四川廣巴高速公路紅層滑坡成因分析及防治措施

袁曉波，向 波，2，趙 丹，何云勇，2

(1.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都 610031;2.四川省交通運輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院，四川成都 610041)

四川廣巴高速公路紅層滑坡成因分析及防治措施

袁曉波1，向 波1，2，趙 丹1，何云勇1，2

(1.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都 610031;2.四川省交通運輸廳公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院，四川成都 610041)

四川北部山區(qū)高速公路紅層滑坡災(zāi)害廣泛存在。根據(jù)廣巴高速公路木門段滑坡的現(xiàn)場勘查，從地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)及滑坡形態(tài)等方面對滑坡形成機制進行分析，指出該滑坡屬滑移—牽引型滑坡。通過對滑坡穩(wěn)定性分析計算，得出其穩(wěn)定系數(shù)K在1.05～1.15，且滑坡前緣在河床中，洪期受河水沖刷，加之匝道路塹和橋梁基坑開挖均對滑坡穩(wěn)定不利，其穩(wěn)定系數(shù)正逐步降低，處于欠穩(wěn)定—基本穩(wěn)定狀態(tài)，需進行處治。結(jié)合工程實際，提出了于二級滑體前部設(shè)置抗滑樁、一級滑坡后部設(shè)置小直徑鋼管排樁，并輔以排水、截水設(shè)施的防治措施。

紅層滑坡;高速公路;成因機制;防治措施

1 工程概況

紅層在四川北部山區(qū)有較廣泛分布，其地質(zhì)力學(xué)性質(zhì)特殊，開挖后坡體自穩(wěn)能力較差，公路工程在該地區(qū)施工期間和施工后，易誘發(fā)古滑坡、溜塌等地質(zhì)災(zāi)害，導(dǎo)致該地區(qū)公路建設(shè)相對困難［1-7］。廣巴高速公路木門互通立交位于旺蒼縣木門鎮(zhèn)洪石灘紅層古滑坡，公路主線及A、B、C、D匝道均從該滑坡中前部通過(圖1)。紅層堆積滑坡對此公路建設(shè)及安全運營都有著極為重要的影響，有必要從地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)及滑坡形態(tài)等方面對該滑坡進行詳細研究，評價其對公路建設(shè)的影響，提出經(jīng)濟有效的防治措施。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

場地屬于構(gòu)造侵蝕低山區(qū)，附近山峰海拔在800～900m，從場地流過的木門河水面海拔400m左右，相對高差400～500m。由于巖層傾角平緩，巖性為砂、泥巖互層，山坡呈階梯狀，山頂呈桌狀。在厚層砂巖處，多形成高10～20m的陡崖;A匝道中后段及B、C匝道起點附近木門河左岸為普濟至木門公路的路塹邊坡，非常陡峻，基巖裸露;木門河兩岸有不對稱的侵蝕堆積形成的階地，木門河左側(cè)一級階地寬100m，長200m，階面高于水面7～10m;木門河二級階地僅在普濟至木門公路左側(cè)殘留很小面積，階面高于木門河水面16～18m，階地為居民集中區(qū)及耕地。木門河右岸階地已被滑坡鏟掉或掩埋，滑坡體地面受下部基巖及巖性影響，微地貌呈具有三個平臺的梯狀滑坡堆積體，滑坡平臺多為水田，民房較多。

圖1 互通工程及滑坡平面圖Fig.1 Plain view of engineering and landslide

2.2 地層巖性

滑坡堆積層巖性以塊石夾土為主，次為塊石質(zhì)土、低液限粘土、含塊石低液限粘土或小塊石質(zhì)土。塊石夾土主要為砂巖，次為粉砂巖，呈褐黃-褐紅、褐灰色，粒徑大多為20～200mm，并夾有透水性差的砂土和粉粘粒，土層巖性極不均勻，厚度約為3～23.5m。塊石質(zhì)土主要砂巖和粉砂巖，最大粒徑可達2m，巖性也不均勻，局部為含碎石低液限粘土。小塊石質(zhì)土:主要是砂巖、粉砂巖，棱角狀，呈褐黃、褐灰色，粒徑大多為20～60mm，巖性不均，厚度約6m，局部含有塊、碎石低液限粘土。低液限粘土分布在地表或在滑體中、下部，呈棕紅-灰色，軟塑-硬塑狀，鉆孔資料顯示低液限粘土帶有擦痕和光滑鏡面，構(gòu)成了滑帶土［8］。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

場地具體位置在新華向斜(新華向斜軸部在南3km處，向斜軸向總體為60°～80°方向)的 NW 翼上，靠近向斜軸部，巖層傾角平緩，巖層產(chǎn)狀在145°～160°∠2°～5°。優(yōu)勢產(chǎn)狀152°∠3°，構(gòu)造裂隙主要有兩組，L1:11°∠72°;L2:100°∠89°;泥巖、粉砂巖中間距0.2～1.0m，延伸＞2m。厚層砂巖中間距多＞2m，延伸＞5m。場地附近，地質(zhì)構(gòu)造比較簡單，巖層產(chǎn)狀較平緩，未發(fā)現(xiàn)斷層。新構(gòu)造運動以持續(xù)間歇式上升為特點，場地地震基本烈度低于VI度。

2.4 水文地質(zhì)條件

場地內(nèi)地下水主要類型有松散層上層滯水、孔隙水和基巖裂隙水，前者主要賦存于Qdel4、Qc+dl4層中，孔隙水主要賦存于Qal+pl4-2層中，接受大氣降水、農(nóng)田灌溉用水、河水的補給，沿斜坡向下排泄，該層含大量粘粒，透水性差，富水性弱，此種地下水貧乏，于滑體中后部，有一下降泉水呈浸潤狀或滴水狀浸出，其水量受外界降水影響明顯;后者賦存于巖石節(jié)理和強風化帶巖石中，主要接受大氣降水、地表水補給，該套地層多呈砂泥巖互層，賦水性較差。但由于場地地處低山區(qū)，地形切割深，縱坡大，地下水徑流距離短，排泄快，該地下水普遍較貧乏。

3 滑坡形成機制及工程地質(zhì)評價

3.1 形成機制

木門紅層滑坡前緣進入木門河河床中，并呈圓弧形向河床偏上游凸出，將木門河擠壓成S形;后壁為巨厚砂巖、粉砂巖夾泥巖形成的陡崖，兩側(cè)邊界已不明顯，除前緣弧形凸出，后緣可見滑坡形成的洼地(地面向山體傾斜)外，其它滑坡要素已不明顯，是一個由古巖堆(古崩塌體)移動所形成的大型古滑坡。根據(jù)平面(圖1)和剖面形態(tài)(圖2)，該古滑坡分為三級。

第一級滑坡平面形態(tài)呈圈椅狀，受第二級滑坡影響，前部呈向上彎曲的弧形，軸長250m，平均寬170m，厚7～36m，現(xiàn)殘留體積104×104m3?；w以塊石夾土、塊石質(zhì)土為主，底部滑帶土為低液限粘土?；潞蟊谔幓婧芏?，滑坡中前部地面及滑床均呈倒坡，向山里傾，表明滑坡滑動時，曾旋轉(zhuǎn)，致使前部反翹［8］。

第二級滑坡軸長170m，平均寬170m，平均厚17m，體積51×104m3?；w物質(zhì)以塊石夾土、塊石質(zhì)土為主，滑帶為軟塑低液限粘土。后緣與前部分別與第一級前部和第三級后部銜接，后部地面與滑面均較陡，有地下水溢出，近期有緩慢移動現(xiàn)象［8］。

第三級滑坡前緣插入木門河中，地形上呈向河中心外凸的圓弧形。主軸長200m，平均寬180m，平均厚20m，體積72×104m3?；w物質(zhì)主要是塊石夾土，局部夾有朽木，滑坡前部因受河水沖刷，細小顆粒被水帶走，余下巨大的砂巖塊，滑帶為軟塑狀灰色低液限粘土，滑床平緩，約 5°左右［8］。

根據(jù)滑坡形態(tài)與物質(zhì)組成分析，滑坡成因是由于更新世時期，木門河右岸巨厚層砂巖陡壁不斷產(chǎn)生崩塌，特別是第一級滑體(地名天井壩)后緣的兩級陡崖，總高＞130m，在天井壩形成巨大巖堆。木門河沖刷巖堆前部，巖堆移動形成第一級滑坡，并把木門河推向左側(cè)。隨著第一級滑坡體上的崩塌堆積物不斷增加，加上木門河沖刷滑體前部，同時河床下切，使前緣臨空，牽引加巨大的推力將滑體物質(zhì)推到第二級滑坡體位置，形成第二級滑坡;隨著滑坡的推擠，木門河不斷向左岸移動、下切，同時沖刷第二級滑體前緣物質(zhì)，使第二級滑坡產(chǎn)生次生滑動，形成第三級滑坡，并堵塞木門河，爾后第三級又產(chǎn)生次生滑動，所以第三級滑體上有兩個平臺，并將主流推擠到現(xiàn)在河床位置。

三級滑體形成三級平臺，平臺成為耕地和居民集中區(qū)。通過訪問當?shù)鼐用?，在自然條件下滑坡整體數(shù)十年沒有發(fā)生過移動，但第二級滑坡后部，由于地面坡度及滑床坡度均較陡，且地下水位較高，近年來有局部緩慢移動現(xiàn)象。BK0+360右側(cè)滑坡，分布在BK0+340～400右側(cè)，軸長40m，厚3m左右，體積＜10000m3近期未見明顯整體滑動，但有多級田坎垮塌現(xiàn)象，成因主要是雨季地表水在溝中集中形成。

3.2 穩(wěn)定性評價

木門互通滑坡:規(guī)模較大，分為三級，各級在自然條件下的穩(wěn)定程度各不相同，各級受路基、橋梁施工開挖的影響程度也不相同。

圖2 滑坡橫剖面圖Fig.2 Cross-section view of landslide

第一級滑坡:滑體雖厚，規(guī)模雖大，但滑面平緩，抗滑段較長，滑面傾向及傾角對穩(wěn)定有利，結(jié)合訪問，該滑坡現(xiàn)在處于基本穩(wěn)定狀態(tài)。第一級滑坡前緣局部的穩(wěn)定性取決于第二級滑坡的穩(wěn)定性，也就是說，二級滑坡后緣移動或?qū)σ患壔虑熬夁M行擾動，會引起一級滑坡前緣局部復(fù)活。

第二級滑坡:經(jīng)訪問，幾十年來沒有產(chǎn)生過總體移動，但后緣有緩慢移動現(xiàn)象，在自然條件下局部處于不穩(wěn)定狀態(tài)。滑體物質(zhì)為塊石土或塊石質(zhì)土，平均容重 γ=21kN/m3，飽和容重 γ=22kN/m3，取滑帶φ=9°;C=16.73kPa(按 K=1.05反算)，計算出在自然條件下，滑坡推力見表1。C匝道經(jīng)過二級滑體前部，且以挖方路塹通過，在滑坡的前部挖方，對滑坡穩(wěn)定不利，C匝道路塹開挖后總體穩(wěn)定系數(shù)K＜1.05，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，需進行處治或加固。

第三級滑坡:從縱剖面上看，滑床較平緩，滑體物質(zhì)為塊石夾土，滑帶物質(zhì)為具有光滑鏡面的軟塑低液限粘土，取滑體飽和容重γ=22kN/m3，按現(xiàn)在穩(wěn)定系數(shù) K=1.15 反算，得滑帶 φ =8°，C=12.57kPa，按γ =22kN/m3，φ =8°，C=12.57kPa，計算在自然條件下及路基填方加載后的滑坡推力見表1。由于滑坡前緣在河床中，洪期受河水沖刷，對滑坡穩(wěn)定不利，其穩(wěn)定系數(shù)正在逐步降低，現(xiàn)在處于欠穩(wěn)定-基本穩(wěn)定狀態(tài)，有必要進行處治或加固。

表1 滑坡推力計算結(jié)果Table 1 Calculation results of landslide pushing force

3.3 滑坡對公路影響分析

主線跨木門河大橋及引道:主線木門河大橋首先跨普濟至木門公路，穿過木門河左岸階地，跨過木門河，通過木門互通滑坡的第三級滑坡和東凡(木門)至水壩公路，廣元岸(木門河左岸)工程地質(zhì)條件簡單，木門河岸邊基巖(砂巖)裸露，階地上基巖埋藏深度大多小于6m，局部9～10m，下為砂巖、粉沙巖夾泥巖，砂巖強風化帶厚度2m，粉砂巖/泥巖強風化帶厚度2～5m，弱風化帶基巖為良好地基。巴中岸(木門河右岸)，大橋墩臺在滑坡的前緣第三級滑坡上，滑體最厚處達27.84m，地下水較豐富，滑坡穩(wěn)定系數(shù)達不到規(guī)范要求，工程地質(zhì)條件較差，是必須重視的重點地段。主線大橋廣元岸引道基巖裸露或埋藏不深，未發(fā)現(xiàn)重大不良地質(zhì);木門河右岸橋頭引道在滑坡體中，左側(cè)挖方對二級滑坡穩(wěn)定不利，右側(cè)填方，對第三級滑坡穩(wěn)定不利，設(shè)計和施工均需注意。

A、B匝道及普濟至木門公路改線:這三條路線都在木門河左岸，線位處基巖裸露或埋藏不深，無重大不良地質(zhì)，路線上的橋、涵、路基工程地質(zhì)條件比較簡單。但需注意的是，B匝道右側(cè)部分段經(jīng)過小型危巖體，易產(chǎn)生小型崩塌，挖方邊坡需適當削緩或?qū)吰逻M行加固;A匝道右側(cè)部分段，填方較高，宜設(shè)擋墻。C匝道大橋及引道:C匝道起點在木門河左岸較陡岸坡上，砂巖、粉砂巖夾泥巖基本全裸，除砂巖陡坎處，裂隙較發(fā)育外，未發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)。但C匝道大橋部分橋墩在滑坡體中，橋臺及引道右側(cè)為挖方邊坡，挖方對三級滑坡穩(wěn)定有利，相當于在三級滑坡后部減載;但對二級滑坡穩(wěn)定不利，因為挖除了滑坡前部部分抗滑段，施工開挖極易引起二級滑坡局部復(fù)活。需要對滑坡進行處治，對邊坡進行加固。D匝道大橋及引道:D匝道起于木門河右岸，止于木門河左岸基巖裸露的陡坡上，其填方對二級滑坡前部起反壓作用，對二級滑坡穩(wěn)定有利，但在三級滑坡后部起加荷作用，對三級滑坡穩(wěn)定不利，設(shè)計時應(yīng)考慮此不利因素。

木門河左側(cè)，危巖崩塌規(guī)模雖小，但直接影響A、B、C匝道邊坡，宜清除加固或削緩邊坡。A、B、C匝道在木門河左岸，通過陡坡地形，路塹開挖易形成高邊坡，土坡較少，以巖質(zhì)邊坡為主，基巖為粉砂巖、泥巖、砂巖互層。建議對堆積層及強風化泥巖、粉砂巖開挖邊坡不陡于1∶1，對弱風化泥巖、粉砂巖邊坡開挖邊坡不陡于1:0.5，厚層砂巖不陡于1:0.3。每8～10m設(shè)一級平臺，厚層砂巖底宜設(shè)一級平臺。開挖不宜采用大爆破，以免加劇邊坡巖體裂隙的進一步發(fā)展。對于開挖后泥巖、粉砂巖暴露地段需進行防風化的處治。

4 防治措施

該滑坡體目前總體穩(wěn)定性較好，但是由于該處擬建互通式，路線布置較為復(fù)雜，滑坡體上布設(shè)有橋梁、深挖路塹以及填方，加之前緣長期受水流沖刷淘蝕，滑坡穩(wěn)定性受到極大的削弱，因此，建議對該滑坡分區(qū)進行處治。

第三級滑體的穩(wěn)定性，除了受工程施工影響外，還受木門河沖刷的影響，木門河直接沖刷滑體前部，對滑坡穩(wěn)定不利。應(yīng)在木門河右岸設(shè)置防沖護岸工程。

針對第二級滑坡，在主線、A、D匝道深挖路塹和填方段，采用鋼筋混凝土抗滑樁處治，橫截面2m×3m，樁中心間距4m，樁長18～20m，共25根，樁身采用C30混凝土現(xiàn)澆。

互通立交工程布設(shè)于第二級滑坡范圍內(nèi)，主要采用清方減載完成工程建設(shè)，據(jù)計算清方將對第一級滑坡前緣進行擾動，可能引起第一級滑坡前緣局部甚至更大范圍的復(fù)活。因此，采用小直徑鋼管排樁處治，鋼管樁型號為140mm×5mm，樁長10～18m，樁間距為1.5～1.8m，排間距為1.7m。鋼管樁采用鉆孔灌注樁，成孔直徑為170mm，鋼管內(nèi)高壓灌注水灰比0.45的水泥砂漿，樁頂用400mm×400mm鋼筋混凝土梁連接。

為防止大面積雨水通過節(jié)理裂隙面或較破碎巖體直接下滲，對下切較深裂隙灌漿封閉，并于滑坡后緣設(shè)置截、排水溝，加強坡面排水，防止地表水下滲。由于木門互通滑坡前部，地下水豐富，地下水位較高，位于木門互通滑坡體上的主線橋、C、D匝道橋的墩臺及抗滑樁的樁孔開挖，應(yīng)充分考慮地下水的影響。

5 結(jié)論

(1)根據(jù)滑坡形態(tài)與物質(zhì)組成分析，該紅層滑坡屬滑移—牽引型滑坡。木門河右岸巨大巖堆不斷產(chǎn)生崩塌，伴隨河流沖刷移動形成第一級滑坡;隨著第一級滑坡體上的崩塌堆積物不斷增加，滑體前部受到?jīng)_刷，同時河床下切，使前緣臨空，牽引加巨大的推力將滑體物質(zhì)推到第二級滑坡體位置，形成第二級滑坡;隨著滑坡的推擠，木門河不斷向左岸移動、下切，同時沖刷第二級滑體前緣物質(zhì)，使第二級滑坡產(chǎn)生次生滑動，形成第三級滑坡。

(2)通過對滑坡穩(wěn)定性分析計算，得出其穩(wěn)定系數(shù)K在1.05～1.15，且滑坡前緣在河床中，洪期受河水沖刷，加之匝道路塹和橋梁基坑開挖均對滑坡穩(wěn)定不利，其穩(wěn)定系數(shù)正逐步降低，現(xiàn)在處于欠穩(wěn)定-基本穩(wěn)定狀態(tài)，有必要進行處治或加固。結(jié)合工程實際，提出了在二級滑體前部設(shè)置抗滑樁、一級滑坡后部設(shè)置小直徑鋼管排樁，并輔以排水、截水設(shè)施的防治措施。

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Analysis of cause and treatment measures for a landslide in red mudstone in Guangyuan-Bazhong expressway

YUAN Xiao-bo1，XIANG Bo1，2，ZHAO Dan1，HE Yun-yong1，2
(1.School of Civil Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China;2.Highway Survey and Design Research Institute，Sichuan Provincial Department of Communication，Chengdu 610041，China)

Red bed landslide disaster is widespread to the Northern mountainous expressway in Sichuan province.According to the field exploration on Guangyuan-Bazhong expressway，the formation mechanism of landslide is analyzed through landforms，rock character，geologic structure，hydrological geology and landslide morphology，so the type of the landslide is proved to be sliding-traction.Through the analysis and calculation of the landslide，the stable coefficient K ranges from 1.05 to 1.15，the front part of the landslide is in river bed which suffers flood flushing，and the ramp cutting and foundation pit excavation is harm to the landslide stability，which causes the decrease of stable coefficient in to a critical state，so the landslide needs to be reinforced.Combined with the engineering practice，treating measures are putting forward which are piles setting to the front part of secondary landslide，small diameter steel pipe piles setting to the backside of first order landslide，and assisting with draining and intercepting of water.

red bed landslide;expressway;formation mechanism;control measure

1003-8035(2012)03-0013-05

P642.22

A

2012-02-10;

2012-04-01

四川交通科技計劃項目(2007 A15-2)

袁曉波(1989-)，男，碩士研究生，主要從事巖土工程方面的勘察設(shè)計與研究工作。

E-mail:328086966@qq.com