的崩塌體堆積體趨于極限平衡狀態(tài),基本穩(wěn)定,在工程狀態(tài)下,局部地段會(huì)發(fā)生變形,對(duì)橋墩、基礎(chǔ)或路基的穩(wěn)定有較大影響,崩塌壁上有少量危巖體,穩(wěn)定性較差,在任何條件下都有可能發(fā)生巖塊墜落或小規(guī)模的崩塌。

4 綜合治理方案

根據(jù)崩塌、滑坡的地形條件、物質(zhì)組成、變形特征、工程位置狀況及勘察資料,提出以下防治方案:

1)因?yàn)檠卦撀范蔚谋浪w、滑坡分布較長(zhǎng),規(guī)模大,崩滑體結(jié)構(gòu)松散?;麦w已處于滑動(dòng)階段,要實(shí)施治理工程量及難度較大,而且后期維護(hù)較困難,工程活動(dòng)還會(huì)誘發(fā)新的地質(zhì)病害,可以考慮改線,把路線往外側(cè)偏移,在山谷中設(shè)置橋梁,以避開地質(zhì)災(zāi)害的威脅,但是,造成的廢置工程量較大,工期長(zhǎng),資金投入大。對(duì)這兩方案論證和比較,選擇較為經(jīng)濟(jì)、安全、可實(shí)施強(qiáng)的改線處治方案。

2)支擋工程:于K308+010~K308+070右側(cè)滑坡段路基內(nèi)側(cè)布設(shè)兩排抗滑樁板墻進(jìn)行支擋,其中一排樁長(zhǎng)26 m,樁徑(2×2.5)m,共11根樁,另一排樁長(zhǎng) 24 m,樁徑(2 ×2.5)m,共10根樁。在施工抗滑樁之前應(yīng)對(duì)滑坡前緣進(jìn)行反壓,因滑坡仍在滑移,前緣剪出口已被揭穿,否則,很難進(jìn)行抗滑樁施工。在K307+705~K307+897段橋梁樁基及墩柱右側(cè)設(shè)置樁板墻,樁長(zhǎng)28 m~33 m,樁徑(1.5×2)m,共54根樁。在每段樁板墻設(shè)置6 m的擋土板。

3)錨索框格梁防護(hù):根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告,確定K307+672~K307+720右側(cè)、K307+836~K307+920右側(cè)邊坡采用從上往下設(shè)置長(zhǎng)為15 m,20 m,25 m,30 m,共4排6φj15.24的錨索 C25鋼筋混凝土框格梁。

4)柔性防護(hù):K307+620~K307+760段崩塌壁上有危巖體分布,隨時(shí)都有可能墜落,對(duì)施工及后期運(yùn)營(yíng)有較大威脅,在陡壁上以柔性網(wǎng)作主動(dòng)防護(hù)。

5)生態(tài)防護(hù):坡面以灌木進(jìn)行生態(tài)防護(hù),防止雨水對(duì)坡面的沖刷,坡面做好截、排水工程。

5 結(jié)語(yǔ)

公路通車已經(jīng)5年,該段邊坡沒有繼續(xù)發(fā)生變形,橋梁運(yùn)行狀況良好。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形地貌地質(zhì)情況進(jìn)行邊坡防護(hù)的施工綜合治理是成功的。故邊坡的治理必須根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際地質(zhì)、地形地貌,分析邊坡變形形成機(jī)制,因地制宜地確定施工方案。

[1]昭待公路K307+715~K308+070工程地質(zhì)勘察報(bào)告[R].

[2]GB 50021-2001,巖土工程勘察規(guī)范[S].

[3]昭待公路K307+715~K308+070邊坡治理施工設(shè)計(jì)圖[Z].

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