桂林市萬福路滑坡穩定性分析及防治措施探討

張 崴, 鑒倩倩, 秦志明, 李成慶

(1.廣西壯族自治區桂林水文工程地質勘察院有限公司，廣西 桂林 541002；2.桂林航天工業學院，廣西 桂林 541004)

滑坡概況桂林市萬福路K5+735—K5+930段左側公路邊坡中的K5+793—K5+815段發生突發性滑坡地質災害，滑坡體主要為中等風化灰巖，沿高陡人工邊坡滑塌崩落，造成過往的一輛貨車側翻、破損嚴重，司機受傷，并對路面及部分公共設施造成不同程度的毀壞。2 滑坡區地質環境桂林市位于中亞熱帶濕潤季風氣候區，該區雨量充沛，多年平均降雨量1 524.4 mm，最大年降雨量為2 032.6 mm，日最大降雨量為283.2 mm；4—7月為雨季，降雨量約占全年降雨量的50%?；聟^的地貌單元為峰林平原區的石峰段，石峰坡面為陡斜坡或坎坡及緩斜坡，山體自然坡度30°～50°，無地下水出露。邊坡出露地層有第四系溶蝕殘余堆積(Qkl)紅黏土及泥盆系上統桂林組(D3g)灰巖。其中紅黏土主要分布于山體局部自然斜坡坡面，褐黃色，可塑狀，層厚0.5～2.0 m；灰巖呈灰白色，中等風化，中—厚層狀，巖石質堅性脆。由于滑坡區位于太平圩斷層和蘆笛巖斷層交匯處，受區域地質構造影響，滑坡區巖石裂隙發育，巖體破碎。3 滑坡及邊坡的特征K5+735—K5+930段左側公路邊坡山體自然坡度為30°～50°，修建萬福路時，經人工削坡形成一段長約195 m、最高約40 m的高陡巖質邊坡，坡向為166°，坡度為70°。削坡后坡面未采取任何防護加固措施。經勘查發現，除了K5+793—K5+815段已崩滑外，K5+815—K5+872段邊坡也存在變形破壞跡象，邊坡穩定性差。邊坡的基本特征分述如下：K5+793—K5+815段邊坡坡眉與坡腳萬福路高差為28～35 m，為現狀滑坡段，滑坡平面呈“簸箕”形，滑坡的前緣剪出口高程約197.5 m，后緣高程約219.2 m，主滑方向為166°，滑坡的長度約37 m，寬度約25 m，面積約600 m2，滑坡體的平均厚度約5.5 m，體積約3 300 m3?；麦w物質主要為中等風化灰巖?；娉收劬€型。在K5+793—K5+807段邊坡前部巖體滑坡后形成高約15 m的陡崖，陡崖處坡面光滑，巖體完整，坡眉線以上未見有明顯張拉裂隙發育，該段邊坡整體處于穩定狀態。但在K5+807—K5+815段邊坡形成高約15 m、厚約4～8 m的破碎邊壁，該處巖體被裂隙切割成多個鍥形體，且存在縱向拉裂縫,隨時都有向臨空面滑塌的可能(圖1)。

圖1 K5+793—K5+815段邊坡照片

K5+815—K5+872段邊坡坡眉與坡腳萬福路高差為33～40 m?，F場調查發現，在該段坡眉線后方1～5 m處發育有一條長57 m、寬0.5～1.0 m的構造裂隙，裂隙傾向為170°，傾角約73°，裂隙內充填可塑—軟塑狀紅黏土。坡面縱向裂隙發育，產狀主要有118°∠53°、95°∠86°，長度10.0～30.0 m不等。裂隙切割坡面形成多處松動的巖塊，破碎帶厚度約1.5 m。在坡腳綠化帶內發現有數塊落石，塊體方量在0.2～0.5 m3之間。經現場勘查分析，該段邊坡穩定性差，在降雨等不利因素影響下很可能出現巖石墜落甚至滑塌現象(圖2)。

圖2 K5+815—K5+872段邊坡照片

4 滑坡的影響因素及形成機制

萬福路滑坡是由多種因素共同影響所造成的，其主要影響因素有：地形地貌、地質構造、地層巖性、雨水、人類工程活動等。

(1)地形地貌：原山體地形較平緩，植被發育，地形坡度30°～50°，后因修路削坡，將原平緩、自穩的邊坡開挖形成高陡邊坡，形成新臨空面，為滑坡的形成創造了有利的地形條件。

(2)地質構造作用：受區域地質構造影響，巖石節理裂隙發育，巖體破碎，使邊坡的整體和局部穩定性降低。

(3)地層巖性：坡體主要為中等風化灰巖，裂隙發育，巖體破碎，有利于降雨、地表水的入滲，邊坡巖土體及結構面在水的作用下，其抗剪強度顯著降低。并且，裂隙內充填的紅黏土在浸水后膨脹，加快了裂隙的變形發展。邊坡巖土體受外在因素影響后其自身物理力學性質顯著降低，不利于邊坡的穩定。

(4)雨水：滑坡區雨量充沛，一部分雨水形成地面流，對邊坡巖土體具有沖刷、侵蝕等破壞性作用；另一部分雨水沿結構面下滲轉化為地下水，長期滯留在結構面處，對結構面具有軟化作用，使結構面的抗剪強度降低，抗滑力減??；同時，滯留在裂隙中的地下水既產生孔隙水壓力，又增加了坡體的重量，使下滑力增大，對邊坡穩定性影響極大。因此，降雨是引發滑坡的主要誘發因素[1]。

(5)人類工程活動：萬福路的修建對邊坡進行爆破開挖后，形成高陡的人工邊坡，由于未及時進行防護加固治理，巖體應力重分布，加劇了裂隙發育。另外，對自然斜坡坡腳的開挖，即清除了邊坡的抗滑段，并提供了滑動位移的空間，促進了滑動變形的進程。因此，人類工程活動是加劇邊坡變形破壞的主要因素。

5 邊坡穩定性分析

5.1 定性分析

根據勘查結果，邊坡坡向166°，坡角70°，巖層產狀S0：10°∠8°，K5+807—K5+872段邊坡主要發育的結構裂隙及其巖層產狀：J1為 170°∠73°、J2為118°∠53°、J3為95°∠86°。采用赤平極射投影法對該邊坡整體穩定性進行定性分析(圖3)。

由赤平投影圖可知，邊坡在J1、J2結構面不利組合下處于不穩定狀態；其余結構面不利組合下切割體處于穩定—基本穩定狀態。在不利因素影響下，該邊坡極有可能再次發生滑坡或坡面落石現象。

5.2 定量分析

(1)計算模型。根據現場勘查結果分析，該滑坡主要沿不利結構面滑動失穩，滑動面可以簡化為折線型，在K5+807—K5+872段邊坡選取最不利剖面(1-1′、2-2′、3-3′)采用折線法—傳遞系數法計算邊坡穩定系數及剩余下滑力[1-3]。

折線法—傳遞系數法穩定系數Kf計算公式：

(1)

第n條塊抗滑力：

Rn=Wn((1-rU)cosαn-Asinαn)-RDn)tanφn+ciLi

(2)

第n條塊下滑力：

Tn=Wn(sinαn+Acosαn)+TDn

(3)

傳遞系數：

(4)

孔隙水壓力：

Nwi=γwhiwLi

(5)

滲透壓力平行滑面的分力：

TDi=γwhiwLicosαisinβicos(αi-βi)

(6)

滲透壓力垂直滑面的分力：

RDi=γwhiwLicosαisinβisin(αi-βi)

(7)

式中：Kf為穩定系數；Wi為第i條塊的重量，kN/m；rU為孔隙壓力比；αi、βi分別為第i條塊滑面傾角和地下水流向，(°)；A為地震加速度，g；φi為第i條塊內摩擦角，(°)；ci為第i條塊黏聚力，kPa；Li為第i條塊滑面長度，m；ψj為第i的剩余下滑力傳遞至第i+1塊段時的傳遞系數(j=i)；γw為水的容重，kN/m3；hiw為第i條塊孔隙水的高度，m。

剩余下滑力計算公式：

Pi=Pi-1×ψ+Ks×Ti-Ri

(8)

下滑力：

Ti=Wi(sinαi+Acosαi)+TDi

(9)

抗滑力：

Ri=(Wi(cosαi-Asinαi)-Nwi-RDi)tanφi-ciLi

(10)

傳遞系數：

ψ=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanφi

(11)

式中：Ks為設計的安全系數；其余注釋同上。

(2)工況組合。持續的強降雨是誘發邊坡變形破壞的最重要因素，對坡體穩定性影響較大，擬采用兩種工況對邊坡進行穩定性分析及剩余下滑力計算，即：工況Ⅰ—自重(天然狀態)、工況Ⅲ—自重+暴雨(飽和狀態)。

(3)計算參數選取。根據室內試驗成果、當地類似工程及地區經驗，結合反演分析結果，綜合確定邊坡穩定性計算參數(表1)。

表1 各巖土層物理力學參數表

(4)邊坡穩定性、剩余下滑力計算與結果評述。通過采用選定計算方法及參數，計算三個剖面的穩定系數和剩余下滑力。計算結果見表2。

表2 滑坡穩定系數及剩余下滑力計算結果一覽表

根據滑坡穩定系數計算結果，K5+807—K5+872段邊坡在天然狀態下(工況Ⅰ)處于穩定—基本穩定狀態，在暴雨狀態下(工況Ⅲ)處于基本穩定—欠穩定狀態。根據剩余下滑力計算結果，將工況Ⅰ與工況Ⅲ的剩余下滑力進行比較，取較大值作為邊坡治理的設計推力。

6 治理方案設計

根據滑坡及邊坡的結構特征、形成機制及邊坡穩定性狀態，制定K5+807—K5+872段邊坡的治理方案為：對邊坡滑坡堆積的石方采用機械破碎后清運至指定地點后，K5+807—K5+815段邊坡自高程197.5 m至坡眉頂采用鋼管樁+鎖梁+C25砼+錨索格構梁防護加固；K5+815—K5+872段邊坡人工清除坡面松動浮石后，采用錨索格構梁+錨桿掛主動防護網防護加固。經設計及驗算確定各支護結構詳細設計如下：

6.1 錨桿掛主動防護網工程

(1)錨桿掛網布置：為防止局部因裂隙發育而發生巖石剝落垮塌，在K5+815—K5+872段邊坡，自高程200.0 m至坡眉頂以上3 m處采取錨桿掛主動防護網防護加固。

(2)錨桿設計：錨桿設計抗拔力為60 kN，錨桿選用2A16鋼筋，長度為3.0 m，在K5+815—K5+872段邊坡錨桿布設間距為3.0 m×3.0 m，傾角為25°，孔徑為90 mm，孔內灌注M30水泥砂漿或純水泥漿。

(3)GAR2型主動柔性鋼絲繩防護網設計：掛網采用GAR2型主動柔性鋼絲繩防護網，防護網鋼絲繩直徑為8 mm，網格為200 mm，橫、縱向支撐繩采用Φ12 mm鋼絲繩。

6.2 錨索格構梁工程

為確保邊坡的整體和局部穩定。在K5+815—K5+872段自高程197.5 m至坡眉頂采取錨索格構梁對邊坡進行重點防護[4]。錨索的設計抗拔力為450 kN；主筋采用4Φ15.2 mm鋼絞線，長度19.0 m、26.0 m，水平間距與垂直高差均為3.0 m；錨索傾角為25°；孔徑為130 mm；錨索孔灌注M30水泥砂漿。格構梁采用400 mm×400 mm現澆鋼筋混凝土梁(C25砼)；縱筋為6B16，箍筋為A8@100 mm；梁中心預留錨索孔。

6.3 鋼管樁+鎖梁+C25混凝土防護工程

對K5+807—K5+815段邊坡，自高程197.5 m至坡頂區域采取鋼管樁+鎖梁+C25混凝土進行防護加固。鋼管樁選用DZ40地質無縫鋼管(壁厚4.5 mm)，長度為9.0 m，錨固段長度為4.0 m；樁中心距1.5 m×1.5 m；樁的孔徑為127 mm，孔內灌注M30水泥砂漿，入射角為10°；基礎2排支撐鋼管樁垂直入射。鋼管樁之間采用鎖梁連結，鎖梁為400 mm×400 mm現澆鋼筋混凝土梁(C25砼)，縱向受力鋼筋為6B16；箍筋為A8@100 mm，梁中心預留鋼管樁孔。K5+807—K5+815段邊坡(滑坡處)坡面采用C25混凝土充填，充填高度與K5+815里程位置坡面持平。待鋼管樁施工完成后現澆2 m寬、5 m高的混凝土板，鎖梁置于混凝土板內。

6.4 M30水泥砂漿固結裂隙工程

邊坡后緣裂隙采用M30水泥砂漿灌漿固結，灌注時的壓力為200～250 kPa。

7 結語

桂林市萬福路滑坡為巖質滑坡，事發突然、危害性大，通過對地質災害點進行實地詳細調查及穩定性分析，遵循地質災害防治的基本原則，提出滑坡治理方案。由于邊坡的巖體破碎，整體穩定性及局部穩定性均較差，設計采用了多種治理方式，確保治理后的邊坡整體和局部均處于穩定狀態。