山區(qū)高速公路堆積體陡傾滑坡成因分析及治理措施

劉卓華 楊海鋒

摘要：誘發(fā)山區(qū)高速公路堆積體滑坡有施工擾動(dòng)、持續(xù)性強(qiáng)降雨、陡傾基巖面、厚層堆積等重要影響因素。針對(duì)近年來(lái)堆積體路塹滑坡事故頻發(fā)的現(xiàn)狀，文章以廣西西北部山區(qū)某高速公路堆積體陡傾滑坡為例，利用地質(zhì)調(diào)繪、鉆探、物探、監(jiān)測(cè)等工程勘察手段，結(jié)合滑坡區(qū)域水文地質(zhì)環(huán)境以及監(jiān)測(cè)資料，分析了滑坡的成因及穩(wěn)定性，揭示了滑坡體范圍、滑動(dòng)面深度和滑床巖性、產(chǎn)狀及滑坡規(guī)模，并運(yùn)用工程類比以及傳遞系數(shù)法進(jìn)行參數(shù)反演計(jì)算，初步確定了防護(hù)的比選方案，最后綜合安全、投資、質(zhì)量控制、施工工期、綠色公路等因素進(jìn)行考慮，制定了滑坡治理方案，為類似工程地質(zhì)條件下滑坡的治理提供參考。

關(guān)鍵詞：公路;堆積體;基巖面;滑坡;處治措施

中圖分類號(hào)：U416.1+63文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst. 2019. 12. 011

文章編號(hào)：1673 - 4874（2019）12 - 0036 - 05

0 引言

隨著廣西壯族自治區(qū)新一輪交通規(guī)劃調(diào)整，全區(qū)高速公路建設(shè)將再次迎來(lái)黃金發(fā)展階段，大規(guī)模建設(shè)將以山區(qū)以及交通欠發(fā)達(dá)地區(qū)為主。廣西西北部山區(qū)靠近云貴高原，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，山高壑險(xiǎn)，氣候特殊，地質(zhì)環(huán)境脆弱，是我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)地區(qū)之一。在復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境條件下，高速公路建設(shè)不可避免帶來(lái)眾多路塹邊坡，而堆積體滑坡以及順層陡傾基巖面邊坡工程災(zāi)害問(wèn)題也越來(lái)越多。

針對(duì)各種類型堆積體滑坡，眾多學(xué)者作了大量工作，甘建軍等[1]開展了降雨入滲對(duì)含軟弱夾層堆積體滑坡的模型試驗(yàn)，揭示降雨入滲對(duì)含軟弱夾層堆積體邊坡穩(wěn)定性的影響;胡世起[2]研究了復(fù)合堆積體的形成原因、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)及處理方案;喻興、劉林潔等[3]運(yùn)用seep模擬軟件研究降雨入滲條件下不同時(shí)刻、不同高程上滑坡堆積層中孔隙水壓力的變化情況以及滑坡穩(wěn)定性系數(shù)的變化;許建聰?shù)萚4]研究了土質(zhì)滑坡位移與降雨量的相關(guān)性;朱冬林等[5]通過(guò)對(duì)某高速公路挖方路基所在堆積體的工程地質(zhì)特征調(diào)查、勘察以及變形監(jiān)測(cè)，分析了不同區(qū)段變形差異及機(jī)制，提出不同的治理思路;董輝等[6]研究了堆積碎石土斜坡淺表入滲的空間分布規(guī)律;陸世軒等[7]開展了降雨入滲非飽和土的穩(wěn)定性研究，認(rèn)為堆積體失穩(wěn)與孔隙水壓力等因素密切相關(guān);賀可強(qiáng)等[8]研究了降雨型堆積層滑坡的加卸載響應(yīng)比特征;楊兵等[9]研究了不同類型地震波作用下堆積體邊坡動(dòng)力響應(yīng)及失穩(wěn)特征。盡管眾多研究人員及設(shè)計(jì)工作者做了大量工作，但因各個(gè)邊坡地形、地質(zhì)條件、開挖方式等特點(diǎn)不同，堆積體陡傾邊坡滑塌案例依舊突出。

本文以廣西西北部山區(qū)某高速公路堆積體陡傾滑坡為例，利用地質(zhì)調(diào)繪、鉆探、物探、監(jiān)測(cè)等工程勘察手段，分析滑坡區(qū)域水文地質(zhì)環(huán)境以及監(jiān)測(cè)資料，正確認(rèn)識(shí)了滑坡的成因及穩(wěn)定性，揭示了滑坡體范圍、滑動(dòng)面深度和滑床巖性、產(chǎn)狀及滑坡規(guī)模，并運(yùn)用工程類比以及傳遞系數(shù)法進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性分析和參數(shù)反濱計(jì)算，初步確定了防護(hù)的比選方案，最后綜合安全、投資、質(zhì)量控制、施工工期、綠色公路等因素考慮，制定了滑坡治理方案，對(duì)后期類似工程地質(zhì)條件滑坡有一定借鑒意義。

1 滑坡概況及發(fā)展過(guò)程

滑坡區(qū)屬丘陵地貌，處于山脊坡腰，地形變化較大，植被主要分布有松樹以及灌木等，滑坡地面高程為570～717 m，原始地形坡度約為20°～30°，局部較陡可達(dá)40°?？辈靺^(qū)年均降雨量為1 700mm，集中在5～10月份。原設(shè)計(jì)為四級(jí)邊坡，最大高度為41 m。邊坡坡率第一、二級(jí)為1：1，上面兩級(jí)為1：1. 25，第二、三級(jí)采用預(yù)應(yīng)力錨索框架防護(hù)，錨索平均長(zhǎng)度分別為28 m、25 m。

2018年7月，第二級(jí)邊坡開挖完成，第一級(jí)邊坡開挖4～6 m，在施工第二級(jí)邊坡防護(hù)的過(guò)程中發(fā)生滑坡：坡頂外側(cè)出現(xiàn)三條貫通性裂縫，裂縫延伸至兩側(cè)溝谷，最外側(cè)裂縫距離坡頂約70 m，裂縫寬度為10～30 cm，第二、三級(jí)邊坡坡面鼓起，第三級(jí)已施工錨索局部錨頭破壞，框架梁相對(duì)位移約10 cm。最終形成沿路線方向長(zhǎng)約100 m，垂直路線方向約140 m，高差74 m的滑坡。滑坡平面位置圖見圖1。

2 工程地質(zhì)條件

勘察隊(duì)伍采用了地質(zhì)調(diào)繪、地質(zhì)勘探的方法，并輔以原位測(cè)試及室內(nèi)試驗(yàn)等多種方法進(jìn)行綜合勘探。在滑坡體內(nèi)共布設(shè)2條勘探斷面，6個(gè)鉆孔，利用原設(shè)計(jì)階段的3個(gè)鉆孔，共有9個(gè)鉆孔。

2.1 地層巖性及地質(zhì)特點(diǎn)

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告成果，滑坡區(qū)域主要地層及地質(zhì)特征如下：

滑坡區(qū)上部多為第四系坡積層，下伏基巖為三疊系中統(tǒng)粉砂巖。地層從上往下依次是含碎石粉質(zhì)黏土、碎石、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖、中風(fēng)化粉砂巖。其中黏土、碎石、強(qiáng)風(fēng)化層覆蓋較厚，最厚達(dá)30 m，且基巖面較陡，約30°，不利于上部堆積體穩(wěn)定。各層性狀如下：

含碎石粉質(zhì)黏土：棕黃色，硬塑，黏粉粒為主，含強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖碎石，含量不均勻，介于1 5%～40%，厚約1.5～4 m。

碎石：褐黃色、褐灰色，稍密一中密，含風(fēng)化粉砂巖碎石，局部有粉質(zhì)黏土夾層，厚約15～30 m。

碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖：灰黃色、灰色，粉砂狀結(jié)構(gòu)，薄層狀～中厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)膠結(jié)，裂隙發(fā)育，巖質(zhì)較軟，破碎，巖芯呈碎塊狀，塊徑2～6 cm，個(gè)別短柱狀，厚約12～14 m?；鶐r面坡度約30。，較陡，不利于上部堆積體穩(wěn)定。

中風(fēng)化粉砂巖：灰色、深灰色，粉砂狀結(jié)構(gòu).薄層狀～中厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)及鈣質(zhì)膠結(jié)，巖石裂隙較發(fā)育，巖質(zhì)較硬。巖石飽和單軸抗壓強(qiáng)度平均值為50.6 MPa，按巖石堅(jiān)硬程度劃分屬較堅(jiān)硬巖。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)特征

該區(qū)域靠近云貴高原，經(jīng)歷過(guò)多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，節(jié)理裂隙較發(fā)育，經(jīng)開展現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)鉆探揭露、區(qū)域地質(zhì)資料查閱等工作，基本探明：

巖體節(jié)理有二組較發(fā)育，產(chǎn)狀為152°∠57°，頻數(shù)為4～6條/m;174°∠69°，頻數(shù)為5～7條/m。節(jié)理面較光滑，張開度為1～3 mm，巖屑充填或巖屑夾泥充填。

地表水：主要接受降雨補(bǔ)給，水量受季節(jié)影響較大。

地下水：地下水主要為基巖裂隙水，由于滑坡區(qū)兩側(cè)溝谷發(fā)育，排泄條件較好，水量較貧乏，勘察期間未探測(cè)到地下水。

3 滑坡結(jié)構(gòu)特征

3.1 滑動(dòng)面確定

通過(guò)地質(zhì)調(diào)查、勘探等手段基本確定了滑坡剪出口及剪入口位置，同時(shí)，通過(guò)深孔位移監(jiān)測(cè)，并結(jié)合地質(zhì)鉆探基本確定了滑動(dòng)面位置。深孔位移監(jiān)測(cè)情況見下頁(yè)圖2，地質(zhì)鉆探揭露地質(zhì)情況見下頁(yè)圖3。

根據(jù)2#、3#深孔位移監(jiān)測(cè)情況可知，2#測(cè)點(diǎn)在4～8 m深度處有較大位移，約為60 mm;3#測(cè)點(diǎn)在15～22 m深度處有較大位移，約為18 mm。

鉆探結(jié)果表明，滑坡區(qū)基巖面坡度約為25?！?0°，局部可達(dá)39。，較陡，對(duì)上部土層的穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響?；聝?nèi)土層厚度達(dá)14. 8～27.5 m，且局部存在含礫粉質(zhì)黏土夾層，從ZK3及ZK4鉆孔巖芯情況看，ZK3在13. 8～15 m存在含礫粉質(zhì)黏土夾層，ZK4在10～15 m存在含礫粉質(zhì)黏土夾層，且夾層含水率較高，在強(qiáng)降雨作用下，含礫粉質(zhì)黏土浸水易軟化，形成軟弱夾層。

綜合深孔位移以及地質(zhì)鉆孔情況，確定滑面位置見圖4，最大深度約20 m。

3.2滑 動(dòng)方向、滑坡體成分及滑坡類型

本文同時(shí)對(duì)地表位移監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行了分析，通過(guò)對(duì)地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)在平面圖進(jìn)行展布，可知位移方向呈直線分布，由此可推測(cè)滑坡滑動(dòng)方向?yàn)?0°，與路線夾角為90°。

滑坡體主要以含碎石的粉質(zhì)黏土及碎石組成，同時(shí)含少量強(qiáng)風(fēng)化碎塊狀粉砂巖。

該滑坡為牽引式、中型、中層堆積土滑坡。

4 滑坡原因分析

經(jīng)過(guò)對(duì)滑坡區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、勘察報(bào)告及監(jiān)控量測(cè)資料分析，總結(jié)出形成滑坡災(zāi)害的內(nèi)因?yàn)榛鶐r面較陡、覆蓋層較厚且自穩(wěn)性差，外因?yàn)橛鲞B續(xù)降雨的同時(shí)邊坡開挖形成臨空面，內(nèi)外因并存是形成滑坡災(zāi)害的主要因素。

4.1 內(nèi)因

（1）滑坡體主要為坡積碎石層及含礫粉質(zhì)黏土層，厚度較大，最厚達(dá)30 m，且其上部結(jié)構(gòu)松散，自穩(wěn)能力差;

（2）碎石層透水性較好，且顆粒大小不均勻，局部含礫粉質(zhì)黏土層，透水性較差，浸水之后成為飽水軟弱帶，抗剪強(qiáng)度低;

（3）其下伏基巖面坡度為25°～30°，局部可達(dá)39°，不利于其上部土層的穩(wěn)定。

以上三點(diǎn)為邊坡變形提供了基礎(chǔ)條件。

4.2 外因

（1）開挖路塹邊坡坡腳，形成高、陡的臨空面，同時(shí)破壞了土體原有平衡，坡腳缺少了原有土體支撐，阻滑能力降低，為形成滑坡提供空間條件。

（2）滑坡場(chǎng)區(qū)降雨量大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)滑坡區(qū)的地形較陡，后緣有較大匯水面積，當(dāng)遇暴雨時(shí)，地表水排不及時(shí)，易匯集于坡體表面滲入坡體中。位于坡體中的地下水使坡體處于保水狀態(tài)，增加坡體自重;受雨水浸泡后，土體強(qiáng)度降低，形成軟弱夾層，加劇了土體間的潛蝕軟化作用，土體力學(xué)指標(biāo)顯著降低，對(duì)邊坡的整體穩(wěn)定性產(chǎn)生了較大的影響。另外，地下水水力坡度較大，其循環(huán)交替作用強(qiáng)烈，在坡體中形成一定的動(dòng)水壓力，也是滑坡產(chǎn)生的不利影響因素之一，因此強(qiáng)降雨是變形發(fā)生發(fā)展的直接因素。

5 治理方案

5.1 穩(wěn)定性分析

5.1.1 定性分析

通過(guò)分析該滑坡的變形破壞形式以及其發(fā)育的特點(diǎn)和規(guī)律，可認(rèn)為該滑坡主體處于擠壓變形階段，即處于極限平衡?；瑺顟B(tài)或在緩慢下滑狀態(tài)。受滑坡體脆弱的地質(zhì)條件影響，如果未能及時(shí)實(shí)施有效的支擋加固工程措施，將會(huì)進(jìn)入滑動(dòng)階段及巨滑階段，其邊坡變形破壞勢(shì)必會(huì)繼續(xù)向上牽引發(fā)展和擴(kuò)大。

由于邊坡需繼續(xù)下挖，且處于雨季時(shí)期開挖，強(qiáng)降雨將對(duì)坡體穩(wěn)定產(chǎn)生影響，雨水下滲將對(duì)坡體巖土體物理力學(xué)指標(biāo)產(chǎn)生不利影響，可能誘發(fā)滑坡病害加劇，甚至引發(fā)更大范圍和更深層次的整體式滑動(dòng)破壞。

5.1.2 定量分析

強(qiáng)度參數(shù)根據(jù)反演分析并結(jié)合工程地質(zhì)類比綜合確定。

結(jié)合最終確定的滑面分布的空間位置，并依據(jù)滑坡發(fā)展情況、地質(zhì)條件及當(dāng)前狀態(tài)，采用傳遞系數(shù)法進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性分析和參數(shù)反演計(jì)算，計(jì)算公式如下：

注：參數(shù)意義參照《公路滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范》（ JTG/T3334 - 2018）

根據(jù)反算分析，滑坡處于擠壓階段，正常工況安全系數(shù)為1. 054，非正常工況1：Fs=1.02。結(jié)合工程類比，最終確定的巖土體物理力學(xué)指標(biāo)參數(shù)詳見表1。

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（D30 - 2015），該滑坡治理后穩(wěn)定安全系數(shù)按照正常工況1. 20、非正常工況1.10控制。各剖面工況剩余下滑力見表2。由于地震烈度為7度，根據(jù)《公路工程抗震規(guī)范》（JTGB02 - 2013）的要求，可不進(jìn)行抗震驗(yàn)算。

深層滑面，將根據(jù)不同治理方案，分別計(jì)算剩余下滑力。

5.2 工程措施

該滑坡規(guī)模較大，且有向上牽引發(fā)展趨勢(shì)，不適合卸載清方方案，因此治理階段設(shè)計(jì)圓樁、方樁兩個(gè)方案進(jìn)行比選。

5.2.1 方案一：圓樁+預(yù)應(yīng)力錨索框架（見圖6）

（1）支檔：在三級(jí)邊坡中下部設(shè)置φ2.5m、長(zhǎng)度為36 m、樁間距為4m的圓形抗滑樁，共19根;樁頂設(shè)置2根長(zhǎng)分別為45 m、40 m的預(yù)應(yīng)力錨索，錨固段、錨固力、張拉力設(shè)計(jì)值分別為10 m、750 kN、500 kN;懸臂段設(shè)置強(qiáng)度等級(jí)為C30的樁間擋土板，護(hù)壁強(qiáng)度等級(jí)≥C20。

（2）樁頂以上按照1：1.5放坡，采用預(yù)應(yīng)力錨索框架支護(hù)，錨索長(zhǎng)度為42 m，錨固力為750 kN，張拉力為700 kN。

（3）抗滑樁以下按照1：1.75放坡，采用噴播植草防護(hù)及路塹擋墻防護(hù)。

（4）該斷面錨索施工之后，設(shè)樁位置剩余下滑力約為1 625 kN/m。

（5）治理完畢后，正常工況安全系數(shù)為1.23，非正常工況1穩(wěn)定安全系數(shù)為1.1 5。

優(yōu)點(diǎn)：施工較快，施工安全風(fēng)險(xiǎn)較低。缺點(diǎn)：造價(jià)較高。

5.2.2方案二：方樁+預(yù)應(yīng)力錨索框架（見下頁(yè)圖7）

優(yōu)點(diǎn)：土石方開挖量及征地面積較小，造價(jià)較低。

缺點(diǎn)：方樁采用人工挖孔施工，有一定安全風(fēng)險(xiǎn)，且施工周期較長(zhǎng)。

5.2.3 方案推薦

從經(jīng)濟(jì)、安全、施工工期等方面對(duì)上述兩個(gè)方案進(jìn)行綜合比選后，將方案一作為推薦方案，共設(shè)置36根圓樁。

5.2.4 排水、裂縫處理及監(jiān)測(cè)措施

在施工防護(hù)措施實(shí)施之前，先對(duì)坡體裂縫采用黏土夯填封閉處理，避免雨水下滲;邊坡坡頂及裂縫外側(cè)分別設(shè)置一道截水溝，截水溝與涵洞及山間沖溝順接;樁頂及各級(jí)平臺(tái)均設(shè)置截水溝。在坡面設(shè)置深層排水管，間距為5m。施工過(guò)程中，根據(jù)開挖揭示地質(zhì)情況及地層富水狀態(tài)等實(shí)際情況，調(diào)整深層排水孔位置、數(shù)量及深度，確保坡體排水效果良好。

5.2.5 監(jiān)測(cè)措施

布設(shè)深部位移監(jiān)測(cè)斷面2條，共8個(gè)點(diǎn)，孔深為40 m，監(jiān)測(cè)周期為治理期一年，工后兩年;在地表布設(shè)地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)周期為治理期一年，工后兩年。在每根抗滑樁頂部設(shè)置位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)抗滑樁位移情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，樁頂錨索設(shè)置錨索測(cè)力計(jì)，監(jiān)測(cè)錨索受力變化情況，應(yīng)注意保護(hù)壓力傳感器外露測(cè)線，防止其老化，監(jiān)測(cè)周期為治理期一年，工后兩年。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)地質(zhì)勘察，獲得了該滑坡地質(zhì)資料，分析了滑坡的成因及發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了定性及定量評(píng)價(jià)，并制定了合理的治理方案，得到如下結(jié)論：

（1）滑坡縱向長(zhǎng)度為102 m，沿滑動(dòng)方向約為140 m，高74 m，平均厚度約16 m，滑坡面積約9 100 m2，體積約1 4萬(wàn)m3，屬于牽引式中型中層堆積土滑坡?；聟^(qū)基巖面較陡、堆積層厚度較大且自穩(wěn)性差是滑坡形成的主要因素，人工開挖形成臨空面及連續(xù)強(qiáng)降雨則是其形成的誘發(fā)因素。

（2）根據(jù)滑坡的地質(zhì)條件、各工況的穩(wěn)定狀態(tài)及與高速公路的影響關(guān)系等因素，在滑坡體中部設(shè)置圓形抗滑樁，樁頂以上采用卸載放坡，并設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索框架梁防護(hù)的工程措施，輔以排水、裂縫封閉等措施。目前該滑坡已治理完畢，并經(jīng)歷一個(gè)雨季，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，樁頂及邊坡變形在規(guī)范允許范圍之內(nèi)。

（3）準(zhǔn)確的地質(zhì)資料是合理制定邊坡處治方案的基本條件，應(yīng)重視邊坡工程地質(zhì)勘察，確保邊坡設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料的準(zhǔn)確性。本文涉及的滑坡地質(zhì)條件復(fù)雜，若能在施工前探明堆積體厚度、基巖面角度等重要因素，及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)方案，或可避免不必要的損失。

（4）堆積體陡傾邊坡設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮邊坡施工過(guò)程坡腳開挖以及連續(xù)降雨的影響，臨空面及連續(xù)降雨都是引起滑坡的重要因素，應(yīng)在設(shè)計(jì)中提前考慮施工因素。同時(shí)，路線設(shè)計(jì)應(yīng)盡量繞避深厚層堆積體等潛在滑坡體，無(wú)法繞避時(shí)，要先加固后開挖。施工時(shí)應(yīng)盡量減少坡腳擾動(dòng)，并做好臨時(shí)截排水措施，防止雨水入滲。

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作者簡(jiǎn)介：劉卓華（1987-），碩士研究生，主要從事高速公路建設(shè)管理工作;

楊海鋒（1984-），碩士研究生，主要從事公路勘察設(shè)計(jì)研究工作。