云南小磨公路特大高边坡破坏特点与治理

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  【摘 要】通过对云南(小勐养-磨憨)公路一标特大高边坡破坏的分析,介绍了该路边坡变形、滑坍、崩塌等软岩边坡病害的治理思路,以及长锚杆框架梁、抗滑桩、生物防护等措施的综合运用。
  【关键词】软岩;特大高边坡;长锚杆框架梁;抗滑桩;生物防护
  一、工程概况
  (小勐养-磨憨)公路一标在建取土场地,位于景洪市东南部,往勐腊方向2.5Km左右,景勐公路左侧斜坡地带。取土场地由西向东横跨两道近南北走向的小山梁,中段为冲沟分割,整体原始斜坡坡度为15°~40°,总体坡面倾向南,北高南低,地形起伏较大。取土场地原为两道近南北走向的山梁,呈马鞍状,中段为冲沟分割。切坡后形成两个相连的高边坡。目前西侧边坡自上而下开挖至第7级,标高597.0m左右,取土场纵断面K0+80~+100m段坡脚有渗水,从出水点位置至第5级边坡顶出现剪切裂缝,水平剪出3cm左右,在第5级边坡上呈弧形展布,长度30m左右;中部冲沟地段开挖至第5级边坡,开始开挖第4级边坡至标高595.12m时,于2007年12月7日出现滑坡,致使场地内运土便道错断,如果继续开挖边坡,可能造成滑坡和坡体变形进一步发展,灾害范围扩大。
  二、边坡、滑坡区环境地质条件
  (一)地层岩性
  通过工程地质测绘和工程地质钻探揭示,场区内分布的地层为第四系、二迭系上统及华力西期中~酸性侵入岩体。第四系按其成因划分为:人工堆积、滑坡堆积、残坡积。基岩风化程度为:全风化、强风化、强风化夹弱风化,具体分布如下:
  1、第四系滑坡堆积(Qdel4)残坡积土:分布于滑坡后部表层,岩性为含角砾粉质粘土,局部夹粉土,棕红色,干~稍湿,硬塑~坚硬状。钻孔揭露厚度6.6~7.2m。
  2、第四系滑坡堆积(Qdel4)全风化片岩:分布于滑坡前部和后部残坡积土之下,灰褐、灰绿色,微晶结构,片状构造,岩芯呈直径0.5~4cm不等的碎石土状和角砾质粉土状,岩块用手可以折断。近滑动带为含角砾粉质粘土或粘土状、稍湿、硬塑。钻探揭露厚度3.9~8.75m。
  3、第四系残坡积(Qdl+el4)含角砾粉质粘土为主,局部为粉土,分布于原始地面表层,紫红、棕红色,干燥~稍湿,硬塑或稍密状,含角砾约10%,粒径2~10mm不等,次棱角状,成分为强、全风化片岩,极少量石英岩,表层一般为耕植层,含植物根系。厚度1.5~7.2m。
  4、强风化片岩(P2Sc):灰黄、灰褐、紫红色,变粒微晶结构,片状构造,层面上见有云母分布。岩体中构造裂隙发育,岩石破碎呈碎石状,岩块部分用手可以折断。于上下层接触界线不太明显,颜色从灰黄、灰褐过渡呈灰绿色。主要分布于场区内5~15m深度范围内,呈透镜状。厚度一般3~10m不等。
  5、强风化夹弱风化片岩(P2Sc):灰、灰绿色,局部褐黄色,变粒微晶结构,片状构造。层面见有云母和褐色矿物,局部夹石英岩脉,脉厚一般2~5cm,石英脉被压碎。岩中构造裂隙发育,岩石破碎,风化差异较大,少部分岩块用手可以折断。该层分布整个场区,厚度一般5~30m不等。
  (二)地质构造。场区所属一级构造单元为滇藏地槽褶皱区;二级构造单元为三江地槽褶皱系;三级构造单元为澜沧江深断带橄榄坝复向斜;四级构造单元属曼弯褶断系。场地处于两条北西向区域断裂和一条北东向区域断裂及一条近东西向断裂所夹持的地块中,受区域构造的影响,总体呈北西~南东向展布,岩层挤压强烈,纵向呈波状起伏,倾向变化较大,形成一系列的复式褶曲、揉皱,倒转。构造裂隙极为发育,岩石破碎。大部分边坡岩层面与边坡倾向基本一致,对边坡稳定不利,容易顺层面形成滑塌。
  (三)水文地质。该场区地下水类型为第四系孔隙水和山区基岩裂隙水类型。前者为第四系残坡积(Qdl+el4)含角砾粉质粘土、第四系人工堆积(Qme4)素填土、第四系残坡积(Qdl+el4)含角砾粉质粘土含水层;后者为二迭系上统片岩(P2Sc)和华力西期中~酸性侵入体安山质英安岩(P2ξ)构造裂隙水。边坡地下水的来源为边坡以北山区大气降雨补给,总体由北向南迳流往澜沧江河谷内排泄。一般情况下是就地补给、短程运动,就地排泄。根据区域水文地质资料,地下迳流模数0.3~0.9L/s.Km2,属水量贫乏的含水岩层。第四系孔隙水受大气降水渗入补给比较直接,雨季一般处于饱和状态。人工堆积土易形成坍塌和泥石流;含角砾粉质粘土渗透系数K=1.6×10-6cm/s,0.0014m/d。
  三.边坡、滑坡基本特征及成因分析
  (一)边坡变形区
  1、特征。边坡为近期人工开挖边坡。全长440米,原计划开挖边坡分别为:西部K0+000~K0+280为11级,坡比为1:1.0,总高度为111.809米,目前已开挖7级,其中K0+036~K0+135段发生变形开裂,并在K0+036~K0+085段已剪出;中部冲沟底部K0+280共6级,坡比1:1.0,目前已开挖2级,当第3级开挖至标高595.65米时,于2007年12月7日发生滑坡,K0+249~K0+308段产生滑坡段;东部K0+280~K0+440为8级,坡比1:1.0,目前已开挖5级。
  2、边坡变形及成因分析。西側边坡K0+041.5~K0+100第1级边坡于2007年11月28日左右,从坡脚沿326°方向至第1级边坡顶出现剪切裂缝,第3、4级边坡坡面上有长度3~5米,倾向北东和北西的两条裂缝,张开宽度0.2~0.5厘米。开挖至第3级边坡脚时,坡脚有出水现象。K0+206~K0+216段,第1级边坡坡面上发现一条延伸长10米左右、宽2~5毫米的张开裂缝,该裂缝连续性较好,倾向360°,倾角45°,倾向与坡向斜交。
  东侧边坡K0+359~K0+368第3级边坡坡面上有一倾向87°,倾角50°的结构面,有张裂现象,张开宽度3毫米左右;K0+376~K0+391段,最高坡口线以下第3和第52级边坡坡面各出现一条类似的裂缝,产状为4°∠56°和15°∠30°。   综上所述,边坡发生变形的主要原因是:
  ①、坡体出现开裂的部位均为沿倾向4°~15°,倾角30°~71°,倾向45°~85°,倾角24°~71°兩组共轭呈“X”型构造裂隙面发育。二组节理沿走向部分地段出现反方向倾斜,因此裂隙面为波状起伏的结构面。
  ②、边坡开挖,形成高陡临空面,坡体应力改变,破坏了坡体原有平衡。
  (二)滑坡坍塌区
  1、特征。滑坡出现在取土边坡中部冲沟源头地带,取土场地纵断面K0+249~K0+308间,地形相对低洼,有利于地表迳流汇聚。地表植被发育,两条废弃施工便道,便道下方有松散弃土堆放,入渗条件较好,土体容易软化。
  2、滑坡成因分析。滑坡形成的内在因素一是地形相对低洼,有利于地表水的汇聚、入渗;二是岩石为软质岩体,构造裂隙极为发育,岩石破碎,风化强烈;三是岩石中发育产状为225°∠38°的构造裂隙面,倾向与边坡倾向基本一致。诱发因素主要为边坡开挖,形成高陡临空面,坡体应力改变,破坏了坡体的平衡,在坡体上部重力作用下使坡体沿外倾结构面产生变形破坏而形成滑坡。滑坡的变形特征是中后部为拉张裂缝,前部及前缘裂缝为剪切性质,因此滑坡的形成是由于开挖边坡,使边坡中前部压重减小,在重力作用下,坡脚变形剪出形成滑坡。所以该滑坡力学性质属混合型。既有牵引性质又有推移性质。初期以牵引为主,后期以推移为主。
  四、边坡、滑坡参数取用及推力计算
  1、边坡、滑坡稳定性状态
  从现场实际情况分析,滑坡发生在12月,且并未伴随明显降雨,坡体含水不明显,1-1剖面、2-2剖面、3-3剖面边坡已经开裂,但尚未贯通,根据裂缝发育情况可以判断其具有延伸趋势,4-4剖面仅发现一条裂缝,但是难以判断其贯通、延伸趋势,5-5剖面为发生较大位移滑坡区,滑坡体解体严重,滑坡前沿鼓胀明显,根据钻孔资料反应,滑动面特征明显,据此判定其稳定性小于临界稳定状态,6-6剖面、7-7剖面仅在坡顶发现数条短裂缝,但是难以判断其贯通、延伸趋势。
  所以通过定性分析法和定量分析法(块体极限平衡法)相结合得边坡各剖面稳定系数见下表:
  图12-2剖面裂缝图
  2、边坡、滑坡(潜在)不稳定边坡力学参数取值
  根据边坡、滑坡的变形和稳定形状态,结合现场调查及综合分析,分别取不同的安全系数对各剖面进行参数反算。计算结果如下表2:
  3、边坡、滑坡、(潜在)不稳定边坡推力计算
  计算工况及荷载组合:
  根据滑坡发生的地质背景和形成机制,稳定性计算分以下四种工况:
  工况Ⅰ:天然状态。考虑坡体在现阶段的地质条件下不受外界扰动的稳定状况。
  工况Ⅱ:暴雨状态。考虑今后在滑坡区在遭遇暴雨时地表排水工程失效造成降雨下渗造成滑体重量增加,因为C、φ值均为采用的反算结果,并无较为可靠的试验资料可供使用,所以不再进行折减。
  工况Ⅲ:地震状态。即在工况Ⅰ的基础上加上地震荷载的作用。
  工况Ⅳ:地震+暴雨。针对滑坡考虑不利组合(根据《建筑抗震设计规范》(GB50011—2001)及1/400万《中国地震动参数区划图》(GB18306—2001),场区抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度值为0.20g)
  根据上述参数,采用不平衡推力传递系数法,主要对5剖面进行推力计算,计算结果见表4:
  图25-5剖面推力计算条块划分图
  五、边坡、滑坡综合治理措施
  针对取土场599高程平台以上边坡、滑坡的工程特性,本取土场边坡、滑坡分成3个部分组成,K0+000~K0+256段边坡、K0+2546~K0+300段滑坡、K0+300~K0+400段边坡。现对这各部分治理分别进行介绍:
  1、K0+000~K0+256、K0+300~K0+400段边坡加固
  由于边坡全风化~强风化土层厚度较大,10~20余米,在开挖卸载的情况下,坡口产生卸荷拉裂,并于剪应力集中区发生蠕变,针对这种情况,采用注浆长锚杆框架梁进行边坡加固,以便增强坡体相应部位强度,防止坡体产生过大变形。
  根据勘察资料,注浆锚杆必须穿过潜在滑动面,具体布置为:
  K0+030~K0+092分级布置,每级边坡4排注浆长锚杆,单根锚杆长为22-25米,锚杆由3根Φ32钢筋并列焊接而成,锚孔纵、横间距3.0×3.0m,锚杆与框架连接以增强整体性,框架梁截面宽×厚=0.4×0.4m,主要考虑加固风化土质边坡和加固剪应力集中区域。
  K0+092~K0+140分级布置,于最上面4级边坡布置框架锚杆,其中4级边坡主要考虑加固结构面、层面外倾部分坡体;每级边坡4排注浆锚杆,锚杆以框架连接以增强整体性。其1、2、3级边坡岩层中有大量的石英脉,增强了岩体强度,采用生物防护。
  K0+140~K0+256分级布置,于最上面3级边坡布置框架锚杆,每级边坡4排注浆锚杆,锚杆以框架连接以增强整体性,主要考虑加固风化土质边坡和加固剪应力集中区域。其余部分采用生物防护。
  K0+300~K0+400段边坡在最上面3级边坡布置框架锚杆,每级边坡4排注浆锚杆,锚杆以框架连接以增强整体性,主要考虑加固风化土质边坡和加固剪应力集中区域。其余部分以护坡植草防护
  图3K0+000-K0+256段立面图
  图4边破断面图
  2、K0+256~K0+300段滑坡治理
  在地震+暴雨工况下,滑坡的最终下滑力为1489KN/m,推力较大。根据地勘资料及现场实际情况,滑坡体解体严重,后缘形成了1.5米的陡坎。针对这种情况,采用锚筋束框架梁+抗滑桩进行边坡加固措施。
  根据勘察资料,锚筋束必须穿过潜在滑动面,具体布置为:   边坡清方后,对滑坡进行推力计算,在暴雨+地震的工况下,滑坡的最终下滑力为600KN/m。可见,清方后,滑坡仍然处于不稳定状态,需再采取加固措施,根据清方后的滑坡形态,在清方后的1级~3级边坡上分别设置4排框架锚筋束,单根锚筋束长度为23m,锚筋束由6根公称直径15.2mm高强度低松弛钢绞线组成,钻孔直径大于130mm,锚筋束的框架梁纵、横间距为4.0×3.0m,厚为0.4cm;锚筋束的设计抗拔力为380KN,锚筋束打入滑面以下8m。
  设置锚筋束后滑坡的剩余下滑力为127KN/m,于是根据清方后的滑坡形态,在标高为601.84的平台处设置抗滑桩,设桩处的剩余下滑力1800KN/m,抗滑桩前缘抗滑力为1673KN/m,桩前被动土压力为1962KN/m,于是以桩前抗力折减50%计入抗滑樁计算,则设桩处的计算下滑力963KN/m。
  截面尺寸为1.8米×2.5米,桩长18米,悬臂段长11米,间距5.5米,采用M法计算,桩底支承自由,经计算,抗滑桩最大弯距为47571KN.m,最大剪力为14006KN,最大侧向土压力为2.37Mpa,满足设计规范要求。《建筑边坡工程技术规范》(GB50330-2002)
  图5K0+256-K0+300段立面图
  图6K0+256-K0+300段断面图
  六、结语
  通过对K0+000-K0+400段边坡、滑坡整治工程的工程实践,对边坡、滑坡整治工程的几点体会:
  ①对于高边坡滑坡整治要本着“标本兼治”的原则,详细调查了解工程地质情况,正确分析其变形破坏的原因,针对主要因素进行综合整治,才能做到安全、经济、有效的目的。
  ②针对边坡坡体的不同部位,根据具体情况,采用不同的支档加固措施。使得整个整治措施经济合理。
  ③认真研究边坡防护及综合治理方案,积极采用新技术、新材料、新工艺,提高治理水平,加大环境保护力度,以减少公路的安全隐患。
  通过以上云南小磨公路一标特大高边坡破坏的分析和长锚杆框架梁、抗滑桩、生物防护治理等措施的阐述,能对相关的技术人员有所帮助,不足之处,望各为同仁提出宝贵意见!
  参考文献:
  [1]张斌,马征军,向科明.高速公路泥岩高边坡破坏特点与治理[J].路基工程,2003,03:69-71.
  [2]程国建.层状岩质边坡稳定性分析[D].重庆大学,2008.
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