支党河桥头滑坡稳定性分析及设计处治措施

发布时间：2020-11-04

　　摘 要: 受地形、接线方案等条件限制，G69公路旬邑县支党河段路线无法避让滑坡体，需以特大桥形式通过梁家庄村滑坡。本文以该滑坡为研究主体，以桥头滑坡勘察治理为背景，对滑坡区成因机制、发育规模和各种工况的稳定性进行分析，并在此基础上，根据路线设计方案，提出经济、合理的滑坡处治措施。结果表明，通过对滑坡有效的分析评价，结合路线设计方案采取合理的处治措施，其结果是可靠的。

　　关键词: 桥头滑坡;稳定性;分析;处治措施;

　　引言

　　湫旬高速公路(G69)陕甘界支党河段地形、地质复杂，地势陡峭，受地形、接线方案等限制，路线K296+370～K296+770段无法避绕梁家庄村滑坡，并以桥梁形式通过该滑坡。该桥为控制性的高墩大跨特大桥梁(桥长1458m，高墩175m、大跨160m)，上部结构采用预应力混凝土连续刚构、预应力混凝土连续箱梁，下部结构采用双柱墩、薄壁空心墩、实心矩形墩、桩柱式桥台、桩基础。

　　梁家庄村滑坡位于支党河南岸缓坡上，路线以桥梁从滑坡东侧及次级滑坡的后缘跨越通过，9-11号3个桥墩位于滑坡体上。考虑到在滑体前缘卸载或在暴雨、洪水以及支党河特大桥的施工扰动情况下，可能产生蠕动、失稳，导致桥梁施工及运营期存在安全隐患，该滑坡的稳定极大的影响着特大桥的安全运营，因此对其稳定状态及治理对策进行研究有着十分重要的意义。

　　滑坡工程地质特征和水文地质条件

　　1.1 地形地貌

　　滑坡区地貌单元属河谷南岸黄土残塬岸基斜坡区，该段河谷呈“S”形，残塬顶部高出河道约150米，河岸陡坡坡脚基岩裸露;河谷南岸斜坡上陡下缓，地形起伏较大，坡体表面冲刷侵蚀较为严重，发育沟槽，斜坡坡度一般在35-65°左右，地面向河谷倾斜，斜坡上灌木覆盖，缓坡处，坡残积土覆盖，多为耕地。

　　1.2 气象水文

　　区内属暖温带半干旱大陆性季风气候区，年均气温9℃，年均降雨量为606mm。地表河流主要为黄河水系泾河流域支党河,滑坡区段河宽介于8～20m，水深约0.3～0.5m，水流平缓，水量较小，约2.8m3/s，岸基标高1036.2m。区内地下水以潜水为主，勘察期间，钻孔揭露地下水位位于1038.0m～1065.4m。

　　1.3 地层岩性

　　滑坡区地层主要为第四系冲洪积粉质粘土、卵砾石，滑坡堆积体粉质粘土，上-中更新统黄土，中生界白垩系下统华池-环河组杂色泥岩、砂质泥岩、砂岩等为主。

　　1.4 滑坡形态特征

　　梁家庄村滑坡位于支当河南岸，平面上呈“簸箕”形，整体下宽上窄，周界清晰，后缘为较陡斜坡，坡面细沟发育，滑坡坡体切割较破碎，两侧边界发育小型冲沟。中后部坡体较陡，后缘处离石黄土出露，中前部地形较缓，局部为人工改造台阶地，西北侧滑坡前缘被冲洪积堆积地层填埋，东北侧滑坡前缘受河流顶冲侵蚀。

　　该滑坡主要由HP15及次级滑坡HP15-2组成。其中HP15为老滑坡，最早发生，滑坡主滑方向长约280m，宽约542m，滑体厚约10-59.5m，体积约4.55´106m3，属牵引式巨型滑坡。滑坡H15-2，为次级滑坡，在前缘受河流顶冲侵蚀失稳后形成，长140m，宽207m，厚13-45.7m，体积约7.2´105m3，滑坡周界清晰，后缘呈椅子背形，有3m高陡坎，属中型滑坡。

　　滑坡成因机制分析

　　根据现场调查及钻探资料，确定该滑坡由2个滑坡组成，其中HP15为老滑坡，HP15-2是在滑坡HP15发生以后，其坡脚不断的受沟底河流的冲刷，导致前缘失稳，形成的次级滑坡体。

　　滑坡形成机理：由于构造作用使本段黄土台塬相对下游河道持续抬升，沟谷冲刷发育造成台塬河谷沟壑边缘越来越陡立，形成陡立岸坡，致使坡脚应力集中。由于分布于地表的新黄土孔隙发育、土质疏松，垂直节理较为发育，具有良好的受水构造、聚水条件，为地表水的深部下渗提供了有利条件;区内独特的水文条件改变了河岸土质的含水量，白垩系地层中的泥岩软弱层相对隔水，致使其岩土接触面土体容重加大，抗剪强度降低，引起岩土体软化、崩解以至坍滑，导致滑坡发生，陡坡陡壁随之后移，形成现在的地形地貌。

　　河岸侧缘陡坡在水流的侵蚀、冲击和淘刷作用下，下部土体被淘空，当坡脚无法抵抗集中应力时，上部土体失去支撑而滑塌，进而引发上部地层沿土石交接面发生次级滑动。

　　从总体上来看，造成滑坡的成因主要有以下几点：

　　2.1 斜坡地形是滑坡形成的空间条件。该斜坡原始地貌坡高较陡，中上部岩土体在水浸泡下自重增大，下部岩土体不断受坡面汇水冲刷及河流对坡脚的不断侵蚀(根据勘察可推测部分钻孔的位置为原来河道，滑坡后滑体堵塞原河道形成了现在的河道)，从而导致前缘失稳，剪切下滑。

　　2.2坡体结构是形成滑坡的物质条件。上覆堆坡积粉质粘土(黄土)，结构疏松，坡面上的水极易下渗;下伏白垩系泥岩，为较好的隔水层，大气降水下渗至该层顶面，透水性较差，形成了含水量较高的软化土体，抗剪强度降低，从而产生滑动。

　　2.3水的因素是滑坡产生的重要原因。连续暴雨或连阴雨及河流冲刷坡脚并渗入坡体是滑坡产生的直接诱因。

　　滑坡所处地段岩性为软硬相间的泥岩夹砂岩，容易形成差异风化，且为相对透水和隔水层，地下水在砂泥岩接触面聚集，从而软化岩体形成潜在滑动面，前缘支党河主河道冲刷形成临空面，河河水面升降、大气降水在裂隙内引起动静水压力是斜坡不断发展变形，形成滑坡的主要因素。

　　滑坡稳定性分析

　　3.1 地质宏观稳定性定性分析

　　梁家庄村滑坡主要由粉质粘土、碎块石土组成。目前地表及滑面均总体较平缓，下滑的势能不大，中前部滑面尤其宽缓，可以提供较大的抗滑力，对滑坡的总体稳定有利。经过对滑坡成因及序次的分析可知，滑坡仅经过一个序次的滑动，而在其后较长的地质历史时期，未产生新的较大规模的变形滑动。

　　老滑坡HP15滑体已滑至斜坡中下部，后缘滑壁陡立，高30m，滑坡势能已部分释放，滑坡体内地形被细沟、毛沟切割坡体较为破碎，后缘、侧壁无新近张拉裂缝，前缘整体无明显坍塌现象;滑坡堆积体部分已被冲刷流失，目前整体稳性，考虑其前缘位于河道边，河流不断对其冲刷，容易造成局部失稳。

　　次级滑坡HP15-2其坡脚不断的受沟底河流的顶冲冲刷，导致前缘失稳，形成的次级滑坡体，后缘有滑坡形成的陡坎，但无裂缝，前缘局部有浅表层坍塌，且其前缘不断受河流的侵蚀冲刷，目前整体稳定，其前缘变形属局部变形。

　　综上原因可知，该滑坡整体处于稳定状态。但其土体因扰动，土体裂隙发育，在扰动或大暴雨等不利条件下，前缘局部可能坍塌破坏，威胁拟建桥梁墩台的安全。

　　3.2 滑坡稳定性计算分析

　　支党河桥头滑坡现阶段处于稳定状态，支党河特大桥经过该滑坡体的西侧及次级滑坡的后缘。由于支党河大桥施工完毕后9#、10#、11#号墩位于滑坡体上，需根据施工和处治后的滑坡坡面形态对其在可能存在的不同工况下进行稳定性分析，以确保在运营中支党河特大桥9#、10#、11#墩的安全。

　　3.2.1滑坡典型断面选取

　　支党河特大桥沿滑坡的中心主轴方向穿过，且桥头滑坡的稳定主要对支党河特大桥9#、10#、11#墩的安全造成重要隐患，根据墩台的布设情况，勘察共测设剖面4条，对3个墩台主滑坡和次级滑坡的(主滑方向+纵桥向)地层结构进行控制。

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　　滑坡的稳定性计算依据二维刚体极限平衡原理，采用剩余推力法计算。计算根据墩台布设、施工开挖平台、削方等情况，选取3 条剖面，不考虑地震力、地下水动水压力影响，分别验算主滑面及次级滑面、上部土体沿潜在剪出面滑动天然工况和暴雨工况的稳定系数。鉴于篇幅原因，这里仅选取支党河特大桥10#墩剖面4作为滑坡稳定性计算典型断面。

　　3.2.2 岩土体物理力学参数取值

　　本滑坡岩土体力学参数的取值主要根据滑坡现状稳定反演计算、滑坡体钻孔试验资料、经验类比综合分析确定。

　　3.2.3 滑坡稳定性计算评价

　　结合支党河特大桥滑坡区桥墩的刷坡清方减载措施后的坡面形态见图2。根据计算，HP15天然状态下稳定系数1.251，暴雨状态稳定系数1.236;潜在剪出面天然状态下稳定系数1.118，暴雨状态下1.042。次级滑坡HP15-2天然状态下稳定系数1.435，暴雨状态下稳定系数1.206，不满足1.25的设防要求。

　　治理设计对滑坡后缘采取削方卸载的措施，卸载后HP15天然状态稳定系数提高至1.508，暴雨状态提高至1.477;潜在滑动面天然状态提高至1.349，暴雨状态下提高至1.260，稳定性满足1.25的设防要求。

　　治理设计对滑坡HP15采取后缘削方卸载，对次级滑坡HP15-2采取前缘反压和设置临河抗滑挡墙的治理措施。治理后HP15天然状态稳定系数提高至1.660，暴雨状态提高至1.499。次级滑坡HP15-2天然状态提高至1.365，暴雨状态提高至1.258，稳定性满足1.25的设防要求。

　　通过上述稳定性分析以及计算，滑坡在暴雨(水位骤升骤降)的工况时，稳定系数比滑坡在天然以及水位稳定的工况下有明显下降。因此水的变化是对滑坡的稳定性影响的重要敏感性因素。

　　治理方案对策研究

　　在综合评价工程地质和工程状态的前提下，以滑坡稳定性和影响因素分析为基础，采用控制性防治和加固相结合的原则，突出对滑坡体的整体稳定性加固，既要治理防止滑坡的整体蠕滑，又要治理滑坡体因坡脚冲刷引起的局部坍塌。

　　梁家庄村滑坡体威胁的主要对象为支党河特大桥9#、10#、11#号墩，故滑坡治理对策确定围绕确保支党河特大桥9#、10#、11#号墩安全进行研究。

　　综合治理方案：

　　主要措施是后缘进行削方减载、前缘弃方反压提高滑坡整体稳定性，采用综合截排水措施改善滑坡区水文地质条件，临河挡墙防止冲刷和加强前缘支挡加固。

　　4.1 削方卸载：调整桥下岸坡坡率及坡高，加大平台宽度;在滑坡范围内各桥梁墩柱处设置削方卸载平台，通过开挖平台卸载滑坡体土方;11#墩至13#墩边坡开挖采用坡率为1:1，坡高8m，平台宽3m;;10#墩至11#墩及13#墩至14#墩之间开挖边坡坡率采用1:1.5，坡高8m，平台宽度3m;与顺桥向右侧边坡平顺相接。

　　4.2 支挡及反压措施：沿滑坡体前缘临河部分设置C15片石混凝土抗滑挡墙(BC段)，并在墙后反压回填土方，反压回填土方压实度≥85%;同时在滑坡范围外临河阶地岸坡(AB段)设置一般浸水挡墙用于河道疏浚及预防水流冲刷。

　　4.3 坡面防护措施：各级坡面坡脚处均采用实体护面墙防护，各平台可在施工完后复耕或者还林恢复植被。

　　4.4 截排水措施：各填、挖方平台均设置平台截水沟，地形低洼冲沟处设置排水沟，疏排边坡汇水及地表降水。

　　4.5 弃方消化措施：HP15-1小桩号侧河流阶地回填部分卸载土方，土方填高16米，共两级，坡率1:1.5，平台宽3米。一级坡脚处采用石笼挡墙反压坡脚，石笼共码砌3层。二级采用实体护面墙防护。弃方顶面平台可在施工完后复耕或者还林恢复植被。卸载多余土方弃至弃渣场。

　　治理设计对滑坡后缘采取削方卸载的措施，卸载后，根据表2、表3可知滑坡稳定性满足1.25的设防要求。

　　变形监测方案及资料分析

　　滑坡监测布设表面位移监测点7个(GC01～GC07)、基准点2个(GZ01～GZ01),深孔位移2处(GX01～GX02)，每孔深部位移计5支(CXY01～CXY10),土压力监测8处,水位计一个,雨量计一个。

　　经过3年多的监测，滑坡体上水平位移监测成果见表2，变形不显著。9#、10#桥墩位于变形体中，GX01、GX02监测点水平累计位移最大2.8mm、2.6mm，向上垂直位移分别为3.1mm、2.8mm，变形不明显，未有超过预警阀值的情况。

　　滑坡变形监测周期还太短，经过变形监测，没有发现明显的变形迹象。该滑坡结果综合治理后，经变形观测，无任何明显变形迹象，说明治理是有效的。

　　结论

　　支党河水位的升降、降雨、施工扰动、平台开挖等因素对支党河桥头滑坡的稳定性影响尤为敏感。因此在滑坡治理时，采取后缘削方减载+前缘反压支挡+截排水的综合处治。经3年多建设检验，滑坡区稳定状况良好，其措施有效、经济合理。——论文作者：陈锦文