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川西高原公路建设诱发滑坡的综合治理措施研究


来源:高路咨询公司-马菖林-四川水泥 2019年01月刊       发布时间:2019/3/15 18:46:41     点击率:190

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摘   要

本文结合川西高原山区公路的滑坡实例,分析了滑坡形成机理,根据变形特征、剪出口,确定滑面并计算下滑推力,根据地形地质条件,下滑力大小,造价工期等确定了改移路线,设置桩板墙,桩板墙和坡脚间填土反压增强滑坡稳定性的治理措施,根据反压后下滑推力的计算结果进行了桩板墙的结构设计,确定了抗滑桩桩长,间距,截面形式,配筋等;针对滑坡后缘的变形特点,确定了竖梁锚索加固措施;为防止水土流失影响生态,设置挡墙收缩填土坡脚;最终形成了针对该滑坡的“改移路线+填土反压+桩板墙+竖梁锚索+挡墙”的综合治理措施。 

关键词:公路工程    滑坡    改移路线    桩板墙     填土反压    综合治理

引言

公路工程作为一种线性带状工程,沿走廊带穿越各异的地形地质单元。为满足功能要求,山区公路常不可避免的沿坡脚布设路线,切割既有边坡坡脚,从而使原边坡平衡状态被破坏,引起边坡失稳,危及公路安全。

公路工程建设中对于较大的滑坡灾害,处理难度大,费用高,常采取改移路线,绕避至滑坡影响范围以外,对于小型滑坡,常采取工程治理措施进行处治,目前滑坡处治中,常用的处治方式有后缘清方卸载,坡脚反压,抗滑桩,抗滑挡墙,预应力锚索,注浆加固,微型桩加固等。而具体工程常需结合现场地形地质条件,工期,造价,施工难易等寻求综合处置方案。

1.滑坡概况及发展趋势

四川西部高原山区某一国道在修建过程中切既有山坡坡脚而过,原山坡较高陡,主要由角砾土,碎石土构成,堆积物厚约20余米,切坡严重破坏了原边坡的应力平衡,产生裂缝和下滑。该滑坡为崩坡积土层内部滑坡,周界较明显,后缘呈圈椅状,后缘裂缝垂直错动变形约2米,范围内见多级弧形拉裂面。滑坡轴向长度约70m,平均宽度50,平均深度6m左右,总方量2.1万立方米。滑坡处于欠稳定状态,发生后仍有进一步的变形迹象,可能牵引后缘山体进一步失稳下滑,形成更大规模的灾害,严重威胁公路工程建设,。

2.现场地形地质条件

滑坡区域属构造剥蚀侵蚀高山河谷地貌,拟建公路位于河流和斜坡之间,路线展布空间有限。滑坡区相对高差47m,坡面呈阶梯状,总体坡度约35°,坡脚由于公路开挖造形成2-7m陡坎,开挖面可见明显滑动剪出迹象。滑坡区覆盖层厚度18-20m,滑坡体为第四系角砾土、碎石土,坡脚及沟底为第四系冲积卵石土,下伏三叠系上统雅江组(T3y)板岩。板岩强风化岩体完整性差,中风化岩体完整较好。工程区地震动峰值加速度为0.20g,相应地震基本烈度为Ⅷ度。滑坡区地下水埋藏较深。

3.滑坡处治措施的确定

根据地勘钻孔揭示及滑坡的后缘裂缝及前缘剪出口位置,确定滑坡滑动面为沿碎石土内部滑动,选取滑坡主滑断面对该滑坡建模及稳定性计算,得出暴雨状态下下滑力达716.21KN,抗滑挡墙难以满足抗滑要求,而滑坡后缘山坡高陡,清方卸载难以实施且存在牵引后部继续发展的风险,因此拟设置坡脚抗滑桩;由于覆盖层厚度较大,抗滑桩为保证抗滑效果和减小桩顶位移,只能加大嵌入基岩深度,因此会大幅提高桩长和钢筋用量,如设置桩顶锚索减小桩顶位移和桩长,则锚索长度太长,厚层堆积物中成孔质量一般且工期紧张,因此需寻求综合治理方案。

考虑到目前道路中线临近坡脚,左侧虽临近河流但仍有一定的空间,因此对目前路线进行适当像左侧改移,(见图1)于本段路线增设一线型“交点”,减小曲线半径,加大路线与滑坡之间的距离,而后利用路线与坡脚间的空间进行反压坡脚,减小滑坡下滑推力。施工时抗滑桩沿路基边线布设,然后进行回填施工和桩间挂板施工,最终形成改线+反压坡脚+桩板墙支护的工程措施。

 

图1  改移路线示意及滑坡主滑断面


4.反压后滑坡下滑推力计算

4.1建立计算模型

该滑坡在天然工况下,处于欠稳定状态,在地震或暴雨工况下稳定性还将进一步变差,随时引发滑动。根据该滑坡变形特征,采用理正岩土6.5版“复杂土层滑坡计算”模块对该滑坡进行建模(见图1)及计算,设计时考虑反压坡脚以增强滑坡的稳定性,计算时也加以考虑,计算模型如下图2所示。

图2  填土反压后滑坡计算模型

4.2计算过程

结合地勘资料和目前滑坡变形现状反算分析,同时类比参考附近同类型边坡的实验参数,综合确定滑坡计算参数如下表1:

表1  滑坡推力计算参数表

滑坡计算采用通用规范法,以剩余下滑力为计算目标,工况为天然、暴雨、地震三种工况,安全系数取1.1,安全系数用于扩大自重下滑力(KT模型),滑体土层按不同土性分为填土,碎石土,角砾土三个分区,滑面采用已知滑动面。滑体计算简图如下图3所示:

 

图3  填土反压后滑体土性分区及条分图

4.3计算结果

根据滑坡的后续变形趋势,以从坡脚剪出的滑面为依据,分别计算天然、暴雨、地震三工况下的滑坡剩余下滑推力,天然工况下滑力341.454kN,暴雨工况下滑力579.362kN,地震工况下滑力408.486kN,因此取滑面K=1.10的暴雨工况为最不利工况,计算抗滑桩后的剩余下滑水平推力为579.362KN,以此下滑力作为桩板墙设计依据。

5.桩板墙设计计算

5.1桩板墙受力分析的两种情况及计算模型

反压填土后抗滑桩受力状态,一为暴雨工况下的剩余下滑力,另一种为地震时库伦土压力的作用,取最不利情况确定抗滑桩结构配筋。经初步试算及桩孔施工条件,采用人工挖孔方桩,桩截面短边2米,长边3米(沿滑坡推力方向),桩总长26米,嵌入稳定岩土层共14米(嵌入中风化板岩5米,土层9米),外露悬臂端12米,桩间距5米,桩外露部分间的单块挡土板厚0.5米,宽4米,沿桩长方向高1米,桩板墙布置横断面图及计算模型见下图4、5所示:

  图4  桩板墙布置横断面(内挂挡土板)

图5  桩板墙计算模型

5.2计算参数及过程

按照相应结构设计规范,确定桩身采用C30砼,主筋HRB400钢筋,箍筋HPB300钢筋,箍筋间距250mm。采用暴雨工况下的桩后下滑力计算,挡土板采用C30砼,纵筋HRB400钢筋,填土容重20kN/m3,内摩擦角35°,墙背与填土摩擦角20°,地震烈度8度,水平地震系数取0.2,重要性修正系数1.0,综合影响系数0.25。 根据地质条件,桩底支承条件为铰接,桩上的推力分布为矩形,采用M法进行计算,最后一块滑面水平,水平推力即剩余下滑力 579.362kN/m,桩内力计算中,滑坡推力安全系数,库仑土压力分项系数取1.35。

5.3桩板墙计算结果及结构设计

利用理正桩板墙模块计算得出抗滑桩背侧(挡土侧)最大弯矩33721.5kN.m,最大剪力5530.9kN,桩顶位移48mm需配纵筋34448 mm2 ,挡土板最大土压力65.1KPa,弯矩814.7 kN.m,需配纵筋5626 mm2;地震时土压力作用下背侧最大弯矩20091.1kN.m,最大剪力3552.8 kN,桩顶位移为28mm,需配筋面积20251mm2 ,挡土板最大土压力90.9KPa,弯矩1112.3kN.m,需配筋7968 mm2。      

由上可知抗滑桩在推力作用下受力较大,板在土压力下承受较大的荷载,因此在满足桩最大配筋的要求下,适当加大板的配筋,最终挡土板实配筋8038.4 mm2;桩结构设计如下:桩纵筋采用φ32钢筋,背侧设置双排,每排11束,每束由2φ32钢筋组成,外侧一排沿桩长通长设置,内侧一排根据弯矩计算结果,在受力较大的截面范围配置,以各截面实际配筋大于各截面所需配筋控制,面侧设置一排12束,每束由2φ32钢筋组成,通长配置,左右两侧架立筋分别为13φ25,箍筋采用φ16,最终背侧实配纵筋面积35368.96 mm2。抗滑桩钢筋布置见下图6

 

图6  桩截面配筋图

5.4 桩侧地基横向容许承载力验算

根据勘测资料,中风化板岩单轴抗压极限强度取为20MPa。当地层为岩层时,折减系数为0.3,水平方向换算系数为0.5,计算得桩侧地基横向容许承载力为3000KPa。理正计算得滑坡推力作用下嵌岩段桩身最大反力为781.97KPa,桩侧承载力满足要求。对于桩基埋入的土层段,滑动面以上取回填土暴雨状态下γ为20KN/m3,滑动面下填土及卵石土内摩擦角φ=25°,C=5KPa。计算得最大横向容许承载力为489.3KPa。而桩身土层段最大土反力为406.958KPa,满足要求。

6.其他处治措施

由于滑坡发生后一直处于变形状态,为减小变形、增加土体稳定、防止后缘临空面的垮塌加载恶化滑坡稳定性,于该滑坡后缘设置竖梁锚索;川西高海拔地区,生态环境脆弱,为避免水土流失及环保,填土采用粗粒透水性土,桩板墙两侧接挡墙进行填土的收坡;设置截排水措施,滑坡范围以粘土封闭裂缝,填土上覆盖种植土,然后绿化。

经上述处治措施后,滑坡处治的立面简图如下图7:

 

图7  滑坡处治立面图

7.结语

从以上对于该滑坡的分析,可得出如下几点:

该滑坡的基本特征为地处川西高原,滑面沿土层内部展开,基岩埋藏较深,目前滑坡处于欠稳定状态,威胁大;公路路线虽具备展线条件,但无法完全绕避该滑坡。

针对该滑坡设桩条件较差,下滑力较大但具备一定展线条件等基本特征,确立了先改线,再填土反压,设置桩板墙支挡的处治措施。

计算得出暴雨工况下,滑坡反压后的剩余下滑推力约579 KN;抗滑桩的受力按下滑推力和地震时土压力两种情况考虑,按不利情况分别计算抗滑桩和桩间挡土板的受力,进行抗滑桩和挡土板的结构设计;最终确定抗滑桩长26m,桩中心距5m,截面2×3m,锚固段长14m,背侧实配纵筋面积35368.96 mm2,挡土板实配筋8038.4 mm2。

设置竖梁锚索加强稳定性,为保护生态,设置挡墙围护填土,最终形成“改线+反压坡脚+桩板墙支护+竖梁锚索+挡土墙”的综合滑坡处治措施。

参考文献

[1]李安洪等.山区铁路(公路)路基工程典型案例[M]. 成都:西南交通大学出版社,2016

[2]王恭先,徐峻龄,刘光代等.滑坡学与滑坡防治技术 [M]. 北京:中国铁道出版社,2004

[3]蒋鹏飞等.公路边坡防护技术 [M]. 北京:人民交通出版社,2011

[4]陈祖煜.土质边坡稳定性分析—原理?方法?程序[M].北京:中国水利水电出版社,2003

[5]许建聪.碎石土滑坡变形解体破坏机理及稳定性研究[D].浙江:浙江大学,2005

[6]GB50010-2010(2015年版)混凝土结构设计规范

[7]JTG D30-2015公路路基设计规范

[8]JTG B02-2013 公路工程抗震规范



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