山區(qū)高速公路邊坡滑坡治理技術(shù)分析

■沈向彬

（三明莆炎高速公路有限責(zé)任公司， 三明 365000）

福建三明地區(qū)山脈較多， 沿線多為粉砂巖、砂巖、泥巖、煤系地層等，地層巖性比較復(fù)雜，構(gòu)造較發(fā)育，此類巖體在開挖過程中碰到降雨，隨著雨水的浸泡和侵入，像粉砂巖、泥巖、煤系地層等巖體遇水易膨脹和軟化，巖體強(qiáng)度急劇降低，加上巖層是順層情況，巖體極易出現(xiàn)滑坡[1]。 三明多條高速公路在建設(shè)過程中，都出現(xiàn)過順層節(jié)理邊坡滑坡，此類滑坡在福建西北地區(qū)高速公路建設(shè)中經(jīng)常出現(xiàn)。 因此， 本文以三明莆炎高速公路順層滑坡治理為例，分析病害產(chǎn)生的原因和治理方案，以期為同類順層滑坡病害提供借鑒。

1 工程概況及地質(zhì)情況

1.1 工程概況

莆炎高速公路三明段K361+077～K361+306 段路基位于建寧縣內(nèi)，設(shè)計路基采用整體式，路基寬度26 m，雙向4 車道，為深挖路塹地段。原設(shè)計坡率為1∶0.75～1∶1.25，每級邊坡高8 m，平臺寬2 m，共七級邊坡，第一、二、三、五級坡采用錨索框架梁防護(hù)，其余采用拱形骨架植草防護(hù)。

1.2 工程地質(zhì)情況

該滑坡位于閩西北剝蝕丘陵區(qū)， 山體植被發(fā)育， 山坡開挖后形成的高邊坡， 上部為0.60～2.00 m 的可塑狀坡積粘性土及中密狀碎石土為主，中部為3～5 m 的全風(fēng)化巖和砂土狀強(qiáng)風(fēng)化巖，下部為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化巖和中風(fēng)化巖組成的Ⅳ級巖質(zhì)邊坡。 開挖后左側(cè)最高邊坡約49.46 m，層理產(chǎn)狀145°∠45°，山體自然坡度約25°～45°，未見斷裂構(gòu)造帶發(fā)育。

1.3 水文地質(zhì)情況

地下水主要為長石變粒巖、凝灰質(zhì)砂巖及輝綠巖風(fēng)化層中的孔隙裂隙水， 坡體滲水總流量約16 m3/d，自北向南排泄，主要受大氣降水的補(bǔ)給，水位季節(jié)性變化大。

1.4 臨時處置措施

邊坡自上而下開挖至第二級時，發(fā)現(xiàn)邊坡坡頂及邊坡坡面自上而下出現(xiàn)豎向裂縫。 發(fā)現(xiàn)裂縫后，現(xiàn)場立即停止開挖邊坡，并馬上撤離施工人員及所有施工的機(jī)械設(shè)備，設(shè)立警戒線，在坡體下部臨時堆土反壓，并設(shè)置沉降觀測點，及時觀測邊坡沉降及位移情況。 通過觀測得知，位于邊坡坡頂往山體方向9 m 位置的裂縫為初始裂縫， 自邊坡頂而下，形成貫穿裂縫， 裂縫寬0.2～1.2 m 不等， 總長度約80 m。裂縫所形成的滑坡體，高度40 m，沿線路方向長度100 m，體積約2.5 萬m3（圖1）。

圖1 K361+077～K361+066 段路塹邊坡裂縫平面圖

2 原因分析

2.1 內(nèi)因分析

（1）山體內(nèi)部多為碎塊狀和砂土狀強(qiáng)風(fēng)化巖以及全風(fēng)化巖， 且碎塊狀與砂土狀巖層分布不規(guī)則，沿山體橫向、豎向交錯分布，遇水軟化以及受擾動后穩(wěn)定性差，極易產(chǎn)生軟弱結(jié)構(gòu)層。 （2）巖層上土層均為高液限土，液限為51.8～62.4，上部土層結(jié)構(gòu)較松散，遇水極易軟化，導(dǎo)致強(qiáng)度降低。

2.2 外因分析

（1）邊坡開挖過程中，使山體形成臨空面，后緣地表水通過粉質(zhì)黏土層滲入，降低了土體的抗剪強(qiáng)度，增加土體的重度，誘發(fā)整個土體因受力不穩(wěn)定而向臨空面滑移。 （2）因坡頂初始裂縫距工作區(qū)較遠(yuǎn)且受植被遮擋，未能及時發(fā)現(xiàn)，加之連續(xù)雨天使得大量地表水灌入裂縫，通過破碎帶，滲入巖層，使巖層漸漸軟化的同時不斷受到?jīng)_刷并沿水流帶走大量砂性土，從而使得裂縫不斷延伸、擴(kuò)大，山體滑移速度加劇。 （3）該邊坡下部為石質(zhì)邊坡，需爆破作業(yè)，對邊坡擾動較大。

3 滑坡監(jiān)測

3.1 監(jiān)測方案

本次監(jiān)測只進(jìn)行變形監(jiān)測， 主要的監(jiān)測內(nèi)容是地表位移，使用大地測量儀器定期進(jìn)行監(jiān)測。 根據(jù)滑坡體形態(tài)以及地質(zhì)情況共設(shè)測設(shè)點4 個，即JC1、JC2、JC3、JC4（圖1），主要觀測的內(nèi)容包括水平位移量、位移方向和標(biāo)高差值，點位誤差要求不超過5.0 mm。

3.2 監(jiān)測結(jié)果分析

通過30 d 的時間對該滑坡體進(jìn)行位移監(jiān)測，整理數(shù)據(jù)， 繪制水平位移與時間關(guān)系的曲線如圖2所示。 并對觀測結(jié)果進(jìn)行分析， 總結(jié)出以下特征：（1）隨著時間推移，滑坡體位移量呈線性增大狀態(tài)。（2）遇暴雨天氣以及連續(xù)雨水天氣，滑坡體位移量呈急劇增大狀態(tài)。 （3）滑坡體上部即粉質(zhì)黏土和碎石土層位移速度較風(fēng)化巖層大。

圖2 各觀測點水平位移與時間關(guān)系曲線

4 滑坡變形計算及穩(wěn)定性評價

4.1 計算模型及計算方法

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查資料， 并結(jié)合地質(zhì)勘探資料，分析該邊坡存在附著較厚的坡積粘性土及碎石土，下部為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化巖層，推斷該滑坡體基本為巖質(zhì)切層滑坡，但是由于地層中存在豎向破碎帶，故根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，采用山體內(nèi)部圓弧形滑動法進(jìn)行穩(wěn)定性計算，計算公式如下：

計算方法如下：（1）基本荷載計算時，土體自重按天然重度以及相應(yīng)工況分別計取。 （2）計算工況選擇自重、暴雨、地震。 （3）計算參數(shù)的確定如下：坡頂粉質(zhì)黏土及碎石土c=0.06，φ=20°；山體Ⅳ級巖質(zhì)邊坡c=10，φ=42°；天然重度取22 kN/m3，抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)取1.15。

4.2 穩(wěn)定性評價

根據(jù)剖面的計算， 累計下滑力為4526.08 kN；累計抗滑力為4639.232 kN； 穩(wěn)定性系數(shù)為1.025，即1.0

5 滑坡治理方案選擇

本工程設(shè)計方共設(shè)計3 種滑坡治理方案：①抗滑樁+預(yù)應(yīng)力錨索框架+拱形骨架加固；②以卸載為主+放緩邊坡+預(yù)應(yīng)力錨索框架+拱形骨架支護(hù)；③重力式路塹半擋墻+預(yù)應(yīng)力錨索框架+拱形骨架+TBS 植草+客土噴播植草綜合防護(hù)。 根據(jù)滑坡體穩(wěn)定性分析可知，若直接采用方案①，邊坡雖穩(wěn)定性較好，但工程造價較高，施工工期較長，邊坡較長時間暴露易導(dǎo)致二次邊坡失穩(wěn)， 產(chǎn)生新的滑動面，且錨索抗拔力隨時間推移預(yù)應(yīng)力損失變大，故此方案存在明顯缺陷。 若采用方案②，削坡工程量過大，征地范圍增加，因后緣山體較高，邊坡級數(shù)增加，后方產(chǎn)生新的滑坡體臨空面，且上方坡體其表面存在破碎狀強(qiáng)風(fēng)化巖， 受地表水沖刷侵蝕易引發(fā)新的滑坡。 綜合安全性、工程造價、施工工期等因素，本方案最終采用以削坡減載為主，防護(hù)為輔的綜合治理措施，主要遵從“減載、固腳、強(qiáng)腰、排水”的原則理念進(jìn)行方案設(shè)計， 即第一級邊坡采用路塹半擋墻，第二級邊坡采用TBS 植草灌，第三級邊坡采用錨索框架，第四、六級邊坡采用拱形骨架植草，第五級邊坡根據(jù)地質(zhì)情況采用錨索框架+TBS 植草灌結(jié)合，第七級邊坡采用客土噴播植草灌。

6 滑坡治理設(shè)計

根據(jù)滑坡穩(wěn)定性計算分析結(jié)合地形、 地貌、巖性及滑坡體實際特征，為減少削坡量，以及滿足邊坡穩(wěn)定性，故將邊坡分7 級臺階進(jìn)行綜合治理。 （1）地表與坡體水處理。 造成滑坡的主要因素是水的作用，一方面，滑坡體浸水后，滑體的重量增加；另一方面，由于水的浸入，使滑體滑面潤滑，從而減小了滑體與滑床的摩阻力，軟化了滑帶土，增大了滑體推力。 處理方法如下：一是對邊坡外地表水進(jìn)行截流引排， 在滑體后緣以外設(shè)置一條200 m 的60 cm×60 cm 截水溝， 將滑體外匯水引向滑體以外的路基邊溝；二是對邊坡坡體水進(jìn)行引排，在第一級邊坡打一排平孔泄水孔 （間距5 m）， 采用外徑75 mm、管長15 m 塑料排水管，用來引排坡體水；三是對各級邊坡進(jìn)行綠化防護(hù)， 并及時進(jìn)行引排，在各級坡面采用TBS 植草、 拱形骨架植草防護(hù)等方式，將雨天坡面水引向各級平臺排水溝，邊坡平臺采用8 cm 厚C20 現(xiàn)澆砼硬化， 通過平臺排水溝將水引向檢修踏步兼急流槽或兩側(cè)截水溝，在碎落臺上設(shè)置流水槽消力池，將急流槽的水最終引向路塹邊溝。 （2）減載和降坡率：邊坡失穩(wěn)滑動的最直接原因是滑動力自重大于抗滑力，因此，對邊坡進(jìn)行減載處理是邊坡滑坡治理的有效措施之一，對邊坡既有塌方進(jìn)行清楚，設(shè)置寬平臺，并適當(dāng)降低邊坡坡率。 第五、六、七級坡面采用完全削坡方案，坡面高度均為8 m，其中第五級邊坡平臺寬度為4 m，其余平臺寬度2 m，邊坡平臺設(shè)置擋水梗以及排水溝，坡率分別為1∶1、1∶1、1∶1.25，坡面防護(hù)設(shè)計與原設(shè)計相同，分別為錨索框架梁植草防護(hù)、拱形骨架植草防護(hù)以及客土噴播植草防護(hù)。 （3）“強(qiáng)腰”加固：第二、三、四級坡面因其巖性較好，故采用削坡減載與坡面防護(hù)相結(jié)合的治理方案。坡面高度均為8 m，平臺寬度均為2 m，邊坡平臺設(shè)置擋水梗以及排水溝，坡率分別為1∶1、1∶1、1∶1， 坡面防護(hù)設(shè)計與原設(shè)計相同，第二、三級邊坡采用700 kN 錨索框架梁植草防護(hù)，第四級邊坡采用拱形骨架植草防護(hù)，預(yù)應(yīng)力錨索框架防護(hù)可有效加固順層滑坡[1]。 （4）“固腳”：第一級邊坡局部較破碎，節(jié)理較發(fā)育，部分巖層為順層節(jié)理，為提高邊坡穩(wěn)定性，在第一級邊坡采用重力式半擋墻防護(hù)（C20 片石砼擋墻、墻高4 m），上半坡面采用植草防護(hù)，坡率1∶0.75。

7 邊坡監(jiān)測

滑坡位移監(jiān)測通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析收集滑坡滑動面的具體位置和滑坡的動態(tài)變化趨勢，對滑坡潛在的穩(wěn)定性進(jìn)行評價，并對滑坡治理提供有力的依據(jù)[2]。 在K361+250 位置（路塹外側(cè)5～10 m 位置）設(shè)置30 m 深孔位移監(jiān)測，采用PVC 測斜管，并增加地表水平位移監(jiān)測，在第一、三、五級邊坡平臺上每級固定3 個點，利用全站儀對位移、高差相對變化量進(jìn)行監(jiān)測，每周觀測一次，檢測期限至工程竣工止。 目前，該段高速公路已通車，施工完成2 年多，根據(jù)現(xiàn)場布置的深孔位移監(jiān)測和地表位移監(jiān)測報告，該滑坡體已收斂并趨于穩(wěn)定，該滑坡治理取得一定成效[3]。

8 結(jié)語

該地段所處地區(qū)常年降水頻繁，水量大，在滑坡治理前需先做好防排水措施， 滑坡體卸載過程中不得一次性加載過多機(jī)械， 盡可能減小滑坡體的附加荷載。 邊坡防護(hù)施工需嚴(yán)格遵循施工規(guī)范， 開挖一級，防護(hù)一級，特別是山區(qū)巖層產(chǎn)狀或節(jié)理面為順坡向的邊坡，要實行高邊坡動態(tài)設(shè)計，每開挖一級邊坡應(yīng)及時通知設(shè)計、業(yè)主、監(jiān)理、施工四方到現(xiàn)場進(jìn)行動態(tài)設(shè)計。治理過程中需嚴(yán)格進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性監(jiān)測，監(jiān)測點位應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大范圍，同時，對于其他高邊坡施工，應(yīng)做到密切關(guān)注，勤監(jiān)測、早防護(hù)，防患于未然。