路塹邊坡滑坡成因分析及處治措施

安明旭 趙 陽 吳 森

(1.貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司 貴陽 550081； 2.四川省地質(zhì)工程勘察院 成都 610072)

山區(qū)修建高速公路常常會(huì)遇到開挖山體形成路塹邊坡的現(xiàn)象，由于切割山體會(huì)改變自然條件下的地質(zhì)應(yīng)力，坡體內(nèi)部應(yīng)力重新調(diào)整，同時(shí)在雨水等外部誘因下極易發(fā)生滑坡。滑坡災(zāi)害的治理日益引起相關(guān)部門的重視，滑坡災(zāi)害成為制約地區(qū)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展的重要因素之一，而治理的前提便是對(duì)滑坡成因與形成機(jī)制[1]的正確認(rèn)識(shí)。何琴等[2]在分析某高速公路滑坡成因時(shí)指出，連續(xù)降雨致使破體內(nèi)水排出不及時(shí)繼而形成牽引式滑坡；袁曉波等[3]通過對(duì)廣巴高速木門段滑坡進(jìn)行勘察，從地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造等方面對(duì)滑坡形成機(jī)制進(jìn)行了分析；葉世斌[4]對(duì)川渝鐵路紅層軟巖的斜坡覆蓋土路塹邊坡穩(wěn)定進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)面是影響此類邊坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素，水的浸潤與軟化是影響穩(wěn)定性的主要因素。

綜上所述，滑坡災(zāi)害的形成具有明顯的時(shí)空復(fù)雜性，不僅受區(qū)域的地質(zhì)條件、水文氣象條件等天然因素的影響，而且受地質(zhì)勘查、邊坡設(shè)計(jì)、施工過程等人為因素的影響。本文對(duì)貴州省貴陽市東北繞城高速公路發(fā)生的2段路塹邊坡滑坡進(jìn)行了詳細(xì)勘察，分析了滑坡的成因并針對(duì)性地采取了處治措施，取得了良好的治理效果。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)條件

2段滑坡路段均位于貴陽市烏當(dāng)區(qū)，地處貴州高原中部之黔中丘原盆地區(qū)，場地地貌類型屬溶蝕-侵蝕型低中山地貌。場區(qū)屬楊子準(zhǔn)地臺(tái)→黔北臺(tái)隆→遵義斷拱→貴陽復(fù)雜構(gòu)造變形區(qū)。其具體地質(zhì)條件見表1。

表1 滑坡段工程地質(zhì)條件對(duì)比

1.2 水文氣象條件

場區(qū)屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，具有四季溫和、雨量豐富、熱量充足、日照率低、風(fēng)力較弱及逆溫天多的特點(diǎn)。場區(qū)地下水類型為風(fēng)化基巖裂隙水及巖溶裂隙水，路段區(qū)地下水位埋藏深。場區(qū)地下水主要以大氣降水為補(bǔ)給源。

2 滑坡變形特征

自2017年6月以來，貴州持續(xù)遭受強(qiáng)降雨過程，同期降水量(348 mm)為1961年以來最高。6月28日，在汛期隱患排查時(shí)發(fā)現(xiàn)，CK0+440-CK0+500段邊坡坡面開裂，坡頂開挖線以外約6 m處的山體出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，裂縫寬度達(dá)10 cm，邊坡底部有流質(zhì)狀態(tài)土體流出；ZK120+550-ZK120+635.647段左側(cè)邊坡出現(xiàn)坡面開裂，坡頂未開裂；邊坡底部有流質(zhì)狀態(tài)的土體流出。

3 滑坡成因及其形成機(jī)制

破體內(nèi)的巖土特征是該滑坡形成的基本原因，坡體上覆土層為浸水易變軟的粉質(zhì)黏土，下伏基巖為灰?guī)r夾泥質(zhì)粉砂巖及炭質(zhì)泥巖，節(jié)理很發(fā)育，巖體較破碎，具有遇水易崩解、強(qiáng)度低、濕化變形大等不良特性[5]。長時(shí)間的大量降雨是產(chǎn)生滑坡的直接原因，大量降雨致使挖方邊坡土體含水量嚴(yán)重飽和，導(dǎo)致表面噴射混凝土坡面開裂、隆起，隨著雨水的大量灌入繼而出現(xiàn)邊坡土體下沉、滑移。

通過現(xiàn)場勘測，將此次滑坡險(xiǎn)情產(chǎn)生的主要原因歸納為以下4點(diǎn)。

1) 長期降雨[6]對(duì)滑坡的形成產(chǎn)生直接影響。雨水下滲，使邊坡土體容重增大，賦存層間地下水，坡體層間強(qiáng)度降低，增大了下滑力；坡體內(nèi)松散的坡積層為地表水的入滲提供了有利的條件，坡體內(nèi)下伏灰?guī)r又起到隔水作用，使得下滲的雨水滲入滑坡土體中，圈椅狀地形使得地下水向滑坡體中部和巖土交界處匯集，軟化了土體，降低了滑面土體的抗剪強(qiáng)度。

2) 表層粉質(zhì)黏土厚。由于邊坡上部覆蓋較厚的可塑狀黏土，在強(qiáng)降雨的沖刷下會(huì)產(chǎn)生開裂與坍塌。

3) 坡頂截水溝開裂。雨水下滲后導(dǎo)致土體容重增大，土體發(fā)生開裂滑動(dòng)導(dǎo)致頂部截水溝產(chǎn)生張拉應(yīng)力而發(fā)生開裂，而截水溝的開裂同時(shí)也導(dǎo)致地表降水不能及時(shí)排出坡體，下滲至坡體內(nèi)部形成惡性循環(huán)。

4) 錨噴泄水孔堵塞致使無法排水。塑性～流塑性土隨著雨水滲流發(fā)生移動(dòng)從而堵塞錨噴泄水孔致使滑坡土體內(nèi)部滲流水體無法排除。

4 穩(wěn)定性分析

選取典型滑坡斷面用條分法(即傳遞系數(shù)法[7])計(jì)算穩(wěn)定系數(shù)及下滑推力。依據(jù)工程地質(zhì)勘查報(bào)告對(duì)2段滑坡體進(jìn)行參數(shù)取值，見表2。

由于2段邊坡所處場地的地震基本烈度為VI度，可不考慮抗震設(shè)計(jì)[8]，因此，加固設(shè)計(jì)僅考慮以下2種工況：①正常工況：邊坡處于天然狀態(tài)下；②非正常工況：邊坡處于暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)下。

依據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》[9]中對(duì)于正常工況和非正常工況的路塹邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)的規(guī)定，分別取2種工況下的安全系數(shù)為1.28和1.18，計(jì)算所得剩余下滑力，見表3。

表3 滑坡剩余下滑力

從剩余下滑力的計(jì)算結(jié)果可以看出，在非正常工況條件下，兩滑坡段典型斷面的最大剩余下滑力均到達(dá)600 kN以上，由于強(qiáng)降雨的影響坡面、坡頂已出現(xiàn)明顯的開裂，伴隨雨水的入滲，坡體未能及時(shí)排除地表降水，從而導(dǎo)致巖土體參數(shù)軟化，局部段巖土體呈可塑～流塑狀，極易發(fā)生進(jìn)一步滑動(dòng)，急需采取有效的處治措施，以防止邊坡發(fā)生更大的垮塌。

5 處治措施

5.1 處置措施方案選擇

對(duì)于滑坡處治，常用的方法有：削坡減載、回填反壓、截排水、錨索、抗滑樁、擋土墻等。誘發(fā)本滑坡險(xiǎn)情的主要原因是地表降水的下滲作用，因此本方案主要考慮減低整個(gè)坡體地下水位，以及減少地表水下滲的作用，提高滑動(dòng)面的抗剪強(qiáng)度，減少靜水壓力及滲流對(duì)土體的作用，同時(shí)輔以適當(dāng)?shù)闹踅Y(jié)構(gòu)物。

綜合考慮工期、施工便捷、質(zhì)量控制、安全、環(huán)保等方面，對(duì)2處滑坡路段分別采用不同的處治方案：①CK0+440-CK0+500段：清方減載+增加排水措施+坡面滿鋪M7.5漿砌片石；②ZK120+550-ZK120+635.647段：清方減載+增加排水措施+坡面滿鋪M7.5漿砌片石+坡腳設(shè)擋土墻。

5.2 處治措施設(shè)計(jì)

5.2.1清方減載

原設(shè)計(jì)邊坡經(jīng)設(shè)計(jì)單位地質(zhì)補(bǔ)勘后揭示滑坡區(qū)覆蓋層為可塑狀粉質(zhì)黏土，邊坡前緣進(jìn)行施工開挖后，破壞了原坡體的平衡條件，遇水沖刷產(chǎn)生坍塌，在強(qiáng)降雨工況下，由于滲流作用巖土分界線上部土體順著巖土分界線產(chǎn)生滑坡。現(xiàn)對(duì)2段滑坡進(jìn)行清方減載，沿滑移面清除上部松散土體。

5.2.2坡面防水及截、排水設(shè)計(jì)

滑坡工程處治中排水工程是關(guān)鍵，該滑坡形成的主要原因也是地表降水的下滲，因此本次滑坡險(xiǎn)情處治的關(guān)鍵在于坡面防水及排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。為防止降雨沖刷坡體，在進(jìn)行坡體表面土體清方后滿鋪M7.5漿砌片石，具體設(shè)計(jì)見圖1。

圖1 滿鋪漿切片石設(shè)計(jì)(單位：cm)

為確保將地表降水引至坡體外，布置了橫縱交匯的排水系統(tǒng)，其中橫向布置了60 cm×60 cm梯形塹頂截水溝及60 cm×60 cm矩形坡面截水溝，縱向布置了急流槽，見圖2。

圖2 滑坡截、排水設(shè)計(jì)

設(shè)置排水系統(tǒng)后滑坡體穩(wěn)定安全系數(shù)及剩余下滑力見表4。

表4 設(shè)置排水設(shè)施后滑坡剩余下滑力

5.2.3擋土墻設(shè)置

根據(jù)表4計(jì)算結(jié)果，布置防水及排水設(shè)施后滑坡體在規(guī)定安全系數(shù)下仍存在剩余下滑力，設(shè)計(jì)采用在邊坡坡腳設(shè)置擋土墻進(jìn)行支擋加固，具體設(shè)計(jì)見圖3。

圖3 擋土墻設(shè)計(jì)(單位：cm)

6 結(jié)語

貴州省某公路路塹邊坡出現(xiàn)滑坡險(xiǎn)情后及時(shí)采取了處治措施，并經(jīng)歷了雨季的考驗(yàn)，經(jīng)后期查勘和觀測，邊坡坡體穩(wěn)定，無明顯變形，說明采取的排水、加固治理措施是有效的。

1) 山區(qū)公路路塹邊坡設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮降雨對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，合理布設(shè)排水設(shè)施保證降水能夠順利排出路塹邊坡，否則降水會(huì)滲入邊坡巖土體，軟化邊坡巖土體，降低邊坡穩(wěn)定性，引起滑坡。

2) 降雨是誘發(fā)路塹邊坡滑坡的重要因素，任何滑坡險(xiǎn)情治理方案中都應(yīng)重視水的處理。

3) 山區(qū)公路建設(shè)中，路塹邊坡地質(zhì)情況復(fù)雜，具有時(shí)空效應(yīng)，前期設(shè)計(jì)及出現(xiàn)險(xiǎn)情后的搶險(xiǎn)中應(yīng)做到因地制宜、對(duì)癥下藥、動(dòng)態(tài)觀測，綜合治理。