粵西地區(qū)公路順層滑坡形成機理與處治

林建業(yè)， 李 博， 張志和， 林壯宏

(廣東省南粵交通投資建設(shè)有限公司， 廣東 廣州 510100)

粵西地區(qū)公路順層滑坡形成機理與處治

林建業(yè)， 李 博， 張志和， 林壯宏

(廣東省南粵交通投資建設(shè)有限公司， 廣東 廣州 510100)

以在建云湛高速公路典型路塹高邊坡順層滑坡病害為背景，通過對工程地質(zhì)條件、原設(shè)計方案和施工現(xiàn)場情況等進行分析，得到了巖性、雨水和施工擾動是導(dǎo)致順層滑坡病害的關(guān)鍵因素。根據(jù)這些影響因素對原設(shè)計和施工方案進行了優(yōu)化，經(jīng)放緩邊坡坡率、快速密封坡面、臨時支護邊坡等多項措施，順層滑坡病害得到有效治理并取得較好效果，研究成果可為粵西地區(qū)類似工程的設(shè)計與施工提供一定的借鑒。

順層滑坡； 形成機理； 密封坡面； 臨時支護

0 引言

滑坡是斜坡巖土體的滑動行為，可依據(jù)滑體特征、變形動力成因和變形活動特征對滑坡進行分類，順層滑坡是按滑面與巖層層面的關(guān)系進行劃分的。實際工程中，由于順層邊坡的層狀結(jié)構(gòu)及含有軟弱夾層面或?qū)娱g錯動面而極易滑動失穩(wěn)，是山區(qū)高速公路中普遍存在的一種邊坡病害，同時也是邊坡加固工程設(shè)計與施工的重難點。學(xué)術(shù)界和工程界對順層滑坡的形成機理和處治措施也進行了大量的研究，文獻[1-3]通過室內(nèi)試驗、有限元模擬、有限元理論推導(dǎo)等方法分析了順層巖質(zhì)邊坡變形破壞規(guī)律和穩(wěn)定性，對邊坡設(shè)計與施工進行優(yōu)化；文獻[4，5]通過大型地質(zhì)力學(xué)模型試驗分析了含軟弱夾層順層邊坡在開挖、降雨、支擋等工況下病害發(fā)展形態(tài)，以及關(guān)鍵位置處的物理量發(fā)展模式和變化特征；文獻[6-11]通過地質(zhì)調(diào)繪、病害調(diào)查、理論分析、工程經(jīng)驗類比等方法對工程實踐中路塹順層滑坡進行分析，并提出病害防治對策。以上成果對順層滑坡病害處治具有重要的理論指導(dǎo)和實踐意義。在建汕(頭)湛(江)高速公路云浮至湛江段及支線工程(簡稱“云湛高速公路”)沿線多處發(fā)生順層滑坡病害，開展順層滑坡病害處治研究可更好地指導(dǎo)工程施工，并對本地區(qū)類似工程建設(shè)提供一定的借鑒。

1 工程概況

云湛高速公路位于云浮、陽江、茂名和湛江四市之間，路線全長315.94 km。其中，云浮新興至陽江陽春段(簡稱“本路段”)全長85.777 km，共有76處高邊坡。本路段前25 km為低山丘陵及山間洼地，據(jù)地質(zhì)勘探、現(xiàn)場調(diào)查和工程施工，該段順層邊坡病害較為集中，且具有區(qū)域代表性。本文選取K4+020～K4+199左側(cè)路塹高邊坡順層滑坡為背景，對粵西地區(qū)順層滑坡產(chǎn)生機理及處治措施進行分析。

2 順層滑坡形成

2.1 工程地質(zhì)條件

2.1.1 地形地貌

本路段地處低山丘陵區(qū)，地形起伏較平緩，坡體地面標高約85.0～95.0 m，自然坡角最大約15°。山體植被發(fā)育，生長松樹及各種灌木、蕨類植物。

2.1.2 地層巖性

根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)繪及鉆探資料成果，邊坡主要由第四系殘坡積粉質(zhì)黏土和泥盆系中統(tǒng)老虎坳組D21全風化、強風化泥質(zhì)砂巖、粉砂巖等組成，具體如下：

① 粉質(zhì)黏土： 紅黃色，硬塑，稍粘，稍有韌性，干強度較高，表層含大量植物根，包含物主要為巖屑。γ=19.0 kN/m3，c=16.0～23.0 kPa，ψ=15.0°～22.0°。

② 全風化泥質(zhì)粉砂巖： 棕紅色，全風化，原巖結(jié)構(gòu)基本破壞，呈半巖半土狀，手掰可碎，巖占30%。γ=19.5 kN/m3，c=18.0～26.0 kPa，ψ=22.0°～24.0°。

③ 強風化泥質(zhì)粉砂巖：紫紅色，強風化，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，礦物成分以石英為主，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯大多呈碎塊狀，局部夾有少量全風化土柱，手掰易散。γ=21.0 kN/m3，c=24.0～30.0 kPa，ψ=25.0°～28.0°。

④ 中風化泥質(zhì)粉砂巖：紫紅色，中風化，細粒結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯較完整，一般以5～10 cm的短柱狀為主，錘擊可斷。

2.1.3 水文地質(zhì)條件

本場區(qū)地勢較高且起伏較大，不利于地表水的賦存和集聚，僅在雨季有短暫地表水流。

地下水主要類型為孔隙水及基巖裂隙水，大氣降水為其主要補給來源。前者主要賦存于第四系松散層中，孔隙含水量隨季節(jié)變化；后者賦存于巖石裂隙中，其透水性及富水性不均勻。地下水以側(cè)向滲流的形式向溝谷排泄或蒸發(fā)。

2.2 原設(shè)計情況

2.2.1 邊坡穩(wěn)定性分析

線位在山體中部通過，左側(cè)邊坡切削范圍較大，巖層產(chǎn)狀318°～320∠18°～36°，坡面為320∠45°，視傾角26°，順傾。根據(jù)邊坡地質(zhì)調(diào)繪和勘察結(jié)果，擬建邊坡上部為粉質(zhì)黏土和碎石土及強風化泥質(zhì)粉砂巖，受雨水浸泡后易軟化，易產(chǎn)生沖刷變形破壞。巖層層面及裂隙J2走向和邊坡走向相近，傾向16°～36°之間，加之裂隙J1切割，其組合最易產(chǎn)生順層滑坡。

鉆孔揭示為巖質(zhì)邊坡未見地下水。邊坡按10 m分級，第一、二級1∶1，最上兩級1∶1.25；邊坡進行穩(wěn)定性分析，正常工況下安全系數(shù)K=1.291，滿足規(guī)范要求；非正常工況下安全系數(shù)K=1.124，滿足規(guī)范要求。

邊坡選取控制性K4+110斷面進行驗算，力學(xué)參數(shù)取值參考有關(guān)試驗值，并結(jié)合工程經(jīng)驗確定，設(shè)計指標采用值見表1。

表1 巖土層力學(xué)參數(shù)建議值Table1 Suggestedvalueofmechanicalparametersofrock地層序號容重/(kN·m-3)巖(土)層名稱層厚/m黏聚力c/kPa內(nèi)摩擦角φ/(°)①19粉質(zhì)粘土 10～15 2019②195全風化泥質(zhì)粉砂巖 50～1202223③21強風化泥質(zhì)粉砂巖190～2502727④22中風化泥質(zhì)粉砂巖>200

2.2.2 邊坡加固

根據(jù)以上地質(zhì)條件和穩(wěn)定性分析評價，采取以下邊坡加固防護措施：

① 路塹邊坡采用臺階式邊坡，上緩下陡，每10 m分一級，第一、二級1∶1，最上兩級1∶1.25。第三級平臺寬12 m，其余各級平臺寬2 m。

② 邊坡防護、加固

一級采用錨桿格子梁植草防護，錨桿格子梁未覆蓋處采用客土噴播植草防護；二級采用預(yù)應(yīng)力錨索格子梁植草防護，錨索格子梁未覆蓋處均采用客土噴播植草防護，單孔錨索采用4束，單孔設(shè)計錨固噸位500 kN，設(shè)計鎖定錨固噸位580 kN；三級、四級采用人字型骨架植草防護。

邊坡坡腳設(shè)置邊溝，路塹頂5 m外設(shè)C20混凝土預(yù)制塊截水溝，邊坡平臺處設(shè)置平臺排水溝，平臺排水溝采用C20預(yù)制塊，直角梯形斷面，底寬40 cm，深30 cm，平臺截水溝通過引流槽或急流槽將坡面水引至截水溝或邊溝。

在第一級設(shè)置仰斜式排水管，排水斜孔孔口設(shè)于錨桿格梁的最下一級橫梁下部，水平間距10 m，排水孔徑130 mm，孔內(nèi)填充φ110 mm硬塑透水管，里端采用2層無紡布包封。

2.3 滑坡發(fā)展過程

2.3.1 第一次滑塌情況

現(xiàn)場開挖后，2016年3月30日晚K4+050～K4+110段左側(cè)第三級邊坡發(fā)生滑塌，第三級邊坡頂部12 m寬平臺靠外側(cè)5.5 m左右塌陷(見圖1)。

圖1 第三級邊坡滑塌現(xiàn)場

2.3.2 第二次滑塌情況

2016年4月18日對第三級平臺消坡減載，平臺寬度由原設(shè)計的12 m減少至5 m，開挖至坡腳以上3 m處，第三級坡面K4+072～K4+100出現(xiàn)縱向裂紋，深度約0.8～0.9 m。

2.3.3 第三次滑塌情況(見圖2)

2016年4月20日將第三級平臺寬度減少至4 m并開挖至第三級坡腳后，4月21日第三級邊坡K4+085～K4+120段坡面出現(xiàn)縱向裂紋，深度0.6～0.8 m。

當?shù)谌夁吰缕脚_寬度減至4 m并刷坡至距坡腳4 m位置時，K4+062～K4+098出現(xiàn)淺層滑塌，且最深處達2 m，為防止雨水沿裂縫灌入坡體，用彩條布對裂縫進行覆蓋。

2.4 滑坡形成機理

① 巖性： 邊坡巖性是直接影響邊坡整體穩(wěn)定的根本因素。該段邊坡地層巖性從上至下依次為粉質(zhì)黏土、強-中風化泥質(zhì)粉砂巖，受雨水浸泡后易軟化，易產(chǎn)生沖刷變形破壞。巖層產(chǎn)狀318°～320°∠18°～36°，與坡向320°呈小角度斜交順傾，節(jié)理裂隙發(fā)育，易產(chǎn)生巖層順層滑動、剝落破壞。

圖2 第三級邊坡坡面裂縫

② 施工擾動： 施工過程中，防護施工往往滯后時間較長，初期處于應(yīng)力調(diào)整且發(fā)生松弛的巖體沒有得到及時加固，變形沒有得到有效限制。

③ 雨水： 雨水是影響邊坡穩(wěn)定的主要因素之一。沿節(jié)理裂隙下滲的雨水不僅軟化巖體，降低了巖體的抗拉、抗剪強度，而且使得巖層及節(jié)理面得到潤滑，巖體易沿著軟弱結(jié)構(gòu)面滑動而產(chǎn)生邊坡塌方。本項目所在地區(qū)雨量充沛，邊坡防水尤為重要。

現(xiàn)場開挖后揭示邊坡自上而下依次為坡積碎石土、全-強風化泥質(zhì)粉砂巖、強-中風化泥巖。雨水容易通過表層碎石土并沿著風化裂隙下滲，下層的強-中風化泥巖層透水性差，易形成隔水層，水不能下滲而導(dǎo)致泥巖層上部土層積水。坡頂截水溝開挖后沒有及時鋪設(shè)預(yù)制塊或覆蓋防水彩條布，形成天然水溝。暴雨天氣，大量雨水通過坡頂土溝滲入坡體，軟化巖土體后抗剪強度降低，巖土體發(fā)生滑塌，導(dǎo)致邊坡出現(xiàn)多道貫通裂縫。

3 滑坡處治和效果

3.1 處治方案

① 利用第三級寬平臺進行削坡減載，通過現(xiàn)場清理并測量坍塌范圍及深度，確定第三級平臺寬度由12 m減至4 m，第三級邊坡坡率調(diào)整為1∶1.5；第二級平臺寬度由2 m增至5 m，第二級邊坡坡率調(diào)整為1∶1.25；第一級邊坡平臺寬度及坡率維持原設(shè)計不變。邊坡防護按原設(shè)計執(zhí)行，第二、三級邊坡采用錨索框格梁防護，第一級邊坡采用錨桿框格梁防護。

② 第二級、第三級邊坡增加臨時防護： 一邊刷坡，一邊噴射5 cm厚C20混凝土快速封閉邊坡表面，以防止雨水下滲，第三級平臺裂縫用C20混凝土充填封閉。

③ 第二級、第三級邊坡施做臨時支護，打入Φ32 mm錨桿同時預(yù)留錨索施工位置(見圖3)。錨桿長度6 m，錨孔下傾35°。

圖3 邊坡臨時錨桿分布Figure 3 Distribution of temporary anchor rod in slope

④ 坡面框格梁以外部分采用漿砌片石封閉，片石護坡需設(shè)泄水孔，泄水孔采用直徑10 cm的PVC排水管，其后用碎石作反濾層，體積為20×20×15 cm3,最下一排反濾層的防滲土工布連續(xù)鋪設(shè)。泄水孔按間距2～3 m梅花形布置，最下一排泄水孔距下方水溝底50 cm。

⑤ 原預(yù)制平臺截水溝改為現(xiàn)澆鋼筋混凝土，平臺截水溝外側(cè)采用5 cm厚C20混凝土封閉硬化，每10 m長度設(shè)2 cm伸縮縫，并采用瀝青麻筋填塞。

3.2 治理效果

施工過程中，刷坡減載按自上而下、開挖一級防護一級，從邊坡兩側(cè)往中間順序跳槽施工。刷坡、噴混、臨時錨固、錨桿、錨索框格梁等施工銜接緊湊；平臺排水溝、截水溝等施工應(yīng)避免雨水進入開挖溝體，澆筑后應(yīng)保證平臺及坡頂匯水能順利流入水溝。

由圖4可知: 此滑坡病害已得到有效治理并取得較好效果，同時驗證了本文理論分析的正確性和治理方案的有效性。

圖4 邊坡經(jīng)治理后的效果Figure 4 The effect of slope treatment

4 結(jié)語

本文以在建云湛高速公路中具有代表性的K4+020～K4+199左側(cè)路塹高邊坡順層滑坡病害為工程背景，通過對工程地質(zhì)條件、原設(shè)計方案和施工現(xiàn)場情況進行分析，揭示了巖性、雨水和施工擾動是導(dǎo)致滑坡病害的關(guān)鍵因素。結(jié)合工程現(xiàn)場情況，對原設(shè)計和施工方案進行優(yōu)化，取得了較好的效果，并得到如下結(jié)論：

① 巖性是影響邊坡整體穩(wěn)定的根本因素，巖層與邊坡呈小角度斜交順傾且節(jié)理裂隙發(fā)育，易產(chǎn)生巖層順層滑動，可通過放緩邊坡、削坡減載等減小坡體滑移量。

② 雨水是影響邊坡穩(wěn)定的關(guān)鍵因素，雨水沿節(jié)理裂隙下滲軟化巖體，降低了巖體抗拉、抗剪強度，致使坡體順軟弱結(jié)構(gòu)面滑移破壞，可通過鋪設(shè)彩條布、設(shè)置現(xiàn)澆鋼筋混凝土截水溝、噴射混凝土快速封閉平臺、漿砌片石封閉坡面、設(shè)置泄水孔等措施有效地控制雨水的影響。

③ 實際施工中，防護施工滯后導(dǎo)致巖體后期變形未得到有效控制，可通過坡面噴射混凝土、設(shè)置臨時錨桿加固松弛的巖體，為邊坡防護施工爭取時間。

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Analysis of Formation Mechanism and Treatment of Highway Bedding Landslide in Western Guangdong

LIN Jianye, LI Bo, ZHANG Zhihe, LIN Zhuanghong

(Gangdong Nanyue Transportation Investment & Construction Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong 510100, China)

The engineering geological conditions, the original design scheme and construction site condition is analyzed based on the typical bedding landslide of high cutting slope in YunZhan highway under construction. We get the lithology, rain and the construction disturbance is the key factor of landslide disease.The original design and construction scheme is optimized according to the influencing factors of bedding landslide disease. The bedding landslide disease has been effectively managed and achieved good results by reducing the slope rate, rapid sealing slope, temporary support measures, etc. The research results can provide certain reference for design and construction of similar projects in Western Guangdong.

bedding landslide; the formation mechanism; seal the slope; temporary support measures

2016 — 10 — 10

林建業(yè)(1975- )，男，廣東揭陽人，高級工程師，主要從事高速公路工程管理工作。

U 418.5+5

A

1674 — 0610(2016)06 — 0141 — 04