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文章学习

某高铁站公路连接线边坡滑塌原因分析及处治设计

时间:2024/6/14 8:27:47   作者:未知   来源:交通科技与管理   阅读:36   评论:0
内容摘要:赵志超(山西省交通规划勘察设计院有限公司,山西 太原 030032)摘要 我国交通基础设施对社会发展有着显著的促进作用,其中,公路作为连接区域之间的纽带,起着不可替代的作用。为了解决公路建设边坡施工过程中出现的滑塌现象,文章采用案例分析法,针对某一公路边坡开挖过程中出现...
赵志超
(山西省交通规划勘察设计院有限公司,山西 太原 030032)
摘要 我国交通基础设施对社会发展有着显著的促进作用,其中,公路作为连接区域之间的纽带,起着不可替代的作用。为了解决公路建设边坡施工过程中出现的滑塌现象,文章采用案例分析法,针对某一公路边坡开挖过程中出现的滑塌迹象,通过折线形滑面对边坡进行稳定性分析。通过分析得出,该滑坡剩余下滑力在正常工况、暴雨工况、地震工况下安全性均不足。根据计算结果及场边环境提出相应的处治方案,该方法可以为同类边坡处治提供借鉴。
关键词 一级公路;边坡滑塌;处治设计
中图分类号 U418.55  文献标识码 A  文章编号 2096-8949(2024)05-0096-03
0 引言 
在公路建设工作中,经常遇到边坡滑塌的情况。导致边坡滑塌的原因有很多,因此需要结合实际情况进行分析,才能找到科学合理的处治方法。为了更加有效地处理边坡滑塌问题,接下来结合具体工程实践进行探讨。
1 工程概况
该工程为某高铁站与县城之间新建公路连接线项目,公路等级为一级公路。该项目主线与既有省道采用互通立交的方式交叉。既有省道为二级路设计标准,项目实施对互通范围内既有省道进行改造,该段边坡坡顶平台建有当地敬老院,挖方边坡最大挖深为17.2 m。原施工图设计在左侧第一级边坡设置C20片石混凝土路堑挡土墙,该路堑挡土墙顶宽为120 cm,面坡为1∶0.75,背坡为1∶0.4。在开挖该段路堑边坡的过程中,发现该段路堑边坡顶的敬老院院内,出现多处裂缝,裂缝宽度约0.8 cm,裂缝落差高度约2 cm。为避免边坡进一步滑塌,影响敬老院的安全,施工单位对裂缝进行了封闭处理、对边坡采用台阶形混凝土浇体进行反压处理,临时维护边坡的稳定。具体情况如图1所示。


图1 工程概况图
2 工程地质条件
2.1 地形、地貌
该路堑建设场地在地貌单元上属黄土丘陵区,微地貌主要为黄土梁、黄土峁、黄土陡坎、冲沟等为主,整体地势南北两侧低中间高,梁顶为塬峁状,地形相对较缓,梁侧冲沟较发育,沟岸较陡,以陡坡—陡坎为主。该路堑范围内为既有省道开挖形成的人工地形,地形起伏变化不大,地面标高介于1 011.04~1 028.29 m之间,相对高差约17.3 m;区内斜坡多为陡坡及陡坎,自然边坡处于稳定状态,局部坡面存在崩塌现象。区内地表植被稀少,主要为杂草及小型灌木。
2.2 地层岩性
根据地质调绘和钻探资料,边坡地层由第四系下更新统洪积(Q1pl)粉质黏土、粉砂;新近系(N2)泥岩、粉砂;上更新统(Q2pl)粉质黏土及全新统(Q4ml)填筑土组成。现将各地层具体岩性特征分述如下:
①填筑土(Q4ml):杂色,稍湿,稍密,成分以碎石、粉土为主,表层0.4 m为水泥板及沥青层。
②粉质黏土(Q2pl):红褐色,可塑,含云母及砂质,土质不均匀,局部夹薄层粉砂。
③粉砂(Q1pl):褐黄色,中密,颗粒成分以石英、长石为主,砂质不纯,夹薄层粉土、粉质黏土,混有大量粉土。
④粉质黏土(Q1pl):青灰色,可塑,含黑色条纹及锈黄色条纹,刀切面较光滑。
⑤粉质黏土(Q1pl):青灰色夹灰黄色,可塑—硬塑,含云母及黑色条纹,刀切面较光滑,局部夹薄层粉砂。
⑥粉砂(Q1pl):褐黄色,中密,颗粒成分以石英、长石为主,砂质不纯,夹薄层粉土、粉质黏土,混有大量粉土。
⑦泥岩(N2):黑灰色灰白色,泥质结构,层状构造,泥质胶结,具水平层理,局部夹紫红色黏土。
⑧粉砂(N2):灰色,密实,颗粒成分以石英、长石为主,砂质不纯,夹薄层粉质黏土及粉黏条带。
2.3 地质构造及地震
项目区地处太行山块隆西翼,位于晋获褶断带和武阳坳褶带之间,沁水块坳中北段西部,区域内总体构造形态为走向NNE,倾向NW的单斜构造,受新华夏系构造运动的影响,区域性的褶曲呈雁行排列,彼此平行。地层倾角一般在2 °~13 °,局部倾角较大。项目区内的抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.1 g,设计地震分组为第三组,特征周期0.45 s。
2.4 水文地质条件
路堑区地下水类型为第四系松散岩类孔隙水,地下水主要接受大气降水入渗补给。水量总体随季节变化明显,地下水径流方向为顺地形由高到低径流运动。局部因粉质黏土、黏土阻隔,形成上层滞水,但富水性弱。
2.5 滑体特征
滑坡在平面形态上呈舌形,长约100 m,宽约240 m,面积约为12 000 m2,主滑塌方向NW44 °,中厚度约为6~8 m,属浅层小型滑塌。后缘错位高度约6 m,前缘位于左侧路堑边坡第二级平台。在该滑塌后缘发育有拉张裂缝,裂缝走向230 °,宽度约0.2~0.4 m,深度约2~4 m。滑坡现场情况如图2所示。


图2 滑坡现场情况图

3 边坡滑移分析
据现场调查了解,原边坡处于稳定状态,2020年10月道路施工对该边坡进行开挖,受连续降雨影响,坡体在重力作用下发生整体性的塑性变形,致使边坡发生滑动[1]。滑坡后缘出现拉张裂缝,滑坡前缘出现微小变形及裂缝,一方面大气降水顺砂层渗透至粉质黏土,对粉质黏土产生浸润、软化作用,使土体结构遭到破坏,减小了土体的强度,促使土体沿着软弱面等不良结构面产生滑动;另一方面大气降水增大了坡体岩土体的含水量,使土体达到塑性状态而降低了土体的稳定性,强降雨或持续降雨时,雨水大量下渗,导致边坡土体达到或接近饱和,从而增加了土体的重度,降低了土体的抗剪强度。由于地下水的作用,对坡体产生静力压力,使坡体受到沿临空面的侧向压力,稳定性降低,从而产生局部滑塌[2]。施工单位紧急对边坡采用台阶形混凝土挡墙进行临时支挡,但是后期混凝土挡墙又出现裂缝。故滑坡一直在活动,只是幅度较小[3]。
4 滑坡稳定性计算
滑带土的剪切强度直接影响计算推力的数值和整治工程量与整治方案,选择合理的强度参数是计算滑坡推力的关键。该滑坡滑带土的抗剪强度是根据工程经验和类比,通过反算法间接获得。根据边坡破坏的形态,选择代表性断面,通过分析边坡的滑动状态,边坡处于蠕动变形中,选择稳定系数Ks为0.97,滑体取天然重度平均值γ=19 kN/m3。利用“理正岩土”计算软件结合裂缝位置推断潜在滑动面,选取C值,反算φ值。计算参数如下:黏聚力C=16.5 kPa,天然内摩擦角φ=10.2 °,天然容重γ=19 kN/m3,饱和黏聚力Cb=15.5 kPa,饱和内摩擦角φb=9.7 °,饱和容重γb=19.5 kN/m3。
滑坡剩余下滑力计算采用《公路路基设计规范》(JTG D30—2015)推荐的传递系数法,分别对正常工况、非正常工况I(暴雨)和非正常工况Ⅱ(地震)进行计算,选择剩余下滑力最大的工况进行支挡设计。经过计算,拟设抗滑桩处的滑坡剩余下滑力计算结果如表1所示:

表1 滑坡剩余下滑力计算结果表
工况组合 安全系数 Ⅰ型抗滑桩剩余
下滑力/(kN/m) Ⅱ型抗滑桩剩余
下滑力/(kN/m)
正常工况 1.30 776 389
暴雨工况 1.20 727 353
地震工况 1.10 693 389


5 滑坡处治设计
根据剩余下滑力计算结果,在路堑边坡顶部沿养老院院墙采用Ⅰ型抗滑桩进行处治,Ⅰ型抗滑桩采用C30混凝土圆形抗滑桩,桩径2.5 m,桩间距5 m,桩长29 m。如图3所示。
边坡顶部Ⅰ型抗滑桩施工完成起到支挡作用后,按路线设计边坡进行开挖,边坡坡率为1∶1,并对临时支挡进行部分拆除。待边坡开挖至一级平台处,沿一级平台内侧采用Ⅱ型抗滑桩进行支挡,Ⅱ型抗滑桩采用C30混凝土圆形抗滑桩,桩径1.5 m,桩间距2.5 m,桩长16 m。
Ⅱ型抗滑桩起到支挡作用后,边坡继续开挖,同时拆除剩余临时支挡,开挖至原设计标高处。一级边坡采用片石混凝土挡墙支挡封闭,挡墙顶宽0.8 m,面坡坡率1∶0.5,背坡坡率1∶0.3。
施工过程中应加强对边坡的变形监测,抗滑桩成孔采用旋挖钻进行挖孔同时抗滑桩施工过程中严禁全断面开挖,并严格按照“跳二挖一”的顺序开挖。抗滑桩施工完成后才能进行边坡开挖。边坡开挖时应自上而下,向两侧坡体顺势渐变,保持两侧坡体稳定。施工期间应加强对边坡的定向监测,若有情况应及时上报并采取必要的紧急防护措施。监测点布置如图4所示。

6 结语
公路修建过程中不可避免地会对山体进行大面积开挖,这不仅对自然环境造成了严重破坏,还可能诱发和加剧各种地质灾害,对周边的建筑物造成巨大的安全隐患。
(1)公路选线过程中应当注意施工场地周边环境,避免在建筑物附近造成深挖方。
(2)对路线确需穿越重要构筑物的路段,勘察设计阶段应加强勘察,边坡处治方案应认真比选研究。设计方案要保证边坡开挖后的稳定性,同时施工过程中应避免大面积开挖,以免造成边坡失稳破坏,对周边建筑物产生影响。
(3)针对地质条件复杂、挖方高度大且附近存在建筑物的边坡,增设适当的工程支挡措施如抗滑挡墙、抗滑桩是必要的。

参考文献
[1]张叔恩. 某高速公路砂砾岩边坡滑塌处治研究[J]. 江西建材, 2021(7): 204-205. 
[2]周玮. 高速公路路基边坡的滑塌防护设计研究[J]. 运输经理世界, 2021(20): 32-34. 
[3]江漫雪. 在建二级公路边坡滑塌的病害调查与形成机制研究[J]. 交通世界, 2021(20): 43-44. 

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