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1、连霍高速公路K728+950水毁滑坡治理中国华西工程设计建设有限公司郑州分公司 张新春 唐安平 苏聪芳摘要:结合连霍高速公路K728+950水毁滑坡防治工程实例,分析了滑坡形成原因,对滑坡方案进行比选,确定了综合治理方案,强调了施工过程中加强监测,保证施工安全。关健词:水毁滑坡、挡土墙、排水一、滑坡概述2010年夏季由于连续降雨,连霍(G30)高速公路洛阳段K728+900K728+950段南幅二三级边坡坡体滑塌,滑坡体在平面上呈马蹄形,东西长50m,南北宽23m,滑坡体最大厚度8m,平均厚6m,滑坡体积6280m3,将一级边坡护面及坡体挤压破坏,该段边坡防护全部破坏,滑落土体堆积在护坡道及路
2、基边沿,此后随降雨的继续有继续滑塌危险,对高速公路构成严重威胁,由于及时抢险及清理塌落土体,没有影响正常行车。该段滑坡为深挖方路堑边坡滑塌,原边坡为三级边坡,一级边坡高11.18m,坡率为1:0.5;二级边坡高16.24m,坡率为1:0.75;三级边坡高6.8m,坡率为1:0.75,边坡总高度34.22m;边坡均采用805025cm预制混凝土块砌筑封闭(无泄水孔),平台采用浆砌片石铺砌;一、二级边坡平台宽7.0m,三级边坡平台宽5.5m,平台上没有设置平台截水沟;护坡顶无截水沟,护坡顶无硬化。二、环境地质条件1气候、降雨大陆性季风型气候,春夏秋冬,四季分明,日照充足。年平均气温12.4C,极端
3、最高气温41.8C,极端最低气温-18.5C。年平均降水量为666.9mm,年差极大,最多年份为1013.6mm,降雨主要集中在7-9月份,占全年降水量的70%,沿线冲沟发育,水源主要来自大气降水,地表降水下渗形成地下水,地下水位一般7-30m。2.地形、地貌该路段位于豫西中低山区,属深沟、高岭的台子坡地形,滑塌区位于山坡北侧挖方边坡上,山坡上为台子坡地形,较为平坦。3.工程地质滑体物质组成第四系中新统Q2黄褐色、棕红色亚粘土,粘土钙质结核和砾石透镜体层分布,其厚度40m左右。黄褐色亚粘土分布于表层25m,棕黄褐色,土质粘性较大,局部为粘土,中密,=18.5KN/m3;表层以下530m为棕红色
4、粘土,属中更新统Q2洪积黄土,呈致密块状,一般自由膨胀率在30%左右,具有轻度膨胀性,主要表现为碎裂剥落,=18.5KN/m3;滑体下部分部有砾石土层,厚度5m左右,呈层状分布,中密-密实,砾石粒径210cm,含量20%,=22.0KN/m3。三、坡体病害形成机理及稳定性分析经现场察看,确定该段滑坡病害的范围、厚度、体积、主滑动方向,分析滑坡产生的条件、原因、形成机理、发展趋势及对高速公路行车安全的影响为治理设计提供科学依据。1.现场踏勘情况1)坡顶积水坡顶病害处为地势最低处,无排水设施,雨季时雨水汇集于此,无法向外排出,下渗入边坡土体内。2) 边坡全部封闭,渗水无泄水出路该段边坡采用矩形预制
5、砼块铺砌,无泄水孔。坡面全封闭虽然阻止坡面水的渗入,同时也阻止了从坡顶渗入土体内水份的排出,导致土体含水量不断增大。2.滑坡原因分析根据该路段其它地方滑坡监控资料,资料显示,通过采用刚体极限平衡的SARMA法和有限元法对滑坡体进行的有水和无水两种工况的稳定计算,无水情况下滑坡体安全系数介于1.742.14之间,而有水时其安全系数介于1.02.0之间,说明水的作用对滑坡的影响很大,使其稳定性大为降低。由于边坡坡顶,排水不畅,长期积水、边坡坡面全部封闭且无泄水孔,坡顶大量雨水下渗入坡体后,增加了红粘土(具有膨胀性)的重度,加大坡体的重量,雨水的浸入导致红粘土的粘聚力下降,进一步降低了土体的抗剪强度
6、,边坡稳定性减弱,滑坡变形加剧;同时由于坡体红粘土具有膨胀性,遇水膨胀后对坡面防护产生向外的推力,坡体出现裂缝,加剧雨水下渗速度,进一步软化结构面强度,在土体膨胀力及透入压力作用下,坡体发生变形,破坏了干燥状态下坡体的稳定体系,致使边坡滑塌。3.原有边坡稳定性分析根据原有边坡实际状况,及滑塌后的坡面地质情况,不考虑雨水下渗的条件下(土体干燥)进行边坡稳定性分析,采用圆弧滑动法进行计算,稳定性计算参数为:土容重=18.5kN/m3、粘聚力c=25kPa、内摩擦角=25,计算边坡稳定性系数为0.804,属于边坡处于不稳定状态,计算滑动面与实际滑动面基本稳合;当考虑雨水下渗时进行边坡稳定性分析,稳定
7、性计算参数为:土容重=18.5kN/m3,粘聚力c=5kPa,内摩擦角=12,边坡稳定性系数为0.375,即浸水边坡处于极不稳定状态。四、边坡治理方案分析1.治理原则在不新征地的前提下,根据坡体土层的工程性质、水文地质条件、荷载的特性、使用要求、原材料供应及施工技术条件,选择安全可靠、经济上合理、满足边坡稳定的最佳方案。2.治理方案比选根据现场卸载的实际情况,滑动面的具体位置以及开挖后坡体土质性质,结合病害的特点和发生机理,综合分析提出了三个治理方案:方案一:放缓边坡,在边坡中部分级设置大平台,完善排水系统。该方案优点是施工工艺简单,施工工期短,施工危险性小;缺点是放缓边坡需要增加占地,大量废
8、弃土方需要外运堆弃,由于当地居民用地相当紧张,不同意施工新征地,该方案无法实施。方案二:采用预应力锚索加固边坡,对边坡适当修整后,在坡面上按33m布置预应力锚索,用以阻止土体的滑动,在锚索端部设置锚索框架梁和锚墩以增加锚索反力,增加坡体抗滑力,提高坡体整体稳定性,同时完善排水系统。该方案的优点是施工快捷,工作面较宽,框架梁网格内可植草绿化,工程造价也较低;缺点是锚索施工与下部挡土墙施工相互影响,需分期施工,由于边坡滑塌后,坡面深陷,极不平整,受征地影响,不能对坡体进行开挖平整,施工后坡面外观不平整,视觉效果差,塌落土方需远运弃置。方案三:边坡坡脚砌筑挡墙,增加坡脚稳定性,抵抗坡体滑移,挡墙顶对
9、坡体按缓边坡分层培土压实后,采用拱形骨架支护,骨架内嵌混凝土空心六棱块植草防护。该方案的优点是施工后坡面整齐、美观,视觉效果好,挡墙墙体采用原边坡护面的混凝土预制块砌筑,对废料进行利用,减少废料的动输及存放,对边坡塌落土方进行利用;缺点是挡墙与拱形骨架防护需分期进行施工,相互影响,工期稍长。综合分析,在不新增加征地的情况下,采用第三方案:护脚挡墙+缓边坡(人工培土恢复边坡)方案。3.边坡治理稳定性分析滑落土方清理后,对实际进行测量,模拟坡体实际情况,假定设计模型,对边坡进行稳定性试算。根据清理卸载后边坡坡率,计算坡体推力,假定挡墙高度及边坡坡率,试算满足边坡稳定时边坡下回填土的内摩擦角及粘聚力
10、,根据经济适用原则选取最合适挡墙高度及边坡坡率。经多次试算,当挡土墙高7.0m,第二级边坡放缓到1:1.44,坡体采用6%石灰土处理后,边坡稳定系数为1.2541.20(满足稳定性要求)。根据计算,设置7.0m高仰斜式挡土墙,墙宽2.10m时,挡墙验算各项指标满足规范要求。经试算后确定滑坡处理方案如下图:边坡治理方案图五、 滑坡边坡治理工程措施1.抢险方案设计为防止病害加重及继续发生,根据滑坡区的情况,经综合分析后,对其分步进行治理。1)坡顶场地处理水是导致边坡滑塌的祸首,治坡需先治水。现场调查,垮塌范围段坡顶为低洼部分,雨水汇积到此处,下渗渗入到边坡土体中。为防止雨水继续下渗,减小其它边坡垮
11、塌的概率,坡顶需及时整平处理,排出低凹处积水,并设置截水沟。截水沟采用60cm60cm的矩形沟,采用M7.5浆砌片石砌筑。出水口与K728+900处的边坡排水沟相接。2)边坡卸载为预防滑坡体继续下滑,阻断交通,需及时清理边坡预制块,清除滑动后的表层虚方,减小下滑力,同时也减少支挡和加固工程的数量,降低工程造价。3)设置临时支护棚现场滑坡体清理后,第二级边坡几乎为垂直边坡,第二、三级边坡极不稳定。在二级边坡设置临时支护棚,采用钢管及脚手架搭设,保证坡体稳定和施工安全,避免滑坡向更大范围发展。2.边坡处理方案1)第一级边坡第一级边坡坡顶4.3m高预制砼块被滑坡体推掉,开挖后仍有2.0m高预制砼块掉
12、落,开挖后一级边坡边坡稳定。砼块掉落的2.0m高边坡采用原预制砼块护坡封闭处理。2)第二级边坡第二级边坡采用抗滑挡土墙+缓边坡处理。为保证边坡的稳定,挡土墙基础外边缘距现有的一级边坡顶不小于3.50m。挡土墙下部采用拆除的砼预制块砌筑,上部采用M7.5浆砌片石砌筑,分段施工,砌筑一段挡土墙后将临近段土方开挖后分层回填至挡土墙后。回填采用6%石灰土,应分层填筑、压实,压实度不小于85%,二级边坡表层50cm采用素土填筑,以利于植被生长,回填石灰土前塌方坡底适当开挖台阶,当回填石灰土80cm厚时底部打设松木桩,按正方形布置,间距120120cm,松木桩长度不小于1.0m,直径不小于10cm。对地基
13、承载力不满足挡墙基底承载力300kpa要求的,采用C20片石混凝土换填。回填成型后坡面采用拱形骨架+空心砖植草防护,边坡上砌筑拱形骨架,骨架施工完毕后设置仰斜式排水孔,最后在骨架内铺设预制砼空心六棱块,空心六棱块内填土植草。3)第三级边坡第三级边坡现有状况完好,维持原状不变。4)护坡平台为防止坡面汇水从平台渗入滑坡体,每级平台采用8cm厚C25砼预制块铺砌。3截排水设施1)截排水沟为排除坡顶汇水,将坡顶整平后,于坡角5m外做一道60cm60cm的截水沟,将水引出滑坡体;一级平台上增设平台截水沟,挡土墙顶面砌筑挡水坎,截水沟的水流入设置的排水沟中,导入第一级边坡的原有流水踏步,最终流入路基边沟。
14、2)仰斜排水孔第三级边坡及第二级边坡上部设置仰斜式排水孔,孔深12m,间距3.3m,仰角8,终孔孔径100mm, 孔内设75PVC管,PVC管透水孔径1015mm,管外及与土相接触的管端包裹透水土工布。4绿化边坡拱形骨架六棱块内植草绿化;挡土墙坡脚设置花坛,花坛内回填种植土,植草绿化,每1.0m种植一棵爬藤植物。六、防治效果分析K795滑坡是连霍高速公路洛阳段规模和投资较大的一个滑坡,治理工程于2009年10月开始于2011年6月底竣工,施工期间保证了该段高速公路的全线通车。由于滑塌后二级边坡坡率更陡,施工机械的震动可能会引起更大的滑塌,给开挖人员的安全造成威胁,施工中根据情况采用临时支护措施
15、,注意加强滑坡监测,及时了解施工中边坡的变化,保证了施工安全和方案的可行性;加快第一级挡墙的施工,给二级边坡的稳定增强基础处理,增加边坡前缘的反压高度,保证二级边坡施工稳定,同时这也说明当时处理措施使滑坡处于稳定状态;完善的排水系统是保证工程安全的必要保障,设计时采取地表排水与地下排水方式相结合的措施。施工期间,实行动态设计,设计人员经常前往施工现场,共同讨论解决施工中问题,完善设计,保障处理效果。为了检查工程治理效果,前期每隔半月,后期每隔一月由养护人员对挡墙、边坡及截排水沟进行检查,我们也及时回访,挡墙及坡面防护无开裂现象,截排水沟完好无损,边坡稳定无变形,说明滑坡治理是成功的。参考文献:1王恭先,等滑坡防治100例,人民交通出版社 2008年6月2郑颖人,等边坡与滑坡工程治理,人民交通出版社,2007年1月3马惠民,等山区高速公路滑坡与高边坡病害防治技术实践,人民交通出版社,2007年10月9