青海高原大型紅層滑坡成因分析及治理

晁 剛，王 鴻

(1.青海省高等級(jí)公路建設(shè)管理局，青海 西寧 810001;2.中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，甘肅蘭州 730000)

1 工程概況

青海省某省道公路K338+275—K338+470段DH2號(hào)滑坡，為紅層老滑坡復(fù)活形成的堆積層滑坡。滑坡長(zhǎng)390 m，寬204 m，滑體最大厚度21.5 m，主滑方向NW87°，滑坡體積約93.6萬(wàn)m3。線路從滑坡后部通過(guò)，路面高程3 440～3 450 m?；鹿こ唐矫嬉?jiàn)圖1。

圖1 滑坡工程平面

滑坡位于一南北向深切沖溝東岸，山坡走向近南北向，南北兩側(cè)泥巖出露，屬溝槽型大型滑坡?；掠?個(gè)階梯狀臺(tái)階組成，每級(jí)臺(tái)階后緣高3～10 m，主軸方向有一沖溝，北側(cè)緣基巖裸露，沖溝發(fā)育?；潞蟛枯^陡，坡度為40°～43°，后緣以上為泥巖陡壁，公路小里程段從陡壁上部通過(guò)，滑坡中部坡度為20°～25°，前部平緩，坡度均為10°。

滑坡沿路線方向分為南、北兩塊，南塊滑坡滑動(dòng)距離較遠(yuǎn)，滑坡出口位于前部溝底，在溝底可見(jiàn)滑坡堆積物覆蓋于卵石層之上，北塊滑坡側(cè)界裂縫貫通，前緣有坍塌現(xiàn)象。沿滑動(dòng)方向，滑坡具三級(jí)后緣、兩級(jí)出口，主后緣位于公路內(nèi)側(cè)，其余兩級(jí)后緣位于一、二級(jí)平臺(tái)前部?；鲁隹诜謩e位于高程3 346～3 350 m一線及沖溝溝底。

滑坡滑動(dòng)后在南北兩側(cè)形成滑坡側(cè)壁，最大高度3.5 m，滑坡后壁位于公路內(nèi)側(cè)，后壁上滑痕清晰，滑坡體上裂縫發(fā)育，中前部形成鼓脹隆起，前部形成數(shù)條放射狀裂縫?；禄瑒?dòng)牽引路基整體下滑8.5～10.0 m，外移距離達(dá)15 m，滑坡南側(cè)的涵洞被剪斷。

2 滑坡形成機(jī)理

2.1 滑坡形成的主控條件及影響因素

2.1.1 地形地貌

滑坡區(qū)屬中高山區(qū)，海拔在3 260～3 600 m之間，地勢(shì)總體為東西高、中間低、兩山夾一谷的地形地貌特征，沖溝自南向北流，公路位于沖溝東岸。滑坡區(qū)為深切溝谷谷坡地貌，前緩后陡，剝蝕切割作用強(qiáng)烈，多發(fā)育“V”形沖溝。青藏高原抬升和溝谷強(qiáng)烈下切，是紅層老滑坡形成的主要因素。

2.1.2 地層巖性

滑坡區(qū)地層巖性主要有:

1)第四系堆積層。①崩坡積層塊碎石土，淺黃色、淺灰褐色，稍～中密，較濕，塊碎石含量為60% ～70%，成分主要為中～微風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，主要分布于滑坡后部。②滑坡堆積層砂黏土夾角礫土，淺黃色為主，局部夾少量淺灰褐色、灰黑色，硬塑～軟塑，中密～密實(shí)，含有20% ～40%的礫石，夾有少量碎石，含少量石膏，局部見(jiàn)植物根系、炭化草根和有機(jī)質(zhì)，分布于滑坡中上部;碎塊石土，淺黃色，稍濕～潮濕，碎石含量60% ～70%，碎塊石成分主要為中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖;砂黏土，淺桔黃色、淺灰褐色、淺黃色為主，軟塑，密實(shí)，手搓可以成條，含有10%左右的角礫及零星碎石，成分為強(qiáng)～中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，含少量石膏，分布于滑坡中下部，滑坡滑帶主要依附于該層形成。

2)第三系粉砂質(zhì)泥巖。紫褐色泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中～薄層狀構(gòu)造，強(qiáng)～微風(fēng)化，成巖性較差，可見(jiàn)明顯層理，陡傾角節(jié)理裂隙發(fā)育，局部含大量石膏夾層。該組巖層主要出露于滑坡后緣及以上，巖層產(chǎn)狀 NW60°～65°/NE6°～10°，由南向北呈變陡的趨勢(shì)。泥巖中發(fā)育的結(jié)構(gòu)面主要有:①壓性結(jié)構(gòu)面NW80°～NE75°/NW82°～85°;②張扭性結(jié)構(gòu)面 SN ～ NE20°/W78°～82°;③ 張性結(jié)構(gòu)面 NW65°/W84°;④ 壓性結(jié)構(gòu)面NW10°～NE15°/W25°～35°。其中①和②為與 F2，F(xiàn)5和F6斷裂同期生成的結(jié)構(gòu)面，①的壓性結(jié)構(gòu)面控制著滑坡的側(cè)界，②的張扭性與③的張性結(jié)構(gòu)面為滑坡后緣的依附面，④的壓性結(jié)構(gòu)面形成向臨空傾斜的底界。上述結(jié)構(gòu)面對(duì)老滑坡的形成及滑動(dòng)起控制作用。

2.1.3 地質(zhì)構(gòu)造

勘察區(qū)在地質(zhì)構(gòu)造上位于東昆侖造山帶與西秦嶺造山帶的銜接過(guò)渡地帶，地質(zhì)歷史漫長(zhǎng)，地層與構(gòu)造組成復(fù)雜獨(dú)特。受印支—燕山構(gòu)造活動(dòng)影響，本區(qū)褶皺成山，進(jìn)入陸內(nèi)構(gòu)造發(fā)展階段。強(qiáng)烈的喜馬拉雅斷塊運(yùn)動(dòng)，形成多級(jí)斷裂系，控制著本區(qū)山—盆耦合變遷，造就了現(xiàn)今的隆升高原山岳與斷陷盆地構(gòu)造格局。該區(qū)北臨斷陷盆地的邊界斷裂帶F2，并與南北向、北北西向斷裂F5，F(xiàn)6在區(qū)內(nèi)交匯，受其影響，巖體中構(gòu)造裂隙發(fā)育，巖體破碎，遇水軟化后，易沿構(gòu)造面失穩(wěn)。

2.1.4 新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及地震

早第三紀(jì)以來(lái)，青藏高原開(kāi)始大范圍強(qiáng)烈抬升，本區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)受東昆侖構(gòu)造帶總體構(gòu)造格局的制約，以斷塊升降運(yùn)動(dòng)為主導(dǎo)，主要表現(xiàn)為斷裂構(gòu)造的繼承性活動(dòng)和山—盆耦合的振蕩性不均勻升降以及地震的多發(fā)性。高原抬升使河(溝)谷下切強(qiáng)烈，易形成臨空面。地震多發(fā)，尤其是高強(qiáng)度地震，是老滑坡的主要促發(fā)因素，也是老滑坡復(fù)活的主要誘發(fā)因素之一。

2.1.5 水文與氣候條件

該區(qū)屬高原大陸性山地氣候，干燥、寒冷、多風(fēng)、缺氧。年平均氣溫低，氣溫日較差大，最大凍結(jié)深度1.9 m。年降水量超過(guò)500 mm，多集中在7—9月，雨季為4—10月;區(qū)內(nèi)高原氣候不利于植物生長(zhǎng)，基巖易裸露風(fēng)化。暴雨是形成滑坡的主要誘發(fā)因素，凍土消融亦為誘發(fā)滑坡的因素之一。

區(qū)內(nèi)屬黃河水系，滑坡前部沖溝自北向南貫穿全區(qū)，四季流水，流量隨季節(jié)及降雨(雪)量變化大。

該區(qū)地下水類(lèi)型有:①松散堆積層上層滯水，賦存于沖積層、洪積層、殘坡積等土體中，含水性以沖積層、洪積層最好，坡積層次之，高階地由于滲透性好，相對(duì)較差，水位隨季節(jié)變化大;②基巖裂隙水，第三系泥巖固結(jié)程度相對(duì)較低，成巖性較差，孔隙度較高，裂隙較發(fā)育，裂隙水及孔隙水是其主要類(lèi)型及賦存形式，富水性不均衡，泥巖多構(gòu)成隔水層，在其間碎屑巖可形成相對(duì)富水層。

2.2 滑坡形成機(jī)制分析

根據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果對(duì)滑坡形成及滑動(dòng)變形原因分析如下。

1)不良地質(zhì)條件是滑坡形成的基礎(chǔ)?；聟^(qū)位于單斜紅層分布區(qū)，由第三系泥巖、泥質(zhì)粉砂巖組成，成巖性較差，強(qiáng)度低，且泥巖具弱膨脹性，在水的作用下，易風(fēng)化而強(qiáng)度降低，泥巖相對(duì)隔水，易形成軟弱帶。

2)地質(zhì)構(gòu)造因素。該區(qū)處于多條斷裂的控制區(qū)域，受其影響，巖體破碎，節(jié)理、裂隙發(fā)育，為地表水的下滲提供了通道，地表水沿裂隙面下滲，在泥巖相對(duì)隔水段富集，形成或軟化滑動(dòng)面，誘發(fā)滑坡。

3)氣候因素。區(qū)內(nèi)屬高原大陸性山地氣候，冬季寒冷漫長(zhǎng)，夏季降雨集中。地表水沿構(gòu)造節(jié)理、裂隙面下滲，賦存于泥巖隔水帶，凍融循環(huán)使巖土體進(jìn)一步破碎、松散，有利于地表水下滲，淺層巖土體受地表水下滲、沖刷及凍融影響，易形成淺表層滑動(dòng)、坍塌，周而復(fù)始，引起坡體滑動(dòng)或老滑坡復(fù)活。

4)青藏高原新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍，高原抬升，沖溝強(qiáng)烈下切，是老滑坡形成的主要因素，也是老滑坡復(fù)活的主要誘發(fā)因素之一。

5)地震是大型泥巖滑坡形成的促發(fā)因素，也是老滑坡復(fù)活的主要原因之一。

6)工程活動(dòng)。公路通過(guò)滑坡，路基開(kāi)挖、填方堆載，破壞了坡體原有的平衡狀態(tài)和地表徑流的原始排泄體系，是滑坡滑動(dòng)變形的主要誘發(fā)因素。

在諸多不利因素的長(zhǎng)期、反復(fù)作用下，最終導(dǎo)致滑坡的形成和滑動(dòng)變形。

2.3 滑坡變形機(jī)理

青海高原大型紅層滑坡形成的根本原因在于第三系紅層為半成巖狀，成巖性差、強(qiáng)度低、具膨脹性，遇水易軟化，為大型滑坡的形成提供了必要的物質(zhì)基礎(chǔ)。地殼強(qiáng)烈抬升，溝谷下切，側(cè)向卸荷作用使巖體強(qiáng)度進(jìn)一步降低。地震、降雨、凍融等不利因素的影響，最終導(dǎo)致紅層滑坡的形成。紅層滑坡的形成和滑動(dòng)變形機(jī)理可以歸納為:原始地貌→河谷下切→坡體卸荷松弛→巖土強(qiáng)度衰減→水的作用→巖土強(qiáng)度進(jìn)一步衰減→地震作用→坡體整體滑移。

滑坡形成后處于時(shí)滑時(shí)停狀態(tài)，受自然及人類(lèi)工程活動(dòng)等諸多不利因素的影響，老滑坡出現(xiàn)局部或整體復(fù)活?？辈鞎r(shí)滑坡穩(wěn)定性系數(shù)為0.98，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

3 工程治理

3.1 治理方案比較

經(jīng)過(guò)詳細(xì)工程地質(zhì)勘察、滑坡形成機(jī)理分析、滑坡推力計(jì)算，滑坡本次復(fù)活主要是受強(qiáng)降雨影響，滑帶強(qiáng)度指標(biāo)降低，滑體重量增大，導(dǎo)致滑體失穩(wěn)復(fù)活?；潞缶壨鉃槟鄮r陡壁，以上為公路小里程段，受地形條件限制無(wú)法局部改移路線，整段路線也不具備改線條件。

治理該類(lèi)滑坡，除設(shè)置比較完善的排水措施，有效降低滑體含水量，提高滑坡穩(wěn)定度外，必須采取支擋措施穩(wěn)定滑坡，才能恢復(fù)公路通行。由于滑坡規(guī)模大，推力非常大，需采用以抗滑樁支擋為主的治理方案。如按滑坡整體穩(wěn)定治理，須兩排抗滑樁(圖2)，工程量非常大，造價(jià)高，施工周期長(zhǎng)?？紤]到公路位于滑坡后部，于公路下側(cè)設(shè)單排抗滑樁，結(jié)合疏排水和局部防護(hù)，可以保證公路路基穩(wěn)定，同時(shí)滑坡推力減小，整體穩(wěn)定度提高。該方案工程量減少40%以上，工程造價(jià)相應(yīng)減少，施工方便，工期短。經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，采用單排抗滑樁方案進(jìn)行治理。

圖2 兩排樁方案P2-2斷面

3.2 治理措施

采用抗滑樁支擋以保持路基穩(wěn)定，由于滑坡產(chǎn)生整體滑動(dòng)，路基下滑，治理工程工期較長(zhǎng)。為確保工程施工期間滑坡不產(chǎn)生大的變形而影響施工進(jìn)度和施工安全，確保臨時(shí)便道通行安全，治理方案按治理工程(圖3)和保通工程兩部分考慮。

3.2.1 治理工程

該滑體后級(jí)滑坡滑帶強(qiáng)度指標(biāo):黏聚力為10 kPa，反算內(nèi)摩擦角為17.5°，抗滑樁設(shè)于公路下側(cè)10 m，最大推力1 050 kN/m。

圖3 單排樁方案P2-2斷面

1)支擋措施。于公路下側(cè)設(shè)單排抗滑樁，間距6 m，共31根。主軸段為錨索樁，截面2 m×3 m，樁長(zhǎng)24 m，每樁設(shè)2孔8φs15.2預(yù)應(yīng)力錨索，長(zhǎng)29 m，共13根;其他段為普通樁，截面1.8 m×2.4 m，樁長(zhǎng)18～25 m，共18根。

2)其他防護(hù)措施。公路內(nèi)側(cè)設(shè)擋土墻，攔截滑坡后部陡壁坍塌、碎落土體。擋土墻頂寬0.8 m，高3～5 m，總長(zhǎng)200 m。

3)排水措施。①地表排水措施:考慮地表匯水沖刷滑體，該滑坡范圍內(nèi)公路不設(shè)涵洞，將公路邊溝加大為0.6 m×0.8 m的矩形溝，接至前方涵洞，邊溝總長(zhǎng)250 m。②地下水疏排措施:抗滑樁間設(shè)仰斜排水孔，間距6 m，共32孔，排出滑體內(nèi)的地下水。

3.2.2 保通工程

1)排水措施

治理工程排水措施先期實(shí)施，減小水對(duì)滑坡的不利影響，提高滑坡穩(wěn)定度。

2)路基鋪填

路基整體下滑段修筑砂礫便道，共計(jì)長(zhǎng)115 m，按路面寬8 m，填厚2 m，備好砂礫石，雨季路面泥濘、下沉不平整時(shí)及時(shí)維護(hù)，確保路線暢通。

3)微型樁加固

于砂礫便道外側(cè)設(shè)3排φ150 mm微型樁，間距、排距均為2 m，每排57根，樁深18 m，以加固臨時(shí)便道，保證臨時(shí)通行。

3.3 治理效果

未針對(duì)該滑坡整體穩(wěn)定，僅針對(duì)路基穩(wěn)定，采用單排抗滑樁進(jìn)行支擋治理，同時(shí)設(shè)置了必要的地表、地下排水措施。工程實(shí)施后，經(jīng)多年運(yùn)營(yíng)，后級(jí)滑坡穩(wěn)定，路基未出現(xiàn)新的變形，前部滑坡處于蠕動(dòng)變形狀態(tài)，未出現(xiàn)較大滑動(dòng)，公路暢通，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié)論

1)大型紅層滑坡的治理，必須進(jìn)行詳細(xì)的工程地質(zhì)勘察，查清滑坡的性質(zhì)、規(guī)模等，據(jù)此分析滑坡機(jī)理、穩(wěn)定度及發(fā)展變化趨勢(shì)，為滑坡治理設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。

2)滑坡治理方案的選擇，需在詳細(xì)地勘資料的基礎(chǔ)上，綜合分析滑坡地形地貌、滑坡與公路等擬保護(hù)對(duì)象的位置關(guān)系，以期達(dá)到可靠、合理、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3)本工程充分考慮公路位于滑坡后部的情況，針對(duì)公路穩(wěn)定，采用單排抗滑樁進(jìn)行治理，治理效果明顯。工程實(shí)施方便、工期短，有效降低了造價(jià)，社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益顯著。

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