高速公路順層邊坡破壞模式分類及防治對策

易巍

(廣東平興高速公路有限公司，廣東 梅州 514600)

高速公路順層邊坡破壞模式分類及防治對策

易巍

(廣東平興高速公路有限公司，廣東 梅州 514600)

順層邊坡滑坡是高速公路建設中最常遇到的邊坡災害類型。本文在總結平興及其他高速公路順層邊坡典型工點滑坡災害特點的基礎上，將公路順層邊坡按其滑體組成物質及滑面形態(tài)分為完全平面式順層破壞等9類模式，并對各類模式的破壞機理進行了分析。重點分析了高速公路順層邊坡最為常見的5種破壞模式的特點，提出相應處理對策，并給出各類滑坡防治參考圖。

順層邊坡 坡體結構 破壞模式 防治對策

順層滑坡是指邊坡滑動的主滑面依附于層面的滑坡，是公路工程中最易出現(xiàn)的滑坡類型之一。目前國內關于順層滑坡的研究多數集中在單個地質災害點的成因分析及治理上。以往研究表明順層滑坡有以下特點:①順層滑坡的形成與巖性、坡體結構關系密切。從巖性講，多出現(xiàn)在層狀巖體，尤其是軟硬交互的沉積巖或由沉積巖變質形成的淺變質巖中;從構造上講，多出現(xiàn)在構造作用比較輕微或不太強烈的背斜或者向斜翼部以及單斜構造地區(qū)。巖層傾角10°～30°者居多。②順層滑坡周界嚴格受結構面控制。順層巖石滑坡的滑面(帶)均為先期存在于巖體中的層間錯動面(帶)，錯動帶一般較薄，厚以cm或mm計，多由鱗片狀巖屑、巖粉和土狀物組成，亦可是在軟弱巖層中形成的密集劈理帶。層狀巖體尤其是薄層層狀巖體中，常發(fā)育有多層層間錯動帶，但并非每一層都發(fā)展成了滑帶。③順層滑坡常有多層和多級滑動現(xiàn)象。

本文首先對高速公路順層邊坡進行分類，總結不同類型順層邊坡破壞機理。在此基礎上，結合廣東平興及其他高速公路典型工點，對高速公路順層邊坡防治措施加以歸納提煉，并編制對應防治參考圖。

1 順層滑坡破壞模式分類及機理分析

滑坡可按滑體的組成物質，劃分為巖質滑坡和土質滑坡兩大類。按主滑面(帶)特征，這兩種滑坡可加以細分，詳述如下。

1.1 巖質滑坡破壞模式

1)完全平面式順層破壞模式。邊坡層面傾角緩于邊坡坡角時，由于邊坡開挖切斷了順坡層面，沿層面可能發(fā)生完全平面式順層破壞。其后緣拉裂縫往往是一組陡傾的構造裂面。這類滑坡在工程中出現(xiàn)較多，如圖1(a)所示。

2)前緣剪出式順層破壞模式。當軟弱滑動面(多為泥化夾層)無明顯剪出口時，由于軟弱滑動面以上巖體的下滑力較大，可能在滑動體下緣較薄弱的部位剪出破壞，破裂面可能是一組緩傾順坡節(jié)理或緩傾反坡節(jié)理，也可能在薄弱部位將軟弱薄層剪斷，形成前緣剪出式順層破壞，如圖1(b)所示。

3)潰屈式順層破壞模式。高大順坡層狀邊坡巖體的下部經過長期蠕變，巖層逐漸彎曲，在彎曲的部位巖層脫空、彎折、破裂，最后破裂面與順層滑動面連通，產生潰屈式順層滑動破壞。這類順層滑坡多見于天然斜坡，在公路邊坡工程中很少見，如圖1(c)所示。

4)階梯式順層破壞模式。在沉積巖順坡層狀巖體結構中，當巖層傾角緩，而且軟弱夾層較發(fā)育時，開挖邊坡較陡，同時切割了幾個軟弱夾層，使邊坡順層巖體產生了沿多個軟弱夾層的階梯式順層破壞。此類滑坡公路工程出現(xiàn)較少，如圖1(d)所示。

5)楔形順層破壞模式。在斜交順層層狀巖體結構中，巖層的層面與構造結構面相交，交線傾向臨空面，巖層面、結構面、坡頂面和邊坡面所切割成的楔形巖體沿交線向下滑動的模式就是楔形順層破壞模式。此類滑坡在構造發(fā)育地區(qū)較易出現(xiàn)，如圖1(e)所示。

6)緩傾平推式順層破壞模式。在緩傾近水平層狀邊坡巖體中，巖層緩傾傾角通常在10°～15°，上部巖體常為厚層硬巖，下部為軟巖，軟硬巖之間常為不透水的軟弱夾層。雨水易沿邊坡中陡傾裂隙向下滲透，軟化其軟弱夾層(其飽水狀態(tài)內摩擦角常在8°～12°)，產生緩傾平推式順層破壞，如圖1(f)所示。此類滑坡自然地層較緩，易被工程人員忽略?；乱坏┌l(fā)生，往往造成較大危害。

圖1 巖質滑坡破壞模式示意

1.2 土質滑坡破壞模式

1)沿不同堆積面破壞模式。各種堆積結構面包括殘積層與風化基巖界面，坡積層與崩積層的界面，沖洪積層內的沉積界面及殘積層與坡積層、坡洪積層、坡崩積層的界面。如坡崩積層邊坡常沿下部殘積黏土發(fā)生滑動破壞，如圖2(a)所示。

2)堆積土層沿基巖頂面破壞模式。在二元邊坡巖體結構中，上部為坡殘積、坡崩積和坡洪積等堆積層，下部為基巖，基巖向臨空面傾斜，當開挖邊坡切斷堆積層時，常引起堆積層沿基巖頂面滑動破壞。此類滑坡在工程中較易發(fā)生，且多發(fā)生在基巖頂面隔水的情況下，如圖2(b)所示。

3)沿老滑動面破壞模式。在老滑坡堆積區(qū)，由于公路修建時開挖老滑坡堆積體的坡腳，加上雨水滲入和地下水的長期作用，易引起老滑坡堆積體沿老滑動面產生滑動破壞。老滑坡復活是高速公路常見的滑坡類型，如圖2(c)所示。

圖2 土質滑坡破壞模式示意

2 順層滑坡防治對策及設計參考圖

前述9種順層滑坡破壞模式中，完全平面式順層破壞等5種破壞模式在廣東高速公路中較為常見。其破壞特征、防治對策及設計參考圖分述如下。

2.1 完全平面式順層破壞模式

完全平面式順層破壞模式的特征:①滑面多為軟弱層面，且為隔水構造，地下水易在該層聚集;②滑面傾角緩于邊坡坡率，存在向下的臨空面;③坡體內一般存在多層滑面。這種破壞模式的防治對策如下述。

1)大刷方

邊坡具備刷方條件(坡頂為反坡)且征地無限制的情況下，宜采用大刷方的處治措施。將邊坡坡率刷緩至小于滑面傾角，此時邊坡無沿層面滑動的剪出口，從而阻止了順層滑坡發(fā)生。大刷方措施是完全平面式順層破壞模式的根治措施，其設計參考圖見圖3。圖中邊坡出露地層為全～強風化泥質粉砂巖。邊坡傾向113°，巖層產狀150°∠15°，邊坡破壞模式為完全平面式順層滑坡。設計采取大刷方措施，將邊坡坡率刷緩至小于或等于滑面傾角至小于滑面傾角。大刷方后邊坡無沿層面滑動的剪出口。

圖3 大刷方措施設計參考圖(平興高速葉塘服務區(qū)A匝道AK0+260—AK0+380路塹右側邊坡)

2)刷方減載+錨固工程

邊坡不具備大刷方條件(坡頂為順坡)，宜采用刷方減載+錨固工程的防治措施。多數情況下難以將坡率刷緩至小于滑面傾角，此時刷方減載的作用是降低滑坡推力。邊坡為4級或4級以上時常在其中部設置大平臺，以起到將邊坡隔斷的作用，使得大順層邊坡被隔斷為上下兩個小順層邊坡，從而降低處治難度。錨固工程(錨索或錨桿)用于抵御剩余滑坡推力，錨索(桿)工程數量依據穩(wěn)定性計算確定。其設計參考圖見圖4。圖中地層為:①粉質黏土;②強風化石英砂巖;③中風化石英砂巖夾粉砂巖。邊坡是順層邊坡，巖層傾角30°～35°。

圖4 刷方減載+錨固工程設計參考圖(平興高速RK1634+ 500—RK1634+675路塹右側邊坡，單位:m)

3)設計及施工注意事項

對于完全平面式順層破壞模式，由于存在多層滑面，一般不采用支擋工程(抗滑樁或抗滑擋墻)，而采用錨固工程(錨索或錨桿)。設計時應考慮不同施工工況下錨固工程的安全性。施工時應嚴格遵循“開挖一級，支護一級”的原則，確保邊坡整體穩(wěn)定。

2.2 前緣剪出式順層破壞模式

前緣剪出式順層破壞模式的特征:①主滑面傾角略小于或陡于邊坡坡率，無向下臨空面;②滑面多為軟弱層面且為隔水構造，地下水易在該層聚集;③因主滑面無向下臨空面，滑體在坡腳處反翹剪出，反翹段即為抗滑段?？够我蜷_挖或泡水強度降低，導致抗滑力減弱，是前緣剪出式順層滑坡發(fā)生的重要誘因。對這種破壞模式，宜采用刷方減載+固腳強腰的防治措施。

1)刷方減載

在具備大刷方條件時(坡頂為反坡)，可將邊坡坡率刷緩至小于滑面傾角，此為根治措施。不具備大刷方條件時，刷方減載的作用主要是減小滑動力，此時應避免對抗滑段進行刷方，以避免抗滑力降低，誘發(fā)滑動。

2)固腳強腰

固腳是對坡腳抗滑段進行加固。加固措施包括:在抗滑段設置支擋結構(抗滑樁或抗滑擋墻);采用注漿或疏干地下水等方式提高巖土體強度。固腳作用主要是提高抗滑段抗滑力。強腰主要是指對坡面采取錨固措施(錨索或錨桿)來平衡部分滑坡推力，并防止坡體從坡面剪出。對前緣剪出式順層破壞模式，固腳比強腰更為有效。其設計參考圖見圖5。圖中邊坡巖性為變質砂巖夾千枚巖和片巖。邊坡傾向345°，巖層產狀332°∠25°。千枚巖與片巖主要出露在邊坡下部，遇水易軟化。實際采用的固腳措施為疏干地下水與鋼管注漿兩種。

圖5 固腳強腰設計參考圖(梅河高速K110+790—K110+960路塹左側邊坡，單位:m)

2.3 楔形順層破壞模式

楔形順層破壞模式的特征:①多發(fā)生在構造發(fā)育地區(qū);②滑坡影響深度一般較小，但若不及時防治會出現(xiàn)由外及里的漸進破壞;③邊坡坡面均有可能成為楔形順層滑動的剪出口。對這種破壞模式，宜采用收陡坡率+全坡面錨固的防治措施。

刷方減載通常會使邊坡高度增加，相當于增大了楔形順層破壞的影響范圍，對邊坡穩(wěn)定不利。因此，對楔形順層破壞宜采用收陡坡率的方法降低邊坡高度。同時，由于楔形順層滑動的剪出口在全坡面均有分布，宜采用錨固措施(錨索、錨桿或注漿鋼錨管)對全坡面進行加固，并輔以植草等坡面防護措施。具體錨固措施的選擇通過計算確定，其設計參考圖見圖6。圖中邊坡上部為砂巖，下部為板巖。受構造影響，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育。邊坡傾向61°，巖層產狀78°∠45°。

圖6 收陡坡率+全坡面錨固設計參考圖(云南元磨高速K259+587—K259+700路塹左側邊坡)

2.4 堆積土層沿基巖頂面破壞模式

堆積土層沿基巖頂面破壞模式的特征:①原自然斜坡坡率一般較緩;②基巖頂面向臨空面傾斜且多為隔水層，易匯水軟化;③人工開挖切割堆積層坡腳是滑坡發(fā)生的直接原因。對這種破壞模式，宜采用刷方減載、支擋+錨固與地下排水相結合的綜合防治措施。刷方減載目的是降低滑坡推力。堆積層一般較為松散，防治措施應采用支擋+錨固。支擋措施(抗滑樁或抗滑擋墻)布置在坡腳，錨固措施(錨索或錨桿)布置在坡面，支擋措施優(yōu)先于錨固措施。同時應特別注意采用地下排水措施對抗滑段土體進行疏干，并隔斷滑面地下水的補給，確保邊坡穩(wěn)定性。其設計參考圖見圖7。圖中邊坡頂部為第四紀覆蓋層，下伏基巖為變質砂巖及板巖。

圖7 堆積土層沿基巖頂面破壞模式防治設計參考圖(云南元磨高速K261+175—+320路塹左側邊坡)

2.5 沿老滑動面破壞模式

沿老滑動面破壞模式的特征:①原自然斜坡呈圈椅狀，自然坡率較緩。②老滑面多數為隔水層，強度較低，坡腳前緣抗滑段巖土體易泡水軟化，導致抗滑力下降，誘發(fā)滑坡發(fā)生。③人為開挖坡腳，使抗滑段提供的抗滑力降低，是滑坡發(fā)生的直接原因。對這種破壞模式，與堆積土層沿基巖頂面破壞模式類似，宜采用刷方減載、支擋+錨固與地下排水相結合的綜合防治措施。其設計參考圖見圖8。

圖8 沿老滑動面破壞模式防治設計參考圖(廣梧高速K123+060—K123+260左側路塹邊坡)

3 結論

1)將高速公路順層滑坡按滑體物質組成及滑面形態(tài)分為9類破壞模式。巖質順層滑坡分為完全平面式、前緣剪出式、潰屈式、階梯式、楔形和緩傾平推式6類破壞模式。土質滑坡分為沿不同堆積面、堆積土層沿基巖面和沿老滑動面3類破壞模式。探討了不同滑坡模式的發(fā)生機理。

2)系統(tǒng)地總結了完全平面式順層破壞模式等5類高速公路常見順層滑坡類型的特點，并給出對應處治措施及設計參考圖。

本文研究成果對高速公路順層滑坡治理有很強的參考價值。

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［5］何平，邵俊江．杭千高速公路的順層滑坡問題及其原因分析［J］．山西建筑，2009，35(34):286-287．

(責任審編 李付軍)

U416．1+63

:ADOI:10．3969/j．issn．1003-1995．2015．08．27

2015-03-13;

:2015-05-26

易巍(1970— )，男，湖南長沙人，高級工程師，碩士。

1003-1995(2015)08-0093-04