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某边坡二次滑塌原因分析及处治方案

 GXF360 2017-12-07


王 颖

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司 沈阳市 110166)

摘 要: 通过对西南地区某在建高速公路边坡二次滑塌变更处理,对路基边坡滑塌原因进行分析,提出变更设计方案及施工注意事项。为类似条件下的边坡防护设计、施工提供参考。

关键词: 高速公路;边坡滑塌;滑塌原因

1 工程概况

我国西南地区某在建高速公路项目,K8+000~K8+290右侧边坡为深挖、顺层边坡,施工图设计原坡率设置为1∶0.5、1∶0.75、1∶0.75、1∶1、1∶1.25,其中一、二、三级采用锚索框架、四级采用锚杆框架、五级灌木护坡绿化对边坡进行防护治理。

边坡开挖至第三级时,边坡第四、五级坡面产生了较大规模的顺层滑动变形。现场设计变更方案为将第一、二级边坡坡率调整为1∶1,第三级边坡坡率调整为1∶1.25,第四级沿层理面(倾角20°)刷坡至坡顶作卸载处理。边坡防护第一、二、三级采用锚索框架植草防护,第四级设计为锚杆框架植草防护。

施工单位按照变更图施工,至2017年6月下旬完成最下一级坡面开挖,至7月中旬第一级坡面开挖后锚索施工尚未完成,由于6月、7月间连续强降雨,期间监测单位加强对边坡监测,根据7月19日前现场监测数据,坡体无较大异常变化。直至7月20日下午6时坡体突然产生下滑,已施工完成的框架出现拉裂、损坏,在第四级坡面顶部出现沿路基纵向贯穿的裂缝,裂缝宽约2.5m,深约8m,裂缝沿坡体外缘延伸,小桩号端裂缝延伸至K8+060,大桩号端裂缝延伸至K8+285。

图1 坍塌全貌图

2 地形地质条件

区内陆貌为低山地貌区,地形坡度约为20°~30°,地势较陡峭,山上植被稀疏,多为小灌木及草丛。自然山坡被不足2m的粘性土覆盖,下伏基岩为三叠系下统茅草铺组强风化、中风化泥灰岩地层,自然坡体稳定性好,未见拉裂、变形及滑动等不良地质现象。

(1)施工图阶段地质情况

勘察阶段地质调查岩层产状情况:层理Cm:140°∠20°,层厚2~50cm;节理J1:240°∠81°,结合程度一般,节理间无充填物,间距30~60cm;节理J2:160°∠75°,结合程度一般,节理间无充填物,间距6~20cm。层理对右侧坡面不利,为顺层边坡。

通过钻孔及室内试验资料显示,该段挖方自地表1m下为中风化泥灰岩,中风化泥灰岩饱和抗压强度为8.22~40.98MPa,为较软岩,层厚2~50cm。

(2)本次坍塌补充勘探地质情况

通过开挖边坡坡面揭示:坡面开挖后在一、二级坡面发现一向斜构造,该向斜构造的核部轴线走向为100°左右,与岩层倾向基本一致,里程桩号为K8+215附近,两翼分别向路线大小里程方向延展。通过对边坡坡面的开挖,坡面的岩层产状进一步揭示,经对整个坡面的岩层产状的详细量测,二级坡面以上岩层倾向介于105°~145°之间,倾角介于17°~20°,二级坡面以下的岩层产状受向斜褶皱的影响,岩层产状变化较大。

边坡开挖揭露的均为中风化泥灰岩,层理发育,竖向节理发育,且层厚不均,局部为页理状薄层泥灰岩,在爆破振动作用及边坡开挖过程中岩体应力松弛,原本闭合的层理、竖向发育的节理裂隙张开,在连续降雨影响下,雨水顺竖向节理下渗至薄层状泥灰岩时,岩层吸水软化,吸水后具有一定的膨胀性,从而沿层理面形成软化层,另外,在下渗至岩层的雨水作用下,层间结合力减弱甚至消失,层间渗水也起到润滑剂的作用。

向斜地质构造、地层岩性、岩层产状成为了控制本边坡稳定的主要因素,在大气降水、施工爆破等因素的影响下导致该边坡局部坡面沿层理面滑塌。

目前该挖方路基已挖至路床,为了分析研究该顺层边坡长期运营是否对路基产生影响,查明路床以下地层地质条件及是否存在软弱层,设计单位于2017年7月31日至8月8日在右幅路基纵向布设并完成3个钻孔。

通过钻探揭露的地层为三叠系下统茅草铺组中风化中厚层夹薄层泥灰岩地层,根据饱和抗压强度属于较软岩,岩体层理非常发育,以中等厚度泥灰岩层为主,厚度为10~35cm不等,局部夹有0.5cm至几公分的薄层泥灰岩,局部岩芯破碎,岩芯放置一段时间有龟裂现象,钻探未发现路基下部有含泥层或泥质软弱夹层。

3 本次滑塌特征及原因分析

3.1 滑塌特征

2017年7月20日坡体突然产生下滑,已施工完成的框架出现拉裂、损坏,在小桩号K8+060~K8+100段坡口外裂缝开口较小,坡面未见明显变形;K8+100~K8+240段第四级坡面中部出现沿路基纵向的后缘大裂缝,裂缝宽约2.5m,深约8m,目测向下还有裂缝,在后缘大裂缝内向坡体侧,出现约4道近平行于路线纵向的小裂缝,裂缝开口宽度约0.2m;后缘大裂缝沿坡体外缘延伸,大桩号端裂缝延伸至K8+285,大桩号侧裂缝宽约0.5~2m。

图2 滑塌范围图

由于坡面变形,小桩号侧K8+060~K8+150坡面剪出口在一级平台处,后逐步向一级中下部倾斜,K8+150~K8+220段一级坡面剪出口距碎落台约2~3m,在K8+220~K8+285段逐渐向二级及坡口线外延伸。

3.2 原因分析

(1)地质构造

开挖揭示挖方段落内存在一向斜构造,由于向斜构造上部较平缓,褶曲特征不明显,在勘察及上部边坡施工过程中难以识别这一地质现象,实际地质条件有所变化;向斜构造可能存在残余构造压力,随着坡体开挖,应力逐渐释放,原本闭合的节理面有张开趋势;另向斜核部受挤压严重,岩体较为破碎;同时由于向斜存在,在降雨天气下,向斜核部接收自上而下以及两侧的渗流,成为地下水汇集区,沿层理面渗出。

(2)地层岩性

挖方段岩层为顺层坡,产状为140°∠20°,岩层走向与路线走向小角度斜交,约17°,岩层倾向近垂直路线,开挖临空后易形成顺层滑动。

由于边坡岩体为薄-中厚层、中风化泥灰岩,饱和抗压强度为8.22~40.98MPa,为中软岩,其中薄层泥灰岩强度较低,易风化。

(3)降雨影响

岩层为薄-中厚层泥灰岩,节理裂隙较发育,受岩性影响,开挖过程中,坡面破损、凹凸不平,造成坡面径流不畅。由于6、7月份雨季降雨量较大(其中6月降雨天数共计21d),下雨过程中,雨水下渗,薄层状泥灰岩软化,导致层间力学强度大幅降低,导致抗滑力下降。

(4)施工影响

由于施工过程中对坡体的人为扰动,岩体完整性下降;施工期较长,坡面长时间暴露,风化加剧,不利坡体稳定。

地质构造及地层岩性是控制边坡稳定的主要因素,而降雨影响及施工影响是造成稳定性下降的诱发因素,这些因素共同作用,导致目前边坡失稳,需要对边坡防护型式进行调整,以确保施工及后期运营安全。

4 处治方案

4.1 方案确定

由于坡体大面积破坏,岩体扰动,完整性很差,无法继续采用锚索防护措施。针对边坡滑塌变形情况,为保证施工过程中人员安全、治理后坡体稳定及施工工期要求等因素考虑,提供了两个边坡治理方案。

(1)方案一:沿岩层层面放缓坡率卸载方案;

(2)方案二:设置抗滑桩并放缓边坡坡率卸载方案。

经过业主组织方案评审会,从施工安全、经济、质量控制、工期、环境保护等综合考虑,参会各方对该边坡治理原则同意设计单位提出的方案一。设计单位为了在保证治理后边坡稳定的前提下,减少挖方量、减少占地,缩短工期,将方案优化为:将碎落台加宽至6m,坡脚沿岩层面刷坡,每15m一级,设置边坡平台,平台宽6m。

4.2 稳定性计算

由于沿层面开挖、设置平台,破坏模式主要为沿层面变形后挤压坡脚,切断坡脚岩体后失稳破坏,属折线滑动。

图3 破坏模式图

坡体岩体为中风化泥灰岩,产状为140°∠20°,岩层理面开挖后,取暴雨工况下Fs=1.0时,沿层面滑动的综合内摩擦角为20°;通过补充地勘,坡脚路面下岩层以中等厚度中风化泥灰岩层为主,厚度为10~35cm不等,由地勘报告知,强风化泥灰岩岩体综合内摩擦角45°,中风化泥灰岩岩体综合内摩擦角54°,考虑坡体运营期暴露时间长,岩体强度有所降低,取坡脚岩体切断破坏时,岩体综合内摩擦角45°。

表1

破坏位置内摩擦角(°)粘聚力(kPa)层理面200坡脚岩体切断450

折线滑动,采用传递系数法,按稳定安全控制系数Fs=1.25,计算不同坡级切断坡脚岩体滑出的剩余下滑力如表2。

表2

坡级稳定安全控制系数剩余下滑力(kN/m)一级1.25-54.886二级1.25-329.930三级1.25-859.034

通过计算,按稳定安全控制系数Fs=1.25计算,开挖完成后,各级沿坡脚切断岩体破坏的剩余下滑力均为负,说明岩体坡脚未破坏,沿层理面刷坡后,能保证坡体安全。

由于按方案开挖边坡后坡面较长,易发生坡面表层岩体剥落、垮塌现象,另坡脚应力集中,不利长期稳定,因此考虑在一、二级边坡高度较大段,坡脚设置5排锚杆框架进行预加固处理;为排出层间渗水,在坡脚设置仰斜式排水孔,以便及时排除坡体积水,防止下渗雨水软化岩体,影响边坡稳定。

5 施工注意事项

高边坡病害治理工程较复杂,合理确定项目的施工顺序显得尤为重要,为确保施工和运营过程中路堑边坡的稳定,除采用合理的支挡加固措施外,还必须采用科学有效的施工方法、工艺及程序,避免施工过程中边坡失稳破坏,造成重大损失,甚至于留下后患,影响边坡的长期稳定和运营的安全。

(1)认真做好各项工程施工组织计划,充分考虑当地季节性气候对施工工艺的影响,尽量避免安排在雨季施工。

(2)开挖施工前及施工过程中须做好地表排水系统,避免出现积水或排水不畅现象,减少雨水对边坡稳定性的影响。

(3)由于沿坡脚岩层面清方,需对已实施的锚杆、锚索进行拆除,施工中应该注意安全特别是预应力锚索,由于还残留有预应力,拆除中应在确保安全的前提下,卸除预应力后,再拆除,以免伤人及毁坏器械。

(4)由于坡体已发生滑塌变形,且还在发展中,清除时应从上往下逐步清除,可先将上部清除土体后卸在坡脚,对现有坡脚进行反压,确保清除垮塌体时,坡体再施工不发生垮塌危险。

(5)此段顺层边坡岩体裂隙发育,沿层面开挖施工中应采用机械开挖施工技术,严禁采用大中型爆破法,减小对坡体人为扰动,保证坡面平整顺直。

(6)从上往下施工,施工完一级后,及时施工平台截水沟,对平台表面及时硬化,避免降雨沿层面下渗,而对岩体完整性及稳定性产生不利影响。

(7)碎落台按设计标高开挖,不得超挖,特别是近一级坡脚位置,以免造成切断坡脚岩层,造成临空失稳下滑。

(8)路堑施工过程中,施工单位应及时联系监测单位,加强边坡监测工作。

6 结语

通过工程实例对边坡滑塌原因进行分析,并相应提出处治方案,对边坡滑塌处理提出施工要求,为其他工程边坡滑塌处理提供借鉴。

Reason Analysis and Treatment Scheme for Secondary Collapse of a Side Slope

WANG Ying

(Liaoning Provincial Communication Planning and Design Institute Co.,Ltd.,Shenyang 110166,China)

Abstract Through the change treatment for secondary collapse of side slope of an expressway under construction in southwest region, the analysis on the reason for side slope collapse of subgrade is made, and the change design scheme and matters needing attention in construction are put forward, so as to provide reference for protection design and construction of side slope under the similar condition.

Key words Expressway; Side slope collapse; Reason for collapse

文章编号: 1673-6052(2017)11-0062-03

DOI:10.15996/j.cnki.bfjt.2017.11.017

中图分类号: U416.1+4

文献标识码: B

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