高邊坡滑坡機(jī)理及處治措施研究

■ 湖南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局四○五隊(duì) 彭濺清

高邊坡滑坡是一個(gè)世界性的議題，具有高風(fēng)險(xiǎn)、大規(guī)模、多危害等特征。高邊坡一般由基巖出露或覆蓋層較淺地段進(jìn)行公路、民房等建（構(gòu)）筑物修建切坡形成。一般高邊坡指的是高度在20m～100m之間的土質(zhì)邊坡，或者高度在30m～100m之間的巖質(zhì)邊坡，常見(jiàn)于河流水岸、臺(tái)塬塬邊、人工基坑、道路兩側(cè)[1]。該類邊坡受外力因素的作用明顯，容易發(fā)生崩塌、滑坡等災(zāi)害，威脅人身財(cái)產(chǎn)安全，必須采取有效的防護(hù)措施。本文結(jié)合工程實(shí)例，分析了高邊坡的滑坡機(jī)理，總結(jié)了處理方法和質(zhì)量監(jiān)控方法。

1.高邊坡的特征

本文以湖南省吉首市某公路邊坡為例，對(duì)高邊坡滑坡機(jī)理及處置措施進(jìn)行分析。該邊坡原始地形為陡坡，其巖性為寒武系中厚層泥質(zhì)灰?guī)r，為較硬巖，局部見(jiàn)泥化夾層，其巖層傾向與坡向相同，構(gòu)成順向巖質(zhì)邊坡，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育主要有3組：J1：35°∠71°，為剪節(jié)理、無(wú)充填、節(jié)理密度1條/m-3條/m、延伸長(zhǎng)度2m-15m。該組節(jié)理裂隙走向基本與坡體走向一致，并在坡體地形陡竣部位向卸荷裂隙轉(zhuǎn)化，形成了高度約0.5m-5.00m不等的陡坎，并控制了上述部位坡面的穩(wěn)定；J2：129°∠85°，為剪節(jié)理、發(fā)育密度2條/m-3條/m、節(jié)理長(zhǎng)度0.5m/條-1.2m/條、無(wú)充填；J3：167°∠57°，同為剪節(jié)理，節(jié)理面平直、光滑，呈微張狀態(tài)，節(jié)理密度1條/m-2條/m，延伸長(zhǎng)度0.8m-3.0m。該邊坡開(kāi)挖形成兩級(jí)臺(tái)階，坡腳處形成巖體臨空面，另外節(jié)理裂隙發(fā)育破壞了巖體的完整性，形成了大小不等的巖塊，在重力及外因下易產(chǎn)生順層滑塌、崩塌，曾發(fā)生多次小規(guī)模崩滑，其滑坡體的長(zhǎng)度約為130m、寬度約為70m，相對(duì)高差30m-70.00m不等，面積共計(jì)9100m2；滑坡厚度為2m-4m，滑坡體積共計(jì)27000m3。該邊坡巖層含泥質(zhì)夾層、質(zhì)軟，接觸水體后會(huì)膨脹軟化，削弱了巖體整體的抗滑力和穩(wěn)定性，在強(qiáng)降雨等飽和工況下存在較大的崩滑風(fēng)險(xiǎn)。

2.高邊坡滑坡的形成因素

2.1 地形地質(zhì)條件

整個(gè)場(chǎng)地向西北傾斜，地形呈長(zhǎng)條狀，地形坡度35°ü 50°，為順向巖質(zhì)邊坡；邊坡坡腳被人工切割成臺(tái)階狀，坡腳處存在高度不等的直立臨空面，為滑坡的形成提供了地形條件。山體上部巖體破碎、結(jié)構(gòu)松散，節(jié)理裂隙發(fā)育，利于雨水的垂向滲入，當(dāng)雨水滲入較軟弱的泥質(zhì)結(jié)構(gòu)面時(shí)，易導(dǎo)致坡體強(qiáng)度降低；巖層主要為中厚層泥質(zhì)灰?guī)r，節(jié)理裂隙發(fā)育，層面泥化嚴(yán)重。地形地質(zhì)條件為滑坡的形成奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)，并提供了可能滑動(dòng)的相關(guān)結(jié)構(gòu)面。

2.2 水文地質(zhì)條件

滑體上部巖體較破碎，節(jié)理裂隙較發(fā)育，降雨極易從坡體表面孔隙及微張狀態(tài)節(jié)理裂隙中滲入，部分沿坡體表面徑流，部分沿基巖裂隙下滲。一方面增加了滑坡體的自重；另一方面地下水長(zhǎng)期浸潤(rùn)、軟化各層巖土體的接觸面、結(jié)構(gòu)面，使其含水量增大，改變了滑帶土的物理力學(xué)性質(zhì)，降低了滑帶土抗剪強(qiáng)度。

2.3 降雨對(duì)滑坡穩(wěn)定性的影響

大氣降雨對(duì)滑坡的誘發(fā)作用主要體現(xiàn)在降雨過(guò)程中滑動(dòng)體的自重增加，增大孔隙水壓力，使處于極限平衡ü基本穩(wěn)定的坡體產(chǎn)生滑動(dòng)；另外，由于大氣降雨下滲入地下長(zhǎng)期滲透到滑動(dòng)面（帶）上，軟化滑動(dòng)面，降低了滑動(dòng)面（帶）巖土體抗剪強(qiáng)度，從而加劇減弱其穩(wěn)定性。此外，地表水、地下水的存在，還會(huì)對(duì)巖體產(chǎn)生浮托力、裂隙靜水壓力，由于附加荷載增大，也會(huì)導(dǎo)致下滑力增大、抗滑力減小，增加滑坡概率。

2.4 人類工程活動(dòng)

邊坡下部公路修建中采用人工切坡的方法，因側(cè)壓力、摩阻力改變，降低了坡體穩(wěn)定性，改變了斜坡原有的應(yīng)力條件，使坡體內(nèi)應(yīng)力狀態(tài)重新分布，邊坡開(kāi)挖后會(huì)形成臨空面，此時(shí)坡腳應(yīng)力集中，易導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。另外，坡腳開(kāi)挖利于坡體內(nèi)地下水的流通，從而使斜坡整體穩(wěn)定性降低。

3.高邊坡滑坡的發(fā)生機(jī)理

該高邊坡滑坡的形成機(jī)制主要有兩個(gè)方面，一方面是坡體自身的形態(tài)特征、物質(zhì)成分與結(jié)構(gòu)特征利于降雨的富集、運(yùn)移并加大滑體重度、軟化滑動(dòng)面強(qiáng)度，造成滑動(dòng)；另一方面是人類工程活動(dòng)改變了坡體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定狀態(tài)，加快了降雨的入滲，從而加劇了滑坡變形[2]。不良的地質(zhì)環(huán)境條件是形成滑坡的地質(zhì)基礎(chǔ)，人類活動(dòng)是邊坡變形滑移的引發(fā)因素，降雨對(duì)滑坡起到誘發(fā)作用。由此可見(jiàn)，高邊坡發(fā)生滑坡，是由多種因素共同作用引起的，如降水、巖土體性質(zhì)、人類工程活動(dòng)等。

4.高邊坡滑坡穩(wěn)定性計(jì)算

邊坡穩(wěn)定性，一般利用穩(wěn)定性安全系數(shù)Fs表示，指的是抗滑力、下滑力之間的比值。Fs值為1，說(shuō)明邊坡處于滑坡的臨界極限狀態(tài)；Fs越大，說(shuō)明邊坡的穩(wěn)定性越高。依據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》[3]，對(duì)于邊坡穩(wěn)定性的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)如表1所示：

表1 邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)Fs的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

計(jì)算Fs數(shù)值的方法較多，一般采用極限平衡理論，以直線破裂面法為例，是將邊坡破壞時(shí)的破裂面當(dāng)作平面，適用于砂性土坡、透水砂/礫/碎石土、內(nèi)摩擦角控制強(qiáng)度的填土等。如圖1所示，假設(shè)高邊坡的坡高為H，坡腳為β，土體容重為γ，抗剪度指標(biāo)為c、φ。將AC平面作為邊坡的滑動(dòng)面，分析滑坡體的穩(wěn)定性，結(jié)果如下：

圖1 高邊坡的各項(xiàng)參數(shù)示意圖

已知滑坡體ABC重為W，滑面傾角為α，那么滑坡面AC上的下滑力T為：

滑坡面AC上的抗滑力T‘為：

由此可得，該邊坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)Fs為：

5.針對(duì)高邊坡滑坡的處治措施

對(duì)于該高邊坡滑坡情況，采用“截排水+樁板墻+錨索錨桿+骨架防護(hù)”的綜合處治措施，具體介紹如下：

5.1 截排水系統(tǒng)

從以上分析可知，降水是產(chǎn)生滑坡的重要原因之一。防治滑坡的第一步就是采取截排水方案。具體操作上，一是在滑坡的后緣部位，設(shè)置截水溝攔截坡頂?shù)膮R水；二是配合引流槽，將匯水引入溝渠，避免地表水下滲；三是在防護(hù)設(shè)施上，合理設(shè)置排水孔，保持一定的上仰傾斜角度，并控制好排水孔的間距。

5.2 樁板墻

樁板墻的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，依賴于墻體一側(cè)的土壓力，也就是樁板墻和土體之間的相互作用。在實(shí)際工程中，主要分為無(wú)支撐、單支撐、多支撐等形式，能防止土體下滑。樁板墻的設(shè)計(jì)，應(yīng)該考慮到土體的內(nèi)部剪切力，適當(dāng)減小墻體的彎曲應(yīng)力[4]。而樁板墻發(fā)生失穩(wěn)，一般分為兩種形式：一是圍繞墻腳一點(diǎn)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)；二是土壓力或外部荷載超過(guò)墻體的承重范圍，破壞點(diǎn)集中在墻體的最大水平彎矩處[5]。由于樁板墻的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，因此被廣泛應(yīng)用。結(jié)合該邊坡滑坡的特點(diǎn)，采用路塹擋墻，擋墻的面坡設(shè)置為1: 0.75，背坡設(shè)置為1: 0.5，墻頂寬度為1.2m，基礎(chǔ)埋深為2.0m，使用強(qiáng)度等級(jí)為M7.5的漿砌片石砌筑而成。

5.3 錨桿（索）

對(duì)于無(wú)法使用樁板墻的部位，利用錨索錨桿進(jìn)行支護(hù)。其中，錨索的橫向、縱向間距控制在3m以內(nèi)，傾角設(shè)計(jì)為30°，長(zhǎng)度在25m-32m之間，錨固段的長(zhǎng)度為10m。錨索是由8根高強(qiáng)度的鋼絞線組成，單根直徑為15mm，單根強(qiáng)度為1860MPa?？蚣馨M梁4道、豎肋3道，結(jié)構(gòu)尺寸為60cm×60cm，利用強(qiáng)度等級(jí)為C30的混凝土澆筑而成。錨桿的長(zhǎng)度為9m，是由直徑為32mm的螺紋鋼筋制成，抗拔力為100kN?？蚣艿臋M向、縱向間距設(shè)置為3m，結(jié)構(gòu)尺寸為30cm×30cm，利用強(qiáng)度等級(jí)為C30的混凝土澆筑而成。

5.4 骨架防護(hù)

在部分高邊坡地段使用拱形骨架進(jìn)行防護(hù)，框架采用漿砌片石封閉，厚度為30cm。防護(hù)施工期間，遵循“先上后下、分級(jí)開(kāi)挖”的原則，開(kāi)挖和支護(hù)同步進(jìn)行，最大程度地保證邊坡的穩(wěn)定性[6]。

6.高邊坡工程的監(jiān)測(cè)

在高邊坡工程施工期間，應(yīng)建立完善的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括變形監(jiān)測(cè)、相關(guān)誘發(fā)因素監(jiān)測(cè)。一是監(jiān)測(cè)治理工程及滑坡的變形情況，檢驗(yàn)治理效果；二是監(jiān)測(cè)影響滑坡變形的相關(guān)因素，包括氣象、水文、地下水動(dòng)態(tài)等。另外質(zhì)量監(jiān)測(cè)工作應(yīng)與施工同步進(jìn)行并反復(fù)交叉，提高自身應(yīng)對(duì)災(zāi)害的能力，主要流程包括：測(cè)量放線→邊坡開(kāi)挖→動(dòng)態(tài)跟蹤監(jiān)測(cè)→穩(wěn)定性評(píng)估→本級(jí)開(kāi)挖加固→整體開(kāi)挖→下級(jí)開(kāi)挖監(jiān)測(cè)→再次評(píng)估。在質(zhì)量監(jiān)控方法上，要點(diǎn)如下：

第一，裂縫監(jiān)測(cè)。安排專人定期巡視，觀察邊坡防護(hù)工程的外部形態(tài)，看是否有明顯的裂縫出現(xiàn)。一旦發(fā)現(xiàn)防護(hù)工程表面出現(xiàn)裂縫，應(yīng)在裂縫處埋設(shè)專業(yè)觀測(cè)儀器，分析裂縫的變化規(guī)律和破壞趨勢(shì)，制定針對(duì)性的處理方案。

第二，坡面監(jiān)測(cè)。針對(duì)坡面進(jìn)行監(jiān)測(cè)，需要在平臺(tái)上設(shè)置變形觀測(cè)點(diǎn)，利用全站儀進(jìn)行觀測(cè)，采用直角坐標(biāo)法計(jì)算原始數(shù)據(jù)。通過(guò)分析測(cè)量數(shù)據(jù)，便能掌握坡面的外觀變化情況，并繪制各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的滑動(dòng)示意圖。利用這些數(shù)據(jù)和圖形，可以作為預(yù)警信息，提示管理人員和施工人員。

第三，沉降和水平位移監(jiān)測(cè)。在沉降觀測(cè)上，主要是在邊坡上埋設(shè)觀測(cè)樁，通過(guò)前后數(shù)據(jù)的變化計(jì)算出高差，從而得出沉降量，確定是否滿足沉降允許范圍。在水平位移監(jiān)測(cè)上，主要利用位移邊樁，與沉降觀測(cè)的原理和方法一致。此外，該工程在雨季施工時(shí)，由于滑坡風(fēng)險(xiǎn)大，必須增加監(jiān)測(cè)頻率。

7.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，巖土工程中的高邊坡比較常見(jiàn)，影響高邊坡穩(wěn)定的因素較多，包括地質(zhì)條件、雨水作用、施工行為等，多種因素的共同作用，會(huì)降低邊坡巖土體的穩(wěn)定性，繼而引發(fā)滑坡事件。文中結(jié)合工程實(shí)例，分析了高邊坡滑坡的發(fā)生機(jī)制，介紹了滑坡處治措施和施工質(zhì)量監(jiān)控方法，希望能為類似工程提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。