某干線公路滑坡成因分析與治理設(shè)計

林文霞

(福建省交通規(guī)劃設(shè)計院有限公司，福州 350004)

1 引言

福建地區(qū)降雨量充沛，巖土體風(fēng)化作用強(qiáng)烈，常遭遇臺風(fēng)暴雨侵襲， 誘發(fā)了大量工程滑坡、 泥石流等地質(zhì)災(zāi)害， 嚴(yán)重的災(zāi)害對公路的建設(shè)周期和運(yùn)營安全產(chǎn)生極大影響，還容易造成較大的人身傷害和財產(chǎn)損失，特別是國省干線運(yùn)營期間滑坡，對交通安全危害更大。

2 工程概況

該滑坡發(fā)生于某國省干線K39+715.380 ～K39+813.960 路段， 原設(shè)計采用單階折線1∶0.3、1∶0.5 放坡。2016 年6 月，受強(qiáng)降雨影響，該路段左側(cè)邊坡坡頂出現(xiàn)裂縫?，F(xiàn)場預(yù)警后，各參建單位及地質(zhì)專家第一時間對現(xiàn)場進(jìn)行踏勘并提出臨時處置措施：保證邊坡臨時穩(wěn)定，刷坡卸載，采用單階高度10 m，坡率1∶1.0 進(jìn)行刷坡。 刷坡后邊坡高四階約40 m。 2016 年9 月，受臺風(fēng)“莫拉蒂”及“鲇魚”強(qiáng)降水影響，邊坡繼續(xù)變形，邊坡坡體進(jìn)一步開裂、下錯，受前緣土體牽引，邊坡在原最高裂縫位置以外20 m 左右新增一條裂縫， 坡頂裂縫寬度多在10～70 cm，下錯約0.5～1.5 m。 該滑坡周界及病害特征明顯，具體如圖1～3 所示。

地質(zhì)調(diào)繪表明，K39+736～+795 段邊坡第2～4 階坡面出現(xiàn)變形， 后緣張拉裂縫最遠(yuǎn)位于距坡頂開口線約40 m，錯臺高度約0.5～1.0 m，剪出口位于第二階坡面中下部。滑體主軸長約65 m，寬度約60 m，滑動面最大深度約14 m，滑體約4 萬m3，屬于中層小型滑坡，目前處于滑動變形階段。 地質(zhì)斷面如圖4。

3 工程地質(zhì)條件

3.1 地形地貌

圖1 滑坡全貌

圖2 第二階坡面剪出

圖3 第四階坡面下錯

圖4 K39+765.100 斷面示意圖

滑坡場地原始地貌屬丘陵斜坡地貌， 風(fēng)化剝蝕較強(qiáng)烈，總體地勢由北往南傾斜?，F(xiàn)邊坡坡度多在30°～60°。邊坡北面與后山相連，相連部地勢稍高，山體植被發(fā)育，屬工程滑坡。

3.2 地層巖性

滑體主要分布地層為：粉質(zhì)粘土、砂土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖、中風(fēng)化凝灰熔巖層。 其中碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖母巖礦物為長石及石英， 風(fēng)化強(qiáng)烈，巖芯呈碎塊狀，裂隙呈張開狀，巖壁局部穩(wěn)定性較差，裂隙面見鐵錳質(zhì)渲染。

3.3 水文地質(zhì)特征

滑坡場地地下水主要為基巖風(fēng)化帶孔隙、裂隙水，基巖風(fēng)化帶孔隙裂隙水主要賦存于強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖孔隙裂隙中，其孔隙、裂隙發(fā)育程度不均，其透水性和富水性很不均勻， 主要接受大氣降水的垂向滲透補(bǔ)給及同一含水層的側(cè)向補(bǔ)給，沿地勢向低處排泄。地表水主要表現(xiàn)為基巖風(fēng)化帶孔隙、裂隙水順山體坡向排泄泉水，其流量主要受大氣降水影響。

4 滑坡成因分析

該滑坡體原自然地形較陡，坡腳開挖后，邊坡未及時防護(hù)，導(dǎo)致坡面原應(yīng)力平衡遭破壞。邊坡開挖施工時為雨季，大量雨水滲入土體降低了邊坡土體的物理力學(xué)性質(zhì)，邊坡產(chǎn)生失穩(wěn)滑動。受前緣開挖邊坡失穩(wěn)滑動牽引，自然邊坡上形成多條拉張裂縫及錯臺。 從其引起滑動的力學(xué)性質(zhì)判斷為牽引式滑坡，邊坡開挖產(chǎn)生了牽引式滑坡，主要有以下幾方面原因。

4.1 地質(zhì)原因

坡體土層場地風(fēng)化巖層差異風(fēng)化顯著，均勻性差，巖土體結(jié)構(gòu)松散破碎， 凝灰熔巖巖土體結(jié)構(gòu)面發(fā)育且結(jié)構(gòu)面傾角對邊坡穩(wěn)定不利(321°∠73°，153°∠56°)(圖4～5)；結(jié)構(gòu)面受鐵錳質(zhì)浸染，膠結(jié)能力差；邊坡開挖后揭示的地層中結(jié)構(gòu)面多見夾泥、碎裂巖化等構(gòu)造跡象，下伏基巖面陡傾，且傾向邊坡坡面方向。

圖5 赤平投影分析

4.2 降雨影響

受臺風(fēng)帶來連續(xù)強(qiáng)降雨的影響， 地表水大量沿風(fēng)化裂隙面滲透，同時下伏基巖相對隔水，且傾向邊坡坡面方向，無法及時排出坡體地下水，造成坡體地下水位顯著升高，坡體自重增加，巖土體強(qiáng)度指標(biāo)下降，坡體沿順坡向不利節(jié)理面及土巖交界發(fā)生滑動，形成滑坡。

4.3 人類工程活動的影響

邊坡的開挖，使坡腳地帶形成了高陡的臨空面，破壞了邊坡巖土體的原有平衡狀態(tài)， 原設(shè)計邊坡未采取加固防護(hù)措施，其抗滑能力不足，同時，邊坡爆破開挖對巖體的擾動，在不利情況下，導(dǎo)致坡體開裂、下錯，邊坡失穩(wěn)。

5 滑坡穩(wěn)定性分析及治理設(shè)計

5.1 滑坡穩(wěn)定性分析

在了解滑坡的地質(zhì)背景、 形態(tài)特征和形成機(jī)制的基礎(chǔ)上對上述滑坡體進(jìn)行穩(wěn)定性分析及評價， 選取了滑坡體主滑方向的K39+765.1 斷面進(jìn)行穩(wěn)定計算。

根據(jù)邊坡工程地質(zhì)條件， 考慮邊坡在飽和工況下的穩(wěn)定狀況進(jìn)行穩(wěn)定分析。參數(shù)的選取根據(jù)土工試驗成果，工程類比和經(jīng)驗等方法獲取。 滑帶土抗剪強(qiáng)度取值采用GEO-SLOPE 巖土計算軟件反演滑動土層的力學(xué)參數(shù)，認(rèn)為滑坡正處于極限平衡狀態(tài)，采用Bishop 法反算滑帶土的抗剪強(qiáng)度參數(shù)(表1)。

根據(jù)現(xiàn)場變形情況，結(jié)合試驗指標(biāo)，反演滑動帶強(qiáng)度指標(biāo)(Fs=0.95～1.00，處于臨界穩(wěn)定狀態(tài))，計算結(jié)果為γ=21.0 kN/m3，C=20 kPa，φ=17.8°(圖6)。

圖6 反算滑動帶強(qiáng)度指標(biāo)

表1 各巖土層主要物理力學(xué)指標(biāo)表

5.2 綜合治理措施

5.2.1 防護(hù)加固設(shè)計

因邊坡失穩(wěn)后坡體松散，采用刷方卸載+預(yù)應(yīng)力錨索框架防護(hù)，如圖7，具體如下：

(1)從第2～6 階，按1∶1.25 的坡率刷坡卸載，兩側(cè)坡面逐漸平順過渡；

圖7 K39+765.100 斷面設(shè)計圖

(2) 第2 階坡面K39+715.380～+813.960 段采用系統(tǒng)錨桿+掛網(wǎng)噴射12 cm 厚C20 砼；

(3)第3～5 階坡面采用預(yù)應(yīng)力錨索框架，坡面液壓客土噴播植草灌進(jìn)行加固；

(4)第6 階坡面坡面液壓客土噴播植草灌。

5.2.2 排水系統(tǒng)設(shè)計

(1)坡頂截水溝：坡頂設(shè)置截水溝，尺寸為50 cm×50 cm，矩形截水溝采用C15 砼澆筑，截水溝與坡面設(shè)置的流水槽相接將坡頂攔截的匯水匯入坡腳排水溝；

(2)坡面排水：框架內(nèi)排水通過回填粘土設(shè)置導(dǎo)水坡，避免框架內(nèi)積水；

(3)平臺排水：第1、2 階平臺設(shè)置擋水埂，第3～5 階邊坡平臺設(shè)置M7.5 漿砌片石排水溝，尺寸25 cm×25 m，平臺采用M7.5 漿砌片石封閉；

(4)流水槽：坡面分別在K39+715、K39+750、K39+814位置設(shè)置流水槽，將邊坡各級平臺匯水匯入流水槽；

(5)坡腳排水溝：坡腳排水溝尺寸采用60 cm×60 cm，將邊坡地表水匯入坡腳排水溝內(nèi)。

5.2.3 穩(wěn)定性計算

結(jié)合上述適當(dāng)刷坡結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨索框架加固的治理措施， 計算得該滑坡錨索加固工程后的天然工況坡體穩(wěn)定系數(shù)為1.349，飽和工況(對滑帶土參數(shù)進(jìn)行折減)坡體穩(wěn)定系數(shù)為1.209 滿足(《公路路基設(shè)計規(guī)范》JTG D30-2015) 二級及二級以下公路1.15～1.25 的安全系數(shù)要求，其分析計算結(jié)果如圖8～9 所示。

圖8 加固后天然工況滑坡穩(wěn)定性計算圖

圖9 加固后飽和工況滑坡穩(wěn)定性計算圖

6 結(jié)論與建議

(1)二元結(jié)構(gòu)邊坡在自然坡率較陡的情況下，盲目開挖坡腳或未及時進(jìn)行防護(hù)，極易形成工程滑坡，由于基巖透水性差，而上覆土層結(jié)構(gòu)較松散，透水性強(qiáng)，地下水在土巖交界面富集，降低界面附近土體的強(qiáng)度，該界面最易形成滑動面。

(2)對滑坡坡面出現(xiàn)的裂縫特別是滑坡周界裂縫必須填粘土進(jìn)行夯實，避免地表水繼續(xù)滲入，造成新的破壞?；轮車淖匀贿吰缕旅鎽?yīng)整平夯實，減少坑洼及裂縫，防止積水下滲。

(3)該滑坡地質(zhì)條件復(fù)雜，結(jié)合現(xiàn)場實際開挖揭示地層信息、 錨索孔施工揭示地層結(jié)構(gòu)等信息進(jìn)行必要的調(diào)整與完善，即進(jìn)行動態(tài)設(shè)計和信息化施工，從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)合理和安全可靠的目的。

(4)施工過程中應(yīng)加強(qiáng)滑坡變形監(jiān)測，若變形較大，應(yīng)及時告知各參建方，采取必要的臨時措施，保持坡體穩(wěn)定。