川藏高速公路高位堆积体病害分析与防治

本文来源于公众号：悠游2019

作者：成永刚，博士，教高，注册岩土工程师，中国岩石力学与工程学会滑坡与工程边坡分会理事，中国土木工程学会非饱和土与特殊土专业委员会常务委员和交通岩土工程专业委员会委员，国际工程地质协会会员，中国国家公路建设项目评标专家，四川省交通运输专业人才教育专家。

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四川省藏区位于我国地势由第一阶梯的青藏高原向第二阶梯的四川盆地过渡带，峡谷深切、岸坡陡峻,地层岩性多变，气象条件恶劣而水系发达，地质构造复杂、地震频繁，形成了极其困难的工程建设条件。

自第四纪晚更新世以来，由于青藏高原强烈抬升、新构造运动强烈活动和河流强烈侵蚀下切，造成川西藏区第四纪堆积体具有分布的广泛性、成因的多样性、性质的复杂性等特点。工程建设中堆积体坡体病害呈现出持续高频的特点，对工程建设形成了严重的安全隐患。它一方面造成了工期严重滞后，成为典型的“卡脖子”工程；另一方面造成大规模工程变更，甚至出现工程报废，形成了很大的社会负面影响。

基于此，以川藏高速公路某高位堆积体滑坡后形成的高大边坡预加固为例，对其稳定性分析、参数选取，以及下滑力计算和工程处治方案的确定原则进行探讨，以期能为类似堆积体高边坡的处治提供一定的借鉴。

一、基本情况

项目区以大桥的形式布设于河流左岸斜坡坡脚，2016年7月27日19时，大桥内侧高位堆积体突然发生体积约12万方的滑坡，瞬间推倒下部高62m的23#和24#柱式桥墩，造成直接经济损失近千万元。滑坡发生后，需对滑坡后壁和侧壁形成的高约70.0～130.0m、坡度为57～69°的堆积体高边坡进行处治。

图1 高位堆积体滑坡全貌

二、高位堆积体的地质环境

‍‍‍‍‍桥‍下河流为典型的暴涨暴落型山区河流，岸坡属于在基座式河流阶地基础上发育而来的突出状山脊。脊背较窄而相对平缓，前缘临空面呈“三角形”状。场地基本地震烈度为Ⅷ度，地震动峰值加速度为0.2g。

坡体呈二元结构形态。高位堆积体自然坡度约45～50°，上部为厚约3m，为稍密～中密的碎块石土崩坡积层（Q4），其下为密实、局部胶结，最大厚度约75m，渗透系数0.003m/d的冲洪积层漂卵石层（Q3）。下伏基座为元古界花岗岩，其中发育产状140︒∠46︒和210°∠47︒的平直结构面，由此形成的“楔形”结构面严格控制了土岩界面的形态。山体自然植被茂密，乔木高大挺拔。

图2 大仁烟高阶地坡体工程地质剖面图

三、高位堆积体自然状态下坡体稳定性分析

1、坡体主要由密实度高、有一定胶结的冲洪积体构成，地表坡度平顺，地表植被发育。坡体前部的河流已下切至花岗岩基座以下，对堆积体的稳定性基本没有影响。

2、山脊的脊背较窄且两侧冲沟发育，构成坡体的冲洪积层密实度高而渗透系数很小。因此，地表水和地下水对坡体的稳定性影响非常有限。

3、从地震文献看，区内近700年来具有破坏作用的地震共5次，地震烈度为Ⅶ~Ⅷ度。从地质历史上分析，全更新世堆积体形成下切的一百多万年来，没有人类记载的强震数量可能更多，震级也可能更强。而从坡体形态来看，高位堆积体没有发生地震作用下的整体失稳情况。

基于以上天然、暴雨和地震三种工况下坡体稳定度的分析，表明堆积体坡体在自然状态是稳定的。

四、高位堆积体工程状态下失稳原因分析

特桥施工平台的施作时在坡体下部，切穿土岩界面部位形成了高约16m、宽约30m的工程边坡，极大弱化了依附于花岗岩楔形结构面的岩体“闸门”锁口作用，造成坡体应力调整挤压“楔形体”端头的“关键块体”，最终使其在高应力作用下发生“溃决”，导致基座上部的高位堆积体在“闸门效应”的作用下，巨大的势能快速转化为动能，依附于楔形结构面控制的土岩界面高速下滑，直接冲毁了前部的特大桥。

五、高位堆积体高边坡潜在滑面参数分析

1、自然坡度是岩土体物理力学性能的外在综合反映，即自然坡度是类均质堆积体综合内摩擦角的近似反映，即不小于45°。

2、滑坡滑动后拉裂形成的陡峭后壁为主动破裂面，故依此得堆积体的综合内摩擦角为48°。

3、 滑坡发生前原自然坡体处于稳定状态，依据安全的原则，取原自然坡体稳定系数不小于1.1进行反算得堆积体的综合内摩擦角为47.1°。

4、滑坡发生时的主滑方向与侧界的综合夹角约25°，故依此得堆积体的综合内摩擦角为50°。

综上，堆积体的综合内摩擦角取最小值45°。

六、高位堆积体高边坡安全系数分析

滑坡发生后直接对下部的特大桥造成了毁灭性影响，形成了不良社会影响，故高位堆积体高边坡工程治理安全系数取天然工况Fs=1.3，暴雨工况Fs=1.2，地震工况Fs=1.15的规范上限值。

由此得高边坡潜在下滑力在天然工况下为4373KN/m，在暴雨工况下为3830KN/m，在地震工况下为为3592KN/m。

七、高位堆积体高边坡预加固思路

1、滑坡后形成的高达130m的高位堆积体高边坡防护，应严格贯彻“固脚强腰、锁头绿化”的防护理念。

2、坡体潜在下滑力较大，故对高位堆积体进行适当卸载，以有效减小坡体的潜在下滑力，从而减小工程加固支挡规模。并通过在高边坡的中部设置一处20m宽的平台，将高边坡分为“两个边坡”进行处治，从而提高边坡的整体与局部稳定性，有效减小坡面汇水形成径流的条件。

八、高位堆积体高边坡工程处治方案探讨

1、高位堆积体高边坡形成的潜在滑体约22万方，根据工程经验，卸载方量约4万方，继而得坡体的剩余潜在下滑力为1631.3KN/m，较卸载前大幅下降了62.7%。

2、考虑到坡脚“闸门”的有效锁固对整个高边坡具有至关重要的作用，在距坡脚设置锚索抗滑桩，与桩前边坡设置的锚固工程共同进行“固脚”，有效确保对坡脚“闸门”处岩土体的加固。

3、以高边坡中部设置的20m宽大平台为界，依据高边坡整体的“强腰”原则，并兼顾高边坡的局部稳定性，设置锚固工程进行加固。

4、在20m宽大平台部位设置截水沟，有效截排高边坡上半部分的坡面汇水。对各级边坡框架设置排水肋条，从而有效集中引排坡面汇水。

图3 建议处治方案的工程治理断面图

九、结语

1、川西藏区河谷深切、构造作用强烈，高位堆积体分布广泛，在工程建设前期应充分进行地质调查，积极采用工程预加固措施，防止工程滑坡威胁下部线路的安全。

2、高位堆积体的稳定度应结合地形地貌、坡体结构、气象水文、水文地质、地震历史、工程扰动程度等因素综合评价。

3、高位堆积体潜在滑面参数，应结合堆积体的成因、性质、工程前后地形地貌形态的演变等地质条件综合分析确定。

4、高位堆积体的工程安全系数应依据对坡体地质条件的认知程度、所影响的工程结构重要程度、社会影响、工期等因素综合确定。

5、高位堆积体高边坡的工程序治理，应严格贯彻“固脚强腰，锁头绿化”的坡体加固理念，对高边坡的整体安全度，以及各级边坡和坡面的安全度分别均予以保证。

注：本文是对高位堆积体高边坡设计方案的优化探讨。

图注：原方案实施后的高边坡全貌