兴华高速公路兴宁至五华段新中大桥滑塌分析与处置

■蓝晓锋 张焕晓

（广东省交通规划设计研究院股份有限公司广东广州510507）

兴华高速公路兴宁至五华段新中大桥滑塌分析与处置

■蓝晓锋 张焕晓

（广东省交通规划设计研究院股份有限公司广东广州510507）

新建高速公路桥梁跨越分布有滑塌山体半坡，部分桩基础分布于滑塌区域内，工程地质条件差，因现场施工扰动、后期雨水冲刷及风化破坏，滑塌继续发育可能造成基础失稳或对桩体产生剪切破坏。本文选取兴华高速公路新中大桥滑塌为例，通过对滑塌进行调查监测，结合桥梁设计方案及勘察成果，进行定性定量分析滑塌发生机理，比选确定滑塌处置方案，其研究成果可为该区域类似滑塌分析与处置提供参考借鉴。

高速公路桥梁滑塌处置

0 前言

随着社会经济发展，特别是近年来经济发达地区高速公路的设计施工由区域间的路网建设进入了区域内对已有路网加密建设连接线的阶段。受已有线路分布及地方规划和居民工业建筑分布的影响，新建高速公路的选线受到很大的制约，出现线路无法绕避工程地质条件较差的不良地质地段的情况。通过充分的勘察研究采用合理的工点设计及对地质条件进行处置是高速公路设计研究的趋势。

在建的广东省兴宁至五华高速公路K1+050~K1+400段以大桥及路堑方式通过，现场位于半坡滑塌区域内，并于2015年5月开始桥梁施工。为进一步查明滑塌的分布特征及其对桥梁的影响，施工阶段进行了补充勘察工作，受雨季影响冲刷影响，现场见新近堆积滑塌土体，如图1所示。

图1 滑塌体现场照片

图2 滑塌体平面位置图

1 滑塌基本特征及形成机理分析

1.1 滑塌体空间形态特征

经过现场踏勘，滑塌位置（对应里程为K1+169～+230）位于丘陵地貌区，地形起伏大，地表形态冲刷为负地形，地面标高139.1~209m，路面设计标高166.07~166.71m，高差约为70m。拟建桥梁位于滑塌坡体下部，坡脚为乡村道路及小溪流。滑塌区主要变形特征如下：

图3 滑塌地质主剖面图

（1）后缘陡坎近直立，最大高约15m，其中陡坎中上部较光滑，下部局部堆积松散土体；

（2）两侧呈冲沟地貌，右侧冲沟（小桩号侧）宽约5～15m，深约3～8m，沟岸覆盖层厚约5～10m；左侧冲沟（大桩号侧）宽约10～25m，深约5～10m，沟内多为松散土体，在沟内中上部发育一新近滑塌变形体，变形体宽约25m，长约40m，厚约5～10m，滑塌体后缘位于大陡坎下部。

（3）两道冲沟中间为滑塌堆积体，基本呈两级分布，上部冲沟宽、堆积体较窄，堆积体成分主要为碎块石土；下部冲沟向内收拢变窄，堆积体略宽于上部，成分主要为粉质粘土偶夹块石及孤石。

（4）陡坎顶部距离自然山顶高约10m，山顶呈缓坡圆丘状，陡壁后缘呈圈椅状凹槽地貌。

1.2 滑塌坡体岩土特征

根据现场地质滑塌山体为震旦系混合花岗岩地层，以全~强风化岩为主，厚度10~52m，厚度变化大，表现为前缘薄，中后部厚的特点。基底为中微风化混合花岗岩，岩面随地形起伏，岩面起伏角度约为11°，节理裂隙一般发育，岩体较完整。

通过本次勘察揭示滑塌堆积体成分为：残积粉质粘土组成，棕红色，土质松散，水冲易散，含植物根系；全~强风化混合花岗岩，全风化为土柱状，强风化主要为土状夹碎石，较松散，干硬度中等，见少量风化残余石英，云母类风化矿物结构明显，土粒粘结力差。

滑塌体在部分钻孔中揭示，颜色、成分与状态与坡体原状土可清晰区分，崩塌滑落成因明显。

1.3 滑塌水文地质特征

（1）地表水。在滑塌坡面坡脚位置有溪流流经，地表水总体由北向南流，水量受季节性影响较大，雨季河水暴涨，旱季水量较小，勘察期间，水面宽约2~3m，深为0.5~0.6m。另外，受雨季降雨影响，施工期间坡脚渗出细小水流或见土体富水湿润。

（2）地下水。滑塌范围地下水类型主要为第四系松散岩土层孔隙潜水和基岩裂隙水。勘察期间均测得地下水位，水位埋深为11.2~53.5m，相应高程为137.3~142.6m。含水层为强风化层及中微风化基岩层。基岩趋于完整，为隔水层。

（3）地下水水质。根据新中大桥地质勘察报告，滑塌范围内地下水对混凝土结构及混凝土中结构中钢筋具微腐蚀性，环境作用等级为B级。

综上所述，滑塌范围水文地质条件较简单，地下水补给源较单一，储量受降水影响大，地下水受大气降雨及侧向迳流补给为主，以蒸发、侧向径流为主要排泄方式。

1.4 滑塌形成机理

根据现场调查情况，该边坡滑塌变形机理主要可归纳为如下三个方面：

（1）地质基础：该边坡风化层较厚，结构面发育，三组陡倾结构面组合80°∠81°、102°～125∠77°～78°、335∠48°倾向临空面，且结构面岩土体强度降低，不利于边坡稳定；但是，由于存在大角度斜交反倾似层状结构面180°∠23°，对陡倾结构面的变形规模起到了一定的抑制作用。另外，中风化基岩顶面为隔水层，表水下渗后易在该顶面上部形成富水带，软化岩土体强度，易诱发边坡沿该软弱带滑动变形。

（2地形条件：边坡自然坡度较陡，坡顶为凹槽地带，坡脚为地方道路和河谷，地形上易汇聚表水，且临空面开阔，具备边坡易失稳变形的地形条件。

（3）外因作用：坡脚地方道路修建进一步消弱了自然坡脚支挡力；另外受连续降雨或集中强降雨作用，不但形成强烈坡面冲刷破坏，而且大量表水下渗，一方面软化坡体尤其是结构面岩土体强度，另一方面在坡体内形成短暂静压水头，均易诱发边坡变形破坏。

2 滑塌稳定性分析与评价

2.1 定性分析

从滑塌体物质组成方面和分布形态分析，该区域滑塌变形主要受厚层风化层及结构面控制，坡残积粉质粘土及全~强风化层土体强度低、粘结力差同时受结构面切割，因而坡体整体性弱，易于拉裂，边坡自稳能力差，从现场勘察情况看，滑塌处于局部不稳定状态。

从影响滑塌稳定性因素分析，影响滑塌体发生、发展的因素有土质结构、地表形态、降雨、人类工程活动。持续的降水使雨水渗入土体内，松散的土质结构为入渗创造了有利条件，同时土体强度迅速降低、重度增大；相对隔水微风岩层形成隔水层，阻止了入渗雨水的排泄，抬升了地下水位，加剧土体的饱和、软化；降水在地表负地形形成汇流切割带走松散土体形成临空面。渗在表水和地下水作用下，向临空面发生变形破坏，表现为多次多级多处崩塌或滑塌变形体，逐渐发展贯通形成现有的变形包络范围，潜在失稳面已发展至中风化基岩顶面。

2.2 定量分析

2.2.1 计算取值标准和计算工况

（1）计算取值标准；①暴雨强度按20年的重现期计；②本次计算不计入地震力；③滑塌区水位按勘察揭示水位线计，若未揭示水位线根据滑动面作适当调整。

（2）计算工况组合。根据坡体受力特征及基可能出现的各种荷载组合情况确定计算工况，作用于滑塌体条块上的永久荷载主要为土体条块重量，可变荷载为动静力压力，本次选定天然状态（天然状态自重+地下水静水压力）以及持续降雨状态（饱和状态下自重+地下水动、静水压力）两种工况计算裂面最大深度剖面的坡体稳定性及各滑块剩余下滑力。

2.2.2 综合确定计算参数

通过室内土工试验数据以及结合土石比例综合考虑，加权平均计算得到计算物理指标建议值见表1：

表1 稳定性计算参数建议值

2.2.3 稳定性及剩余下滑力验算

根据《岩土勘察规范》（GB50021-2001）中基于极限平衡理论的折线形滑动面条分法和传递系数法来计算坡体的稳定系数及剩余下滑推力。根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2004），确定滑塌剩余推力计算天然状态下安全系数K=1.25，持续降雨工况安全系数K=1.15。

利用理正岩土软件分别按天然、持续降雨两种工况进行计算分析得到的结果见表2。

表2 各工况情况下安全系数及特定安全系数和的剩余推力

2.3 滑塌稳定性综合评价及变化趋势预测

目前该边坡区域冲沟发育，松散堆积层较厚，上部岩土体基本处于临界状态，极易失稳；深层中风化基岩顶面滑动面尚未完全贯通，仍处于发展阶段，但在震动和地下水等不利因素影响下，极有可能导致该层滑动面贯通，诱发较大规模滑塌变形，破坏线路桥梁。

3 滑塌整治方案比选

综合滑塌变形规模、性质、作用机理及其对线路桥梁桩基的影响等因素，建议如下两个治理方案。

方案Ⅰ：原位加固治理方案。

后缘陡坎顺着自然坡面适当修坡清理，形成相对规则人工坡面，然后中上部坡面采用锚杆格梁加固，下部采用两～三排锚索加固。中部高约25～30m坡面，先清理表层虚土，厚度宜控制在3～5m（局部可适当增大），然后采用锚杆格梁加固（局部稳定性不满足要求的区段，可采用锚索框架加固）；距离桥桩上游约10m纵向设置一道拦渣挡墙，必要时挡墙可配合采用锚固或肋柱加强，挡墙在桥桩中间部位设置泄洪口。挡墙与桥桩之间坡面可结合桥桩挖孔作业平台适当修坡加固。滑塌区域结合现场地形采取顺坡修坡或锚杆加固。完善地表排水系统，坡顶设置截水沟，坡面设置地表排水沟、急流槽等。

方案Ⅱ：削方减载加固方案。

按照路堑高边坡方案向后刷方，坡级高度8～10M,边坡中部设置宽平台，上不坡率1:1.25～1:1.5，下部坡率1:0.75～1:1.25。根据边坡稳定性分析计算结果，分别对各级坡面采用锚索框架、锚杆格梁加固或植草防护，其中一级边坡宜采用锚索加固。完善地表排水系统，坡顶设置截水沟，坡面设置地表排水沟、急流槽等，完善地表排水系统。

对上述二种方法的经济性、施工技术难度进行综合比选，结果见表3。

表3 整治方案综合比选

方案一占地少，对周边环境影响小，造价也相对较低，综合比选推荐方案一。

4 结语

（1）本滑塌为雨水长期冲刷并多次发生的渐进式滑塌现象，滑塌单次规模不大，最近一期塌方规模约为1700方。目前在自然状态下坡处于基本稳定状态，但在持续强降雨冲刷的条件下及施工扰动，可能引发进一步滑动，对正在建设或建成后高速公路产生破坏，应对该边坡进行合理的治理，经方案比选，推荐采用方案一原位加固治理方案进行治理。

（2）施工过程应采取合理的技术手段及措施，减小对滑塌坡体的扰动；施工期间及运营前期对坡体进行监测，及时了解施工对滑塌的影响和滑塌发展趋势，保证施工运营安全。

（3）在受制因素较多的高速公路施工建设中，配合构筑物建设对不良地质进行治理不可避免，采用经济、合理的治理方案在工程的设计施工过程中意义重大。

[1]兴宁至五华高速公路兴宁至五华段工程地质勘察报告 [R].广州:广东省交通规划设计研究院股份有限公司,2014.

[2]陈东梅,张琳.公路边坡滑塌稳定性分析 [J].土木工程,2015.

[3]GB 50021-2001.岩土工程勘察规范 (2009年版)[S].

[4]JTG D30-2004.公路路基设计规范 [S].

P649[文献码]B

1000-405X（2016）-6-445-2

蓝晓锋（），男，本科，工程师，研究方向为公路岩土工程。