东南沿海丘陵区一类弱稳定类土质边坡变形病害治理研究.pdf

文章编号:():./.东南沿海丘陵区一类弱稳定类土质边坡变形病害治理研究王坛华(福建省交通规划设计院有限公司 福州市)摘 要:类土质边坡是东南沿海丘陵区公路工程中最常见的挖方边坡类型受土体残余结构面和风化层发育特征控制以残坡积土和土状风化层为主要地层坡面形态呈下缓上陡是一类弱稳定类土质边坡在工程实践中容易诱发滑坡 以福银高速某连接线 变形边坡应急处置和治理设计为例从地貌形态学的角度研究弱稳定类土质边坡的成因机制、稳定性特征采取了应急处置和永久治理方案相结合的治理措施 针对弱稳定类土质边坡应重视其勘察设计工作不可按常规挖方边坡考虑而应提高其防护等级 关键词:丘陵地区类土质边坡病害治理预应力锚索水文地质位移监测中图分类号:.文献标识码:基金项目:福建省交通运输科技发展项目()类土质边坡是相对于单纯土质边坡和岩质边坡而言的具有特定的变形破坏机理和稳定性特征类土质边坡概念由杨明等在 年研究花岗岩风化层边坡时首次提出之后卢才金、廖小平、熊自英、赵晓彦等等在工程实践中进一步发展了类土质边坡概念 由于经典土力学边坡稳定性理论是基于均匀土质而类土质边坡最大的特点是不均匀不仅表现在风化层渐进式变化也表现在各种不同的结构面、夹层及不均匀风化体的控制作用此类边坡的形成条件、破坏机理、破坏模式和滑动面形态等均与均质土坡有一定的区别东南沿海丘陵区地处亚热带湿热区丘陵和山地广布以花岗岩为代表的火成岩广布在长期的历史地质和内外应力作用下岩石的风化得以持续不断进行大部分的丘陵山地均覆盖风化岩和残积土但厚度和成分差异很大最厚可达 以上 特殊的自然地质地理条件造就了风化岩和残积土在东南沿海丘陵区发育的普遍性 以福建为例福建东部沿海自北向南分布大规模花岗岩侵入带中部山脉以东分布大量侏罗白垩系火山喷出岩地层 闽北和闽西分布少量灰岩及长石砂岩(丹霞地貌)其余多为区域变质岩、燕山早期花岗岩和前第四系沉积岩 除少数灰岩和长石砂岩不易形成厚层风化岩其他地层都具备形成厚层风化岩和残积土的条件 近年来随着高速公路网和国省道路网建设各种不同规模的挖方路基、深挖路堑极为普遍 根据类土质边坡的概念除部分岩质挖方边坡外福建省丘陵区边坡大部分均可归类为类土质边坡或类土质 岩质二元结构边坡近 年来在大量的工程建设尤其是道路工程建设中类土质边坡稳定性理论和治理技术得到了很大发展 赵晓彦等对类土质边坡特性、类型、破坏方式、卸荷带特征、锚固设计方法进行研究并开展离心试验 罗戌等采用预应力锚固技术在高速公路类土质边坡加固中成功实践且效果良好众多学者的研究更多从残余结构面影响的角度进行分析但很少从地貌形态学的角度考虑 工程实践中发现近年来有不少类土质边坡虽然坡高不大有的已做了必要的防护且运营多年但在持续降雨作用下出现变形失稳的情况 经过分析认为这类边坡实际上是一种弱稳定类土质边坡原生残余结构面虽然未起控制作用但风化程度不均且逐层递进北方交通 年 第 期坡残积土中夹含碎块石是其典型特征 这类边坡因其坡高不大极易被人忽略但在持续降雨作用下其稳定性不足问题会暴露出来 以福银高速 连接线 运营边坡变形及治理工程为例说明该类弱稳定类土质边坡的成因、治理措施及工程启示意义 边坡概况及工程地质条件.工程概况 连接线 边坡在施工及运营初期未见开裂、变形坡体处于稳定状态该段边坡一共 阶第一阶设抗滑挡墙第二阶、第三阶采用锚索框架支护方案 边坡第三阶以上山坡有 个 高压输电塔其中下输电塔塔基边缘离坡顶开挖边缘不足 年 月以来在连续强降雨作用下边坡发生变形于下输电塔塔基附近地表发现宽度 长 断续拉张裂缝裂缝呈水平张开未见竖直向错开第一阶挡墙顶出现裂缝并且挡墙向外推移第二阶框架部分横梁发生剪切变形边坡处于临失稳状态进而影响高速路运营安全及 输电塔安全见图 险情发生后经研究迅速制定应急处置方案利用部分行车道及碎落台空间迅速采取坡脚碎石反压、坡面填充裂缝、地表排水、快速施打抗滑钢管桩等措施临时稳住边坡之后再采取永久性处治措施.工程地质条件边坡险情发生后勘察单位立即组织人员设备进场补勘布置 条纵向测线 个勘探点勘探并取样后进行室内试验 本段边坡位于剥蚀丘陵地貌自然地表坡度约 自东向西地形逐渐变陡于边坡后缘岩性接触带附近坡度发生较明显变化地表植被茂密以杂木林为主 坡体上覆第四系崩坡积含碎石粘性土、残积粘性土层坡积土层较为松散且多含碎块石坡残积土层厚度可达 下伏基岩为燕山晚期侵入花岗闪长岩据钻探揭露全风化 砂土状强风化层厚度约 其下为薄层碎块状强风化岩、中 微风化花岗闪长岩 场区未见断层构造发育边坡受地质断层构造影响小见图 边坡水文地质条件较复杂边坡地下水受地形和地层条件控制地表水对地下水的补给作用强地下水位随降雨情况变化迅速图 变形边坡全貌及局部破坏图 钻孔岩芯样品图 边坡变形特征及机理分析造成边坡变形的原因很多该边坡变形是在内外因共同作用下发生的 根据地质调绘、钻探及边坡位移及测斜监测成果分析如下.地貌形态与地层单纯从边坡原始地形分析该边坡自然坡度并不大从一般经验看边坡自然坡度似乎无不利因素 边坡自然坡度较缓不具备古滑坡基本要素也不符合古滑坡定义极易被人忽视而当作一般土质边坡处理 但将该边坡放在更大的场地背景进一步研究从地貌形态学的角度分析其形成原因就会发现该边坡是个自然条件下潜在的弱稳定边坡见图从图 可以看出边坡沿纵向地貌形态下缓上 年 第 期 王坛华:东南沿海丘陵区一类弱稳定类土质边坡变形病害治理研究图 边坡地貌形态形成分析陡边坡上覆厚层坡积含碎石土层残积土层和土状风化层厚度大 坡积层松散在外动力作用下沿坡面向下堆积 由于花岗闪长岩土状风化层以粘粉粒为主含砂量远低于花岗岩地层吸水容易释水难抗剪强度较低在重力作用下坡体内存在应力和位移调整趋势 由于蠕变量小且未集中在某一个具体位置因此在边坡勘探中不易直接辨识具体剪切面 结合地貌形态和地层结构分析说明现有边坡形态实际上是地表改造与地层长期蠕变的结果边坡处于弱稳定状态遇坡脚开挖时极易打破现有临时稳定状态从近年来福建丘陵区发生几个边坡变形的案例看此种地貌形态和厚层风化土层边坡都可以判定为弱稳定类土质边坡.水文地质条件水是造成边坡病害的主要外部因素通常大气降雨入渗引起土体饱和增加边坡向下滑动力同时软化岩土层并降低其抗剪强度 变形边坡的特殊性在于地形和地层因素对降雨恶化边坡稳定条件起到关键控制作用 变形边坡后缘向高处为发育茂密植被的自然山坡由降雨转化而来的地表汇水经凹沟直接向边坡体表径流 由于边坡表面分布松散状坡积含碎石土层见图()大量的降雨及地表汇水迅速渗入坡积土层从而使得坡体饱水并向深部土状风化层持续渗透 图()为冲沟地表水流至坡体时迅速渗入转化为地下径流 最终导致整个边坡地层处于饱水状态虽然边坡排水平孔能排除部分地下水但由于地下水过于丰富加之部分排水孔堵塞边坡水文地质条件恶化进而引起边坡稳定条件恶化已难以避免 边坡稳定性分析该边坡原支护条件在持续降雨作用下出现坡体图 边坡水文地质条件变形、防护工程局部出现破坏迹象说明已处于欠稳定状态 根据钻探并结合测斜孔位移监测成果基本确定滑动面深度 在勘探取样的基础上进行室内反复剪切试验 由于客观上岩土层的不均匀性变形边坡抗剪强度指标应结合反复剪切试验成果与反算指标综合取值见图 图 断面计算安全系数以边坡反压前的状态作为临界稳定状态安全系数.考虑到边坡主要发生在土状地层中且未见残余结构面影响采用 软件分析经计算其主要地层反算指标如表 所示表 边坡稳定性反算指标地层重度/(/)抗剪强度指标/()坡积含碎石土.残积粘性土.全风化花岗闪长岩.砂土状强风化花岗闪长岩.边坡处置措施为确保边坡变形不致产生整体破坏经研究决定采取应急处置和永久治理方案相结合的措施.应急处置措施北方交通 年 第 期边坡应急处置措施应确保边坡变形不再继续增加维持原防护系统不产生进一步破坏且要求各项措施迅速到位 该边坡应急处置措施如下:()碎石反压 根据边坡变形及潜在滑动门剪出位置在坡脚挡墙处采用碎石反压反压宽度为.(需占用部分车道)高度 反压施工期间对 道进行封闭反压施工完成后恢复单车道通行()钢管桩应急施工和锚固补强 采用钢管桩群对电塔基础进行加固以防止电塔变形进一步发展电塔靠路侧设置一排约 根钢管桩钢管桩桩头用型钢盖梁连接、并加锚索对二、三阶框架锚索进行预应力检测和补强同时在二、三阶框架内增设型钢框架梁骨架 锚索对坡面进行补强加固()坡顶排水处理:对坡顶裂缝进行夯填并覆盖彩条布防止地表水下渗在边坡外缘开挖环形混凝土砌体截水沟以拦截山后地表汇水根据坡面出水情况补打排水平孔对滑坡体段落增设井点降水以进一步排出坡体地下水减缓山体水压力()加强变形观测 采用地表结合深孔位移观测的措施以密切关注坡体变形动态和指导抢险工程施工地表位移每天观测 次监测孔深部位移每天监测 次.边坡治理设计边坡应急处置完成、坡体基本稳定后即转入永久治理阶段 边坡设计在地质勘察和监测成果分析的基础上拟定设计方案同时要充分发挥原防护系统作用实施步骤要考虑应急处置措施拆除采用先加固后拆除原则边坡治理设计立面图见图 边坡设计方案如下:()梳理地表排水措施使之成为完整体系 结合边坡四周地貌形态和地表径流特征在坡顶电塔四周(包括原滑坡堆积体)设置截水天沟完全隔断高位排水把地表水引排到坡外()全面排查边坡地表并对坡顶和坡面裂缝采用粘土回填夯实封闭防止地表水灌入坡体劣化边坡稳定条件()在抗滑桩前的大平台采用 厚 混凝土封闭()在第一阶、第二阶、第三阶坡面采用锚索补图 边坡治理设计立面图(部分)强加固新增预应力锚索竖梁(横梁、十字梁)挡墙墙趾处设置钢管并注浆以提高地基承载力和挡墙的抗滑移能力()在第一阶平台布置一排约 个降水井点并可以根据抽水情况酌情增加()在坡面增设排水平孔对已失效排水平孔洗孔后布置新的排水平孔采用应急处置和永久设计相结合边坡治理取得良好的成效 变形边坡经系统治理后现已使用数年且状况良好 结论()类土质边坡是我国东南沿海丘陵区公路工程最主要的边坡类型 边坡调查要特别重视边坡地貌形态特征调查 当边坡存在下缓上陡地貌特征时应将调查范围扩大至高位山坡必要时延伸至分水岭()降水是造成边坡失稳的重要外因在边坡应急处置和治理设计中要将地表水系整治和地下排水结合起来避免边坡地表成为地表水汇集区()存在下缓上陡且风化层较厚的边坡通常是地表堆积物位移和坡体长期蠕变形成的 此类边坡天然稳定性系数一般较低其稳定性较一般边坡敏感是一种弱稳定类土质边坡 当存在开挖坡脚工况时极易诱发边坡变形务必引起高度重视()公路选线时应注意排查是否存在弱稳定边坡避免将其视为地形平缓的常规边坡从而埋下工程隐患 年 第 期 王坛华:东南沿海丘陵区一类弱稳定类土质边坡变形病害治理研究参考文献 杨明王波胡厚田.类土质边坡特征的初步探讨.水土保持学报():.卢才金.考虑结构面效应的路堑类土质高边坡及其稳定性分析.岩土工程界():.廖小平.类土质路堑边坡变形破坏类型及其稳定性分析.岩石力学与工程学报():.熊自英黄少强胡厚田.花岗岩类土质边坡工程特性及加固方法研究.工程地质学报():.赵晓彦胡厚田时延兵.类土质边坡研究初探.工程地质学报():.福建省地质矿产局.福建省区域地质志.北京:地质出版社.赵晓彦胡厚田唐茂颖.类土质高边坡开挖效应的离心模型试验及数值模拟研究.岩石力学与工程学报():.罗戌桂永叶聂小伍等.预应力锚杆(索)在三福高速公路类土质边坡加固工程中的应用.广东公路交通():.(.).(上接第 页)().北方交通 年 第 期