鄂西高速公路王家湾滑坡形成机制及治理措施动态设计研究

　　摘要:通过分析鄂西山区高速公路王家湾滑坡的工程地质条件及其形成机理，依据地勘成果资料，采用剩余推力法和Sarma法对三种工况下的滑坡体进行稳定性计算，结果表明坡体处于欠稳定状态，在分析滑坡体综合特征条件下，及时制定了抗滑桩结合排水设计治理方案。而滑坡深部变形监测成果表明，大桩号段滑坡的滑带深度比预判的要深，且在工程施工的影响下，局部位置的滑带深度有向深部发展的趋势，会严重影响了王家湾大桥安全，为此，及时动态设计优化方案(修改桩长或桩径)和局部增加抗滑桩、钢轨桩等措施，避免了设计富裕度不足埋下的隐患。施工后期监测成果表明，坡体深部变形收敛趋势明显，治理效果显著，运营期监测成果显示桥梁运行稳定。

　　关键词:高速公路,王家湾滑坡,形成机制,稳定性分析

　　近年来，随着我国中西部高速公路建设的快速发展，在山区公路建设中由于施工影响而引发古滑坡“复活”的现象时有发生，不但造成投资成本的增加和工期的延误，甚至给高速公路安全运营带来严重的威胁。针对滑坡的地质条件、变形特征、形成机制等综合因素进行分析，评价滑坡的稳定性状态和工程活动影响下的发展趋势，在安全适用、技术可行、经济合理的前提下，对滑坡进行根治是高速公路建设中防灾减灾的核心问题[1～2]。本文以宜巴高速公路王家湾滑坡作为研究对象，开展公路建设扰动条件下的滑坡复活机制，及治理措施动态设计研究。

　　1工程概况

　　宜巴高速公路位于湖北省西部，项目区山高坡陡，构造运动强烈，岩体破碎，气候湿润多雨，滑坡、崩塌较发育，特别是巴东县辖区内广泛分布着巴东组紫红色泥岩易滑地层，在工程施工过程中经常引发人工滑坡或古滑坡复活。

　　宜巴高速公路王家湾滑坡体位于巴东县溪丘湾乡白湾村，高速公路设计以分离式桥梁从滑坡前缘通过;本路段属构造剥蚀、侵蚀中低山河谷斜坡地貌区，区内峰顶标高650～900m，坡面宽缓，自然坡度在20°～35°之间，两侧发育凹沟，滑坡影响路线长275m，平面宽度390m，面积约10万m2，滑坡体约60万m3，坡体平面形态呈“簸箕”状;地层总体呈单斜构造，顺向坡结构。地层岩性上覆盖层为第四系崩坡积(Qcol+dl)粉质粘土及含碎石粉质粘土，深度9.9～19.8m，厚度分布规律为沿路线方向逐渐变厚，从后缘到前缘逐渐变厚;下覆基岩为三叠系中统巴东组(T2b)紫红色粘土质粉砂岩和含灰质粉砂质粘土岩，夹泥灰岩、细砂岩和灰绿色泥岩条带。滑坡体上多为农耕地，大桩号段为古滑坡体，此段为梯级状水田，具备汇水条件，地表水、地下水较发育，主要接受大气降水补给。

　　1.1地形地貌

　　滑坡区属构造剥蚀中低山斜坡地貌区，区域内峰顶标高1200～1300m，沟底标高600～610m。滑坡后缘高程约880m。沟谷狭长，沟底平缓，近东西向展布。在建公路沿该狭长冲沟南岸坡中部展线，展线坡面冲沟发育，凹沟、凸坡相间展布，桥位跨越地形以凹坡地形为主，地面标高670～710m，该凹坡朝北，自然坡角15～35°，坡面多分布旱地、水田，邻近有居民点集居。YK144+315附近发育一近南北向冲沟，沟底宽3～5m，切割深约10～20m，冲沟两岸地形较陡，坡角40～75°。桥位跨越段坡面为农耕区，植被不发育。

　　1.2地质构造

　　滑坡区位于秭归盆地西翼，上覆第四系崩坡积(Q4c+dl)碎块石、含砾粘土，厚度较大。下伏巴东组第三段(T2b3)灰绿色泥灰岩、红色粉砂质泥岩。地层倾向北西340°，倾角44°，与坡面构成斜交～顺向结构滑坡。

　　1.3地层岩性

　　根据工程地质调绘、钻探揭露及室内岩土试验结果并参考详勘阶段资料，本次勘探深度范围内地层主要由第四系地层和三叠系中统巴东组(T2b)粉砂质泥岩夹泥灰岩构成，依据各岩土层的成因类型、地质时代、风化程度及强度差异可分为二层共四亚层。各层工程地质特征分述如下:碎块石(Qc+dl):层厚0.0～16.0m，灰绿、紫红、灰黑等杂色，稍湿，中密状，主要由块石、滚石等构成，岩性以砂岩、粉砂质泥岩、含炭粘土岩等构成，岩心以柱状、碎块状为主，局部夹粘土，承载力基本容许值[fao]=450kPa，摩阻力标准值qik=150kPa。强风化粉砂质泥岩夹泥灰岩(T2b):层厚2.0～13.1m，紫红色，泥质粉砂结构，中厚层状构造，节理裂隙发育，岩心多呈碎块夹泥状，岩质较软。

　　承载力基本容许值[fao]=450kPa，摩阻力标准值qik=150kPa。中风化粉砂质泥岩夹砂岩、泥灰岩(T2b)，揭露厚度16.1～28.0m，其中:中风化粉砂质泥岩，紫红色，主要矿物成分为粘土矿物，泥质结构，中厚层状构造，节理裂隙不均匀发育，岩心多呈中长柱状，岩石新鲜，岩质较软，根据试验结果，岩石饱和抗压强度为Raj=8.5～33.5MPa，标准值17.6MPa，软化系数平均值0.52。承载力基本容许值[fao]=1000kPa。

　　中风化泥灰岩，呈灰绿色，揭露厚度一般2.0～6.1m，节理裂隙不甚发育，岩心以柱状为主。根据试验结果，岩石饱和抗压强度为Raj=31.0～70.3MPa，平均值48.7MPa，软化系数平均值0.68。承载力基本容许值[fao]=1200kPa。

　　1.4气象水文条件

　　滑坡区地表水主要为大气降水、山间溪沟流水及坡表农田蓄水。在建大桥跨越的山间冲沟，为坡面流水汇集、排泄通道，其汇水面积有限，冲沟中季节性有水，旱季多呈干涸状。地表水对本段滑坡的影响主要为大气降水冲刷滑坡坡表，浸润滑体，增大容重。

　　农田蓄水对边坡的影响主要为长时间浸润滑体。根据地下水含水层性质，赋存状态、运移特点，区内地下水可分为松散岩类孔隙滞水及基岩裂隙水两类:①孔隙水:主要分布于斜坡表层松散崩坡积层孔隙中，呈不连续状分布，主要接受大气降水入渗补给，顺坡向沟谷地带侧向渗流及蒸发排泄，小部分下渗补给基岩裂隙水。该层渗透性较好，由于斜坡汇水面积较大，补给来源较多，贮水空间大，含水量亦大。雨季桥位施工，有明显的渗水现象，地下水较丰富，水位11.1～15.4m(相对地面)。

　　②基岩裂隙水:巴东组(T2b)泥岩夹砂岩、泥灰岩地层浅部风化裂隙较发育，为地下水提供了存贮空间，大气降水垂直入渗、上覆土层中的上层滞水下渗补给为该类型地下水主要的补给来源方式，通过侧向迳流向沟谷地带排泄，受裂隙发育程度，充填物等因素制约，贮水空间有限，水量小，久旱即出现干涸现象。但在长时间降雨条件下施工，开挖有少量渗水现象。下部基岩节理裂隙不甚发育，岩石含、导水性均较差，为区内相对隔水层(段)。

　　1.5地震

　　根据国家《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)附录A公布的资料，滑坡所在的巴东地区抗震设防烈度(基本烈度)为Ⅵ度，设计基本地震加速度值为0.05g，设计地震分组为第一组。按《公路工程抗震设计规范》的划分，滑坡山坡覆盖层可列为Ⅲ类场地土，Ⅲ类场地土特征周期T=0.45s，强风化层可列为Ⅱ类场地土，特征周期T=0.35s，中风化岩列为Ⅰ类场地土，特征周期T=0.25s。

　　2滑坡变形特征及形成机制

　　王家湾滑坡体为一老滑坡体，常年存在蠕滑变形，尤其是大桩号段形成了明显的错台阶梯状水稻田和耕地。2009年11月开始，王家湾大桥施工初期滑坡就开始出现变形;2010年5月份开始，王家湾坡体后缘出现多级环向拉裂缝并下错，设计部门前期制定了两排共98根抗滑桩的治理措施，同时开展了深部变形监测。

　　2.1滑坡变形特征

　　王家湾大桥施工期间，滑坡开始出现变形，主要表现为坡体内民房出现开裂、房屋基础下沉、地表产生裂缝、施工便道挡墙倾覆、桥桩桩基护壁变形以及部分桥桩被剪断等。坡体内裂缝展布方向与路线方向一致，延伸长度较长，且有进一步发展趋势。施工便道挡墙出现剪出现象，桥墩挡墙变形明显，桩孔开挖过程中深部护壁出现开裂，部分已浇灌的桥桩被剪断，未浇灌的桥桩孔内部渗水、透水现象明显，且水量较大，未抽水状态下水位较稳定，说明水体渗流畅通。

　　2.2滑坡形成机制分析

　　滑坡体覆盖层松散的土体结构，在雨水、便道开挖和桩基爆破开挖等综合因素作用下发生变形破坏。坡体岩土结构是形成其变形的物质基础，上覆含碎石粉质粘土夹块石、碎石土是易变形地层，坡体碎石土易渗水，使其具备变形的物质条件。在雨水作用下，地下水在基岩与覆盖层界面汇集、集中，弱化潜在破坏面，降低潜在破坏面的抗剪强度指标。在自重和雨水的作用下，滑坡下滑力相对增大，抗滑力相对减少，稳定性系数降低，最终导致坡体变形。坡体前缘的开挖和便道拓宽改变了滑坡前缘的空间条件，为滑坡变形增加了空间条件。滑坡前缘桥桩基础的开挖爆破，产生的地震波使得坡体的密实状态和土体结构、构造发生改变，尤其是深部爆破，使得坡体上部土体产生一定的下滑力，导致滑坡变形。

　　3滑坡稳定性分析

　　3.1岩土体参数

　　计算参数选取参照依据:①室内试验值;②极限平衡反算确定滑带土体抗剪指标;③参考临近坡体，采用工程地质类比法取值。

　　4滑坡治理方案及监测设计

　　4.1滑坡治理方案

　　滑坡治理工程设计中，常采用预应力锚杆锚索、边坡整形、抗滑桩支挡等工程措施结合排水设计方案进行治理。根据王家湾滑坡稳定性计算结果，暴雨工况处于极限平衡状态，地震工况存在失稳可能，因此，需要采用结构性工程以提高滑坡稳定性。通过对王家湾滑坡体情况的综合分析，认为坡体松散覆盖层厚度较大，预应力锚杆锚索加固效果不理想，坡体前缘也无压脚空间，考虑到治理工程的紧迫性以及公路的长期运营安全，需对滑坡进行彻底根治。

　　根据勘探资料以及稳定性计算分析结果，采用抗滑桩结合排水为主的加固措施。根据勘探资料以及稳定性计算分析结果，采用抗滑桩结合排水为主的加固措施。(1)抗滑桩:在坡体内设计两排埋入式抗滑桩以抵挡滑坡剩余下滑力。坡体中后部布置41根，坡体中前布置57根，设计桩长在18～30m之间，锚固段设计长度为桩长1/3～1/2，桩径设计有2.0m×3.0m和2.5m×3.5m两种;依据深部变形监测资料和挖桩实际揭露情况，大桩号古滑坡体段的滑带深度比地勘预测的深度要深2.0～3.0m。为此，对此段抗滑桩桩长进行了动态优化设计，并增加了6根小型抗滑桩，确保抗滑桩的锚固段深度达到和满足规范要求。

　　(2)排水设计:在坡体后缘设置截水沟，坡体内部设置排水沟，将水导向坡体两侧冲沟;同时在大桩号段平坦的水田等耕地中设置支撑渗沟疏排地下水。

　　5结论

　　(1)受工程施工开挖(爆破)和强降雨影响，王家湾古滑坡体初始应力平衡状态被打破，坡体沿着内部软弱面和古滑面发生滑动变形，对工程施工及运营安全构成极大了威胁。

　　(2)依据王家湾滑坡的勘探资料，采用剩余推力法和Sarma法对滑坡体进行稳定性计算，制定了抗滑桩结合排水设计治理方案;并结合坡体深部变形监测成果，及时动态优化设计方案，避免了由于设计富裕度不足埋下的隐患。

　　(3)后期监测成果表明，坡体深部变形收敛明显，坡体基本处于稳定状态，仅浅层存在蠕滑变形，坡体深部稳定。

　　(4)滑坡深部变形监测不仅能发现滑面的准确位置深度以及掌握滑坡的变形规律，还能为滑坡的治理设计和方案动态优化提供可靠的分析依据，它是研究滑坡变形特征规律的有效手段。

　　参考文献:

　　[1]郑颖人，陈祖煜，王恭先，等.边坡与滑坡工程治理[M].北京:人民交通出版社，2007.

　　[2]徐邦栋.滑坡分析与防治[M].北京:中国铁道出版社，2001.

　　[5]JTGD30-2004公路路基设计规范[S].北京:人民交通出版社，2004.

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