某公路邊坡穩(wěn)定性分析及治理

張玉萌 倪振強

摘要：在山區(qū)公路的修建過程中，往往會形成各種邊坡。山區(qū)公路邊坡由于地質(zhì)構(gòu)造、水文氣象等情況比較復雜，導致這些區(qū)域容易出現(xiàn)滑坡等災害。針對云南某在建公路工程形成的邊坡，對其進行工程地質(zhì)調(diào)查與勘測，查明了邊坡區(qū)域的物質(zhì)結(jié)構(gòu)、地形地貌、人類工程活動、水文環(huán)境勘測等數(shù)據(jù)，從理論上分析了公路邊坡的穩(wěn)定性，利用不平衡推力法定量地計算了在天然、暴雨、地震狀態(tài)三種工況的穩(wěn)定性，得出邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)的結(jié)論。為了保證擬建公路正常運行，防止坡體滑移，結(jié)合現(xiàn)狀對該邊坡不穩(wěn)定區(qū)域提出防治措施，為以后山區(qū)公路邊坡的治理提供參考方案。

Abstract： In the construction process of mountain roads， various slopes are often formed. Because of the complex geological structure， hydrometeorology and so on， the mountain highway slope is prone to landslide and other disasters. In view of the slope formed by a highway project under construction in Yunnan， the engineering geological survey and survey are carried out， and the data of material structure， topography and geomorphology， human engineering activities and hydrological environment survey in the slope area are found out. The stability of the slope is analyzed theoretically. In order to ensure the normal operation of the proposed highway and prevent the slope body from slipping， combined with the present situation， the prevention and control measures are put forward for the unstable area of the slope， which provides a reference scheme for the treatment of the mountain highway slope in the future.

關鍵詞：公路邊坡;滑坡災害;穩(wěn)定性;工程治理

Key words： highway slopes;landslide disaster;stability;engineering governance

中圖分類號：U417.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）15-0148-03

0 ?引言

在修建公路過程中，由于各地區(qū)地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、氣候水文、人類活動的不同，再加上其他偶然因素的影響，給施工單位的修建帶來一定的困難。因此，在修建公路工程中一旦處理不當易引起公路邊坡出現(xiàn)滑坡災害。如：深圳滑坡事件、川藏公路“102”滑坡。所以，為避免在公路建設中引起滑坡，我們必須深入了解和掌握滑坡的成因以及治理方法，在工程建設中依據(jù)滑坡的作用機理進行防治。

我國疆域遼闊，在地形地貌上具有西高東低，呈階梯分布的特點，地形地貌多種多樣，山區(qū)面積約占70%，致使我國滑坡發(fā)生密度大、頻率高、分布范圍廣，受滑坡災害威脅和可能受到滑坡災害威脅的地區(qū)約占全國陸地面積的20～25%，成為世界上受滑坡危害最嚴重的國家之一[1]。滑坡的發(fā)生嚴重危害地區(qū)生態(tài)環(huán)境與交通運輸工程建設，據(jù)相關文獻，自2005年至2016年，地質(zhì)災害造成平均死亡人數(shù)約為600人，平均失蹤人數(shù)約為130人，平均受傷人數(shù)約為350人，平均直接財產(chǎn)損失約為40萬億，其中滑坡災害造成的損失占地質(zhì)災害損失的70%[2]。因此，滑坡的研究已成為當前工程地質(zhì)學、土力學和巖土力學研究的熱點和重要課題，在滑坡研究的理論、方法和綜合治理技術(shù)方面取得了很多有價值的研究成果[3]。

本文針對云南某山區(qū)公路邊坡，對其進行多次的全風化頁巖現(xiàn)場水平剪切試驗與原狀土樣進室內(nèi)試驗，根據(jù)勘察場地內(nèi)水文地質(zhì)條件和地區(qū)經(jīng)驗綜合確定滑動帶，從滑坡區(qū)域物質(zhì)結(jié)構(gòu)、水文環(huán)境、人類工程活動對邊坡穩(wěn)定性進行了分析，提出了相應的治理方案。為此類的公路地質(zhì)災害提供了工程依據(jù)，具有較高的應用價值。

1 ?邊坡區(qū)域環(huán)境條件

1.1 自然地理環(huán)境條件

本文所研究的邊坡區(qū)域位于某山區(qū)公路改建工程段上，擬建公路與該邊坡區(qū)域下緣直接相鄰，邊坡區(qū)域位于傾向西南的斜坡上，斜坡上原先未采取任何邊坡加固措施，斜坡上存在有季節(jié)性洪水徑流通道和季節(jié)性泉眼，植被覆蓋率約70%，位于原有公路東側(cè)附近（如圖1），有施工通道與原有公路相聯(lián)，并且本地交通不便利。該邊坡區(qū)域的東側(cè)附近有一條西北-東南走向的斷裂帶，斷裂帶形成的斷層崖地勢陡峭，最大寬度達到10km，裸露的巖體常年受到來自水、風的侵蝕。

1.2 氣象與水文

勘察場地所處區(qū)域氣候溫和，雨量充沛，屬亞熱帶高原季風氣候，受高山峽谷控制，局部氣候變化較大，垂直分帶明顯。

據(jù)工程地質(zhì)測繪，本次勘察的滑坡體上有兩個季節(jié)性下降泉（如圖2、圖3），滑坡體南鄰一條走向近東西向“V”形小沖溝，為季節(jié)性洪水徑流通道，沖溝內(nèi)有一個季節(jié)性下降泉與滑坡體相距較近，上述三個泉眼的估測流量約80～100m3/d。

1.3 地質(zhì)環(huán)境條件

邊坡勘察場地位于“斷裂帶”所形成的斷層崖之西，河流左岸斜坡上，屬構(gòu)造剝蝕低山地貌。勘察場地所處斜坡傾向西南，自然坡度約24～26°。坡面呈波狀起伏，其上小沖溝較發(fā)育?？辈靾龅貎?nèi)高程變化在772.00～845.00m間。因公路建設，場地西側(cè)形成了坡高約2.27m，坡比1：0.75的人工邊坡，坡向與自然斜坡近于一致。

根據(jù)工程地質(zhì)測繪等其他技術(shù)揭露，勘察場地內(nèi)上覆土層主要為第四系殘坡積粘土、崩積碎、塊石和滑坡堆積層，下伏基巖為二迭系上統(tǒng)組頁巖。

2 ?邊坡的穩(wěn)定性分析

2.1 滑坡的成因

本文從邊坡產(chǎn)生的變形裂縫與微地貌體征等方面綜合分析，是由于擬建公路路基開挖形成臨空面，使斜坡上覆第四系堆積層及全風化基巖穩(wěn)定性變差;其次正逢當?shù)赜昙?，在暴雨作用下，加速了人工邊坡上覆第四系堆積層和全風化基巖蠕動變形，最終導致滑坡發(fā)生。

2.2 邊坡穩(wěn)定性分析

通過地質(zhì)調(diào)查，該邊坡處于傾向西南的斜坡上，自然坡度角約24～26°，擬建公路以路塹形式通過，據(jù)當?shù)鼐用窈凸肥┕と藛T介紹，該斜坡在公路施工之前其穩(wěn)定性較好，未發(fā)生過滑坡。在擬建公路開挖路基過程中，正逢當?shù)赜昙?，在持續(xù)降雨作用下，擬建公路左邊坡上出現(xiàn)數(shù)條拉張裂縫（如圖4、圖5），滑坡體后緣產(chǎn)生的裂縫較為明顯，該裂縫長約50m，裂縫最寬處達到30cm。滑坡體上產(chǎn)生的裂縫相對較小，甚至不易被發(fā)現(xiàn)，這說明滑坡體各部分的下滑速度差異不大，并且只存在一明顯的滑坡面。因此，可推斷出該公路邊坡巖體某一層面的力學性能急劇下降，局部地段發(fā)生了滑動破壞。通過對滑坡后拉張裂縫進行的簡易觀測，發(fā)現(xiàn)其仍在微量增寬，且在滑體北西側(cè)出現(xiàn)了剪切裂縫。

邊坡體主要由殘坡積粘土、崩積碎石和全風化頁巖組成，其力學強度均較低?；聟^(qū)域位于“斷裂帶”西側(cè)，該斷裂帶規(guī)模宏偉，對區(qū)內(nèi)的地區(qū)性構(gòu)造發(fā)展具明顯的控制作用。是由數(shù)條斷裂組成的復雜斷裂帶，屬壓扭性構(gòu)造。受其影響場地內(nèi)下伏基巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，力學強度大幅降低。據(jù)工程地質(zhì)測繪表明，區(qū)內(nèi)基巖有一組節(jié)理裂隙極發(fā)育結(jié)構(gòu)面平直，結(jié)合性差。

邊坡區(qū)位于傾向西南斜坡上，坡度約24～26°，自然地形橫坡相對較陡。加之本次修路時擬建公路進行路基開挖形成了高約2.27m的人工邊坡，由于人工將路基開挖的土方堆放在原來公路邊坡之上，使得原有公路邊坡基巖在既承受原有荷載的同時又突然承受臨時土方荷載，該段公路邊坡的穩(wěn)定性便存在不確定性，一旦當?shù)赝话l(fā)暴雨或周圍區(qū)域產(chǎn)生的大型機械震動等不利因素，該段公路邊坡的穩(wěn)定性將受到嚴重影響，為滑坡等地質(zhì)災害的發(fā)生提供了空間。

該公路改建工程建設，以路塹形式通過。在勘測期間該段路塹基本成型，由此可見該段的人類工程活動較強，大型公路施工設施產(chǎn)生的震動以及大面積的路基開挖，對該段公路邊坡的巖層造成一定破壞，使得部分邊坡內(nèi)部巖體的穩(wěn)定性下降，對周圍地區(qū)的地質(zhì)環(huán)境的破壞較嚴重。

該公路邊坡地下水較豐富，主要賦存于上覆第四系崩積碎、塊石層和下伏基巖節(jié)理裂隙中。以大氣降水補給為主，地下水動態(tài)特征嚴格受大氣降雨控制，氣候濕潤，降水豐富且多暴雨。降水入滲至公路邊坡中，一方面加大邊坡土體重度，另一方面降低了邊坡土體強度，使得該段公路邊坡的穩(wěn)定性急劇下降。

通過對邊坡勘測區(qū)域的物質(zhì)結(jié)構(gòu)、人類工程活動、水文環(huán)境方面的研究，本次勘察的滑坡體現(xiàn)仍在蠕動變形，局部已滑動破壞。勘測人員對邊坡及其場地內(nèi)土層取土，將其帶入實驗室，對土樣進行抗剪強度值確定等力學試驗，經(jīng)過對土體力學性能的測定以及工程地質(zhì)勘測資料的分析，發(fā)現(xiàn)邊坡及周圍地區(qū)土體力學性能下降，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

同時，在該公路邊坡的穩(wěn)定性分析時不平衡推力法來定量計算表征邊坡穩(wěn)定狀態(tài)的安全系數(shù)（Fs），通過進行多次的全風化頁巖現(xiàn)場水平剪切試驗與原土樣進室內(nèi)試驗，根據(jù)勘察場地內(nèi)水文地質(zhì)條件和地區(qū)經(jīng)驗綜合確定滑動帶的重要計算參數(shù)，得出該段公路邊坡在天然狀態(tài)、暴雨狀態(tài)、地震狀態(tài)均處于不穩(wěn)定狀態(tài)。因此，通過以上分析得出該段公路邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，存在一定的安全隱患，為保證公路建成后正常使用，必須對公路邊坡進行治理。

3 ?邊坡的治理

根據(jù)該該公路邊坡穩(wěn)定性分析，可以為該公路邊坡提供推薦治理方案，總體方案為：治坡先治水、上部土方刷坡、下部壓方阻滑。

3.1 水是引發(fā)邊坡災害的主要原因。為了保障該邊坡的穩(wěn)定與安全，首先在邊坡的頂部修建截水溝，阻斷公路邊坡頂部水的流動和排除山坡上層滯水，避免引起二次滑坡。在公路邊坡的腰部修建明溝與滲溝相結(jié)合工程。每級邊坡采取明溝與滲溝相結(jié)合的排水工程，經(jīng)過導流匯入公路兩旁的排水溝渠中。

3.2 該公路在建設過程中，進行路基開挖導致形成2.27m的人工邊坡，為滑坡的產(chǎn)生提供了條件。因此，需要對滑坡區(qū)域的公路邊坡進行削方減荷。在該公路邊坡的削方減荷過程中，首先進行一期拋填。一期拋填采用礦渣等廢棄物作為拋填材料，采用卡車運送到滑坡坡角。對滑坡區(qū)域進行逐級開挖，開挖完成之后，完成錨索安裝、注漿、放梁、錨索張拉。將滑坡上部削減的土石方回填在坡角作為二期拋填。通過降低該公路邊坡高度改善邊坡的安全穩(wěn)定性，減少邊坡不穩(wěn)定巖體量的高度，進一步提高邊坡的穩(wěn)定性。

3.3 在該段公路邊坡左側(cè)坡角上挖孔設置抗滑樁，樁身嵌固在滑動帶以下的穩(wěn)固地層內(nèi)。在進行抗滑樁樁孔施工時，隔樁開挖，開挖過程中應即時支護，避免大開挖或樁孔壁長時間暴露。挖孔深度要超過填方平臺的深度，抗滑樁樁頂位于滑坡體土體表面以下，土體表面與樁頂之間的土層使用能夠透水的材料進行換填，既可增強公路邊坡的穩(wěn)定性，又能夠提高公路邊坡的排水能力。

3.4 在該段公路邊坡設置預應力錨索對公路路基支擋和邊坡進行加固。通常包括邊坡面整理、鉆孔位置測量、鉆孔、鉆孔清理、制作錨索、安裝錨索、水泥漿灌注、框架梁制作、養(yǎng)護、錨索張拉和固定、封錨等流程[4]。使用鉆孔鋼絞線或高強度鋼絲錨固于深部的穩(wěn)定地層中，并在被加固邊坡表面通過張拉產(chǎn)生預應力，從而提高該段公路邊坡的穩(wěn)定性。

4 ?結(jié)論

①本文通過對滑坡區(qū)域的研究得出該段公路附近發(fā)生滑坡的原因并對該段公路邊坡的穩(wěn)定性進行分析與評價，提出了公路邊坡治理的方案。②在公路工程建設的初步設計階段，對擬建公路沿線地質(zhì)災害的發(fā)生頻率與規(guī)模進行調(diào)查，事先制定突發(fā)事件應急預案。在施工圖設計階段，針對擬建公路沿線附近常遇地質(zhì)災害實現(xiàn)采取一定的防治措施，避免因施工導致地質(zhì)災害的發(fā)生。③公路建設應從設計、施工、管理等方面采取科學的技術(shù)措施。在邊坡治理過程中，應對公路邊坡的滑坡區(qū)域進行充分的地質(zhì)、氣候與水文、地震等進行充分調(diào)查，找到最關鍵的因素進行重點治理，提高滑坡區(qū)域公路邊坡的穩(wěn)定性。④在公路邊坡滑坡區(qū)域建立坡體地面的變形監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測邊坡的狀況，以便及時進行治理，避免造成人力、物力、財力的進一步損失。

參考文獻：

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[2]章詩芳，王玉芬，賈蓓，等.中國2005-2016年地質(zhì)災害的時空變化及影響因素分析[J].地球信息科學學報，2018，19（12）：1567-1574.

[3]譚儒蛟，胡瑞林，劉衡秋，等.滑坡穩(wěn)定性評價和監(jiān)測預報常用方法綜述[J].工程地質(zhì)學報，2004，12（z1）：463-467.

[4]吳漫.公路路基支擋及邊坡加固防護工程設計與施工[J].交通世界，2019（18）：50-51.

[5]呂家云，呂燾.公路路基邊坡破壞的形式及防護措施[J].價值工程，2020，39（04）：158-159.

基金項目：聊城大學實驗技術(shù)研究（NO.LDSY2014119），聊城大學高層次人才、博士科研啟動基金資助。

作者簡介：張玉萌（1999-），男，山東泰安人，本科生，研究方向為防災減災;倪振強（通訊作者）（1983-），男，山東萊蕪人，副教授，博士，研究方向為巖土工程減災。