鄂西高速公路王家灣滑坡形成機制及治理措施動態設計研究

　　摘要:通過分析鄂西山區高速公路王家灣滑坡的工程地質條件及其形成機理，依據地勘成果資料，采用剩余推力法和Sarma法對三種工況下的滑坡體進行穩定性計算，結果表明坡體處于欠穩定狀態，在分析滑坡體綜合特征條件下，及時制定了抗滑樁結合排水設計治理方案。而滑坡深部變形監測成果表明，大樁號段滑坡的滑帶深度比預判的要深，且在工程施工的影響下，局部位置的滑帶深度有向深部發展的趨勢，會嚴重影響了王家灣大橋安全，為此，及時動態設計優化方案(修改樁長或樁徑)和局部增加抗滑樁、鋼軌樁等措施，避免了設計富裕度不足埋下的隱患。施工后期監測成果表明，坡體深部變形收斂趨勢明顯，治理效果顯著，運營期監測成果顯示橋梁運行穩定。

　　關鍵詞:高速公路,王家灣滑坡,形成機制,穩定性分析

　　近年來，隨著我國中西部高速公路建設的快速發展，在山區公路建設中由于施工影響而引發古滑坡“復活”的現象時有發生，不但造成投資成本的增加和工期的延誤，甚至給高速公路安全運營帶來嚴重的威脅。針對滑坡的地質條件、變形特征、形成機制等綜合因素進行分析，評價滑坡的穩定性狀態和工程活動影響下的發展趨勢，在安全適用、技術可行、經濟合理的前提下，對滑坡進行根治是高速公路建設中防災減災的核心問題[1～2]。本文以宜巴高速公路王家灣滑坡作為研究對象，開展公路建設擾動條件下的滑坡復活機制，及治理措施動態設計研究。

　　1工程概況

　　宜巴高速公路位于湖北省西部，項目區山高坡陡，構造運動強烈，巖體破碎，氣候濕潤多雨，滑坡、崩塌較發育，特別是巴東縣轄區內廣泛分布著巴東組紫紅色泥巖易滑地層，在工程施工過程中經常引發人工滑坡或古滑坡復活。

　　宜巴高速公路王家灣滑坡體位于巴東縣溪丘灣鄉白灣村，高速公路設計以分離式橋梁從滑坡前緣通過;本路段屬構造剝蝕、侵蝕中低山河谷斜坡地貌區，區內峰頂標高650～900m，坡面寬緩，自然坡度在20°～35°之間，兩側發育凹溝，滑坡影響路線長275m，平面寬度390m，面積約10萬m2，滑坡體約60萬m3，坡體平面形態呈“簸箕”狀;地層總體呈單斜構造，順向坡結構。地層巖性上覆蓋層為第四系崩坡積(Qcol+dl)粉質粘土及含碎石粉質粘土，深度9.9～19.8m，厚度分布規律為沿路線方向逐漸變厚，從后緣到前緣逐漸變厚;下覆基巖為三疊系中統巴東組(T2b)紫紅色粘土質粉砂巖和含灰質粉砂質粘土巖，夾泥灰巖、細砂巖和灰綠色泥巖條帶。滑坡體上多為農耕地，大樁號段為古滑坡體，此段為梯級狀水田，具備匯水條件，地表水、地下水較發育，主要接受大氣降水補給。

　　1.1地形地貌

　　滑坡區屬構造剝蝕中低山斜坡地貌區，區域內峰頂標高1200～1300m，溝底標高600～610m。滑坡后緣高程約880m。溝谷狹長，溝底平緩，近東西向展布。在建公路沿該狹長沖溝南岸坡中部展線，展線坡面沖溝發育，凹溝、凸坡相間展布，橋位跨越地形以凹坡地形為主，地面標高670～710m，該凹坡朝北，自然坡角15～35°，坡面多分布旱地、水田，鄰近有居民點集居。YK144+315附近發育一近南北向沖溝，溝底寬3～5m，切割深約10～20m，沖溝兩岸地形較陡，坡角40～75°。橋位跨越段坡面為農耕區，植被不發育。

　　1.2地質構造

　　滑坡區位于秭歸盆地西翼，上覆第四系崩坡積(Q4c+dl)碎塊石、含礫粘土，厚度較大。下伏巴東組第三段(T2b3)灰綠色泥灰巖、紅色粉砂質泥巖。地層傾向北西340°，傾角44°，與坡面構成斜交～順向結構滑坡。

　　1.3地層巖性

　　根據工程地質調繪、鉆探揭露及室內巖土試驗結果并參考詳勘階段資料，本次勘探深度范圍內地層主要由第四系地層和三疊系中統巴東組(T2b)粉砂質泥巖夾泥灰巖構成，依據各巖土層的成因類型、地質時代、風化程度及強度差異可分為二層共四亞層。各層工程地質特征分述如下:碎塊石(Qc+dl):層厚0.0～16.0m，灰綠、紫紅、灰黑等雜色，稍濕，中密狀，主要由塊石、滾石等構成，巖性以砂巖、粉砂質泥巖、含炭粘土巖等構成，巖心以柱狀、碎塊狀為主，局部夾粘土，承載力基本容許值[fao]=450kPa，摩阻力標準值qik=150kPa。強風化粉砂質泥巖夾泥灰巖(T2b):層厚2.0～13.1m，紫紅色，泥質粉砂結構，中厚層狀構造，節理裂隙發育，巖心多呈碎塊夾泥狀，巖質較軟。

　　承載力基本容許值[fao]=450kPa，摩阻力標準值qik=150kPa。中風化粉砂質泥巖夾砂巖、泥灰巖(T2b)，揭露厚度16.1～28.0m，其中:中風化粉砂質泥巖，紫紅色，主要礦物成分為粘土礦物，泥質結構，中厚層狀構造，節理裂隙不均勻發育，巖心多呈中長柱狀，巖石新鮮，巖質較軟，根據試驗結果，巖石飽和抗壓強度為Raj=8.5～33.5MPa，標準值17.6MPa，軟化系數平均值0.52。承載力基本容許值[fao]=1000kPa。

　　中風化泥灰巖，呈灰綠色，揭露厚度一般2.0～6.1m，節理裂隙不甚發育，巖心以柱狀為主。根據試驗結果，巖石飽和抗壓強度為Raj=31.0～70.3MPa，平均值48.7MPa，軟化系數平均值0.68。承載力基本容許值[fao]=1200kPa。

　　1.4氣象水文條件

　　滑坡區地表水主要為大氣降水、山間溪溝流水及坡表農田蓄水。在建大橋跨越的山間沖溝，為坡面流水匯集、排泄通道，其匯水面積有限，沖溝中季節性有水，旱季多呈干涸狀。地表水對本段滑坡的影響主要為大氣降水沖刷滑坡坡表，浸潤滑體，增大容重。

　　農田蓄水對邊坡的影響主要為長時間浸潤滑體。根據地下水含水層性質，賦存狀態、運移特點，區內地下水可分為松散巖類孔隙滯水及基巖裂隙水兩類:①孔隙水:主要分布于斜坡表層松散崩坡積層孔隙中，呈不連續狀分布，主要接受大氣降水入滲補給，順坡向溝谷地帶側向滲流及蒸發排泄，小部分下滲補給基巖裂隙水。該層滲透性較好，由于斜坡匯水面積較大，補給來源較多，貯水空間大，含水量亦大。雨季橋位施工，有明顯的滲水現象，地下水較豐富，水位11.1～15.4m(相對地面)。

　　②基巖裂隙水:巴東組(T2b)泥巖夾砂巖、泥灰巖地層淺部風化裂隙較發育，為地下水提供了存貯空間，大氣降水垂直入滲、上覆土層中的上層滯水下滲補給為該類型地下水主要的補給來源方式，通過側向逕流向溝谷地帶排泄，受裂隙發育程度，充填物等因素制約，貯水空間有限，水量小，久旱即出現干涸現象。但在長時間降雨條件下施工，開挖有少量滲水現象。下部基巖節理裂隙不甚發育，巖石含、導水性均較差，為區內相對隔水層(段)。

　　1.5地震

　　根據國家《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)附錄A公布的資料，滑坡所在的巴東地區抗震設防烈度(基本烈度)為Ⅵ度，設計基本地震加速度值為0.05g，設計地震分組為第一組。按《公路工程抗震設計規范》的劃分，滑坡山坡覆蓋層可列為Ⅲ類場地土，Ⅲ類場地土特征周期T=0.45s，強風化層可列為Ⅱ類場地土，特征周期T=0.35s，中風化巖列為Ⅰ類場地土，特征周期T=0.25s。

　　2滑坡變形特征及形成機制

　　王家灣滑坡體為一老滑坡體，常年存在蠕滑變形，尤其是大樁號段形成了明顯的錯臺階梯狀水稻田和耕地。2009年11月開始，王家灣大橋施工初期滑坡就開始出現變形;2010年5月份開始，王家灣坡體后緣出現多級環向拉裂縫并下錯，設計部門前期制定了兩排共98根抗滑樁的治理措施，同時開展了深部變形監測。

　　2.1滑坡變形特征

　　王家灣大橋施工期間，滑坡開始出現變形，主要表現為坡體內民房出現開裂、房屋基礎下沉、地表產生裂縫、施工便道擋墻傾覆、橋樁樁基護壁變形以及部分橋樁被剪斷等。坡體內裂縫展布方向與路線方向一致，延伸長度較長，且有進一步發展趨勢。施工便道擋墻出現剪出現象，橋墩擋墻變形明顯，樁孔開挖過程中深部護壁出現開裂，部分已澆灌的橋樁被剪斷，未澆灌的橋樁孔內部滲水、透水現象明顯，且水量較大，未抽水狀態下水位較穩定，說明水體滲流暢通。

　　2.2滑坡形成機制分析

　　滑坡體覆蓋層松散的土體結構，在雨水、便道開挖和樁基爆破開挖等綜合因素作用下發生變形破壞。坡體巖土結構是形成其變形的物質基礎，上覆含碎石粉質粘土夾塊石、碎石土是易變形地層，坡體碎石土易滲水，使其具備變形的物質條件。在雨水作用下，地下水在基巖與覆蓋層界面匯集、集中，弱化潛在破壞面，降低潛在破壞面的抗剪強度指標。在自重和雨水的作用下，滑坡下滑力相對增大，抗滑力相對減少，穩定性系數降低，最終導致坡體變形。坡體前緣的開挖和便道拓寬改變了滑坡前緣的空間條件，為滑坡變形增加了空間條件。滑坡前緣橋樁基礎的開挖爆破，產生的地震波使得坡體的密實狀態和土體結構、構造發生改變，尤其是深部爆破，使得坡體上部土體產生一定的下滑力，導致滑坡變形。

　　3滑坡穩定性分析

　　3.1巖土體參數

　　計算參數選取參照依據:①室內試驗值;②極限平衡反算確定滑帶土體抗剪指標;③參考臨近坡體，采用工程地質類比法取值。

　　4滑坡治理方案及監測設計

　　4.1滑坡治理方案

　　滑坡治理工程設計中，常采用預應力錨桿錨索、邊坡整形、抗滑樁支擋等工程措施結合排水設計方案進行治理。根據王家灣滑坡穩定性計算結果，暴雨工況處于極限平衡狀態，地震工況存在失穩可能，因此，需要采用結構性工程以提高滑坡穩定性。通過對王家灣滑坡體情況的綜合分析，認為坡體松散覆蓋層厚度較大，預應力錨桿錨索加固效果不理想，坡體前緣也無壓腳空間，考慮到治理工程的緊迫性以及公路的長期運營安全，需對滑坡進行徹底根治。

　　根據勘探資料以及穩定性計算分析結果，采用抗滑樁結合排水為主的加固措施。根據勘探資料以及穩定性計算分析結果，采用抗滑樁結合排水為主的加固措施。(1)抗滑樁:在坡體內設計兩排埋入式抗滑樁以抵擋滑坡剩余下滑力。坡體中后部布置41根，坡體中前布置57根，設計樁長在18～30m之間，錨固段設計長度為樁長1/3～1/2，樁徑設計有2.0m×3.0m和2.5m×3.5m兩種;依據深部變形監測資料和挖樁實際揭露情況，大樁號古滑坡體段的滑帶深度比地勘預測的深度要深2.0～3.0m。為此，對此段抗滑樁樁長進行了動態優化設計，并增加了6根小型抗滑樁，確保抗滑樁的錨固段深度達到和滿足規范要求。

　　(2)排水設計:在坡體后緣設置截水溝，坡體內部設置排水溝，將水導向坡體兩側沖溝;同時在大樁號段平坦的水田等耕地中設置支撐滲溝疏排地下水。

　　5結論

　　(1)受工程施工開挖(爆破)和強降雨影響，王家灣古滑坡體初始應力平衡狀態被打破，坡體沿著內部軟弱面和古滑面發生滑動變形，對工程施工及運營安全構成極大了威脅。

　　(2)依據王家灣滑坡的勘探資料，采用剩余推力法和Sarma法對滑坡體進行穩定性計算，制定了抗滑樁結合排水設計治理方案;并結合坡體深部變形監測成果，及時動態優化設計方案，避免了由于設計富裕度不足埋下的隱患。

　　(3)后期監測成果表明，坡體深部變形收斂明顯，坡體基本處于穩定狀態，僅淺層存在蠕滑變形，坡體深部穩定。

　　(4)滑坡深部變形監測不僅能發現滑面的準確位置深度以及掌握滑坡的變形規律，還能為滑坡的治理設計和方案動態優化提供可靠的分析依據，它是研究滑坡變形特征規律的有效手段。

　　參考文獻:

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