高速公路路塹邊坡滑坡成因分析和處治措施

石磊，陳偉祥

（甘肅長達(dá)路業(yè)有限責(zé)任公司，蘭州730030）

1 引言

蘭州至?？趪腋咚俟罚℅75）渭源至武都標(biāo)段（下文簡稱為“渭武高速”）北接臨洮至渭源高速公路、蘭州至臨洮高速公路，位于渭源縣路園鎮(zhèn)，南接武都至罐子溝（甘川界段）高速公路，主線路線全長243.504 km，總體走向由東北向西南。路線經(jīng)過隴西黃土區(qū)、高山峽谷區(qū)、高海拔積雪區(qū)和高烈度地震區(qū)，水文地質(zhì)條件極為復(fù)雜多變，是滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害的頻發(fā)區(qū)，地質(zhì)災(zāi)害治理及處治技術(shù)措施難度大。

2 工程概況

K171+140～K171+440段路基設(shè)計(jì)為挖方路基，邊坡防護(hù)形式為錨桿框格梁+拱形骨架，屬于構(gòu)造侵蝕中低山地貌，地形起伏較大，地層巖性自上而下為第四系更新統(tǒng)坡殘積的粉質(zhì)黏土，土黃色，可塑，稍濕，穩(wěn)定性差；第四系更新統(tǒng)坡積碎石，中密，黏性土充填，無膠結(jié)，穩(wěn)定性較差；下覆基巖為全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，多呈土狀，地層產(chǎn)狀水平，節(jié)理裂隙一般發(fā)育，遇水崩解，失水干裂，穩(wěn)定性一般。

3 滑坡發(fā)展過程

K171+140～K171+356段共發(fā)生3次邊坡滑塌、溜塌現(xiàn)象（見圖1）。具體情況如下：

2017年8月17日，K171+165～K171+212段第二級(jí)邊坡受發(fā)生溜塌，邊坡頂部出現(xiàn)裂縫，并采取削坡卸載，調(diào)整邊坡高度、平臺(tái)寬度及坡率，增加拱形骨架防護(hù)等處治措施。

2018年3月15日，K171+140～K171+300段邊坡發(fā)生滑塌，滑坡總體向路塹開挖臨空方向滑動(dòng)，主滑動(dòng)方向?yàn)?9°，橫寬約110～145 m，縱長約63 m，從滑坡后緣至剪出口垂直高度約22 m，滑坡體平均厚度約8 m，主要為上覆蓋層粉質(zhì)黏土和坡積碎石土，滑坡方量約4.5×104m3，采取了樁板墻+抗滑擋墻等處治措施。

2018年7月10日，因連續(xù)暴雨天氣影響，滑坡再次向已實(shí)施段落方向順延發(fā)展，K171+300～K171+356段邊坡發(fā)生滑塌，橫寬約125 m，縱長約55 m，滑體平均厚度約5 m，邊坡坡面已實(shí)施防護(hù)措施損壞，采取了削坡卸載，調(diào)整邊坡高度、平臺(tái)寬度及坡率，樁板墻+抗滑擋墻等處治措施。

圖1 滑坡后全貌

4 滑坡形態(tài)及原因分析

為科學(xué)合理地開展滑坡治理工程設(shè)計(jì)，保障路線通車運(yùn)營安全，對(duì)K171+140～K171+440段右側(cè)挖方邊坡地質(zhì)情況進(jìn)行了補(bǔ)充勘察。如圖2所示，該段地勘補(bǔ)充報(bào)告顯示路塹地層巖性自上而下為第四系坡殘積粉質(zhì)黏土：土黃色，土體干燥，粉粒含量高，易碎，頂部含植物根須；古近系沉積砂質(zhì)泥巖：紅褐色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，膠結(jié)差，半成巖狀，巖質(zhì)極軟，巖層產(chǎn)狀為155°∠6°，局部含礫石；頁巖：青灰色、磚灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄頁狀構(gòu)造，層厚約30～50 cm，巖質(zhì)極軟，遇水易軟化；泥質(zhì)砂巖：磚紅色、灰綠色、灰白色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié)，強(qiáng)度低，抗風(fēng)化能力弱，邊坡開挖后坡面暴露巖體已風(fēng)化呈砂土狀。

滑坡主要原因?yàn)樯喜科職埛e覆蓋層、砂質(zhì)泥巖層屬于強(qiáng)透水層，下部頁巖為相對(duì)隔水層，地下水下滲在頁巖層頂面富集，受地下水浸泡，頁巖飽水軟化，強(qiáng)度降低，成為潛在軟弱滑動(dòng)面。路塹邊坡開挖后形成外傾臨空面，路塹邊坡上部巖土體沿頁巖層潛在滑動(dòng)面剪出，形成淺層牽引式類土質(zhì)滑坡。同時(shí)，滑坡將路塹邊坡后緣截水溝破壞，在連續(xù)強(qiáng)降雨氣候條件下，后緣坡面匯水在截水溝斷頭處滲入一級(jí)邊坡，邊坡坡腳出現(xiàn)地下水滲出現(xiàn)象，坡腳泥質(zhì)砂巖軟化強(qiáng)度降低，在側(cè)向土壓力和上覆巖土體自重作用下，巖土體向外傾臨空面方向變形，由起始蠕變到失穩(wěn)滑動(dòng)，屬半成巖地層順層平面型滑坡[1]。

另滑坡后緣原地貌為中山剝蝕侵蝕地貌，自然邊坡平緩，地表為種植田地，降雨后，坡面匯水在該范圍坡面易富水，加大了地表水入滲量，使邊坡巖土體含水量增大，巖體自重加大，強(qiáng)度降低，也是引起邊坡失穩(wěn)的原因。

綜上所述，地形地貌和地質(zhì)條件是物質(zhì)基礎(chǔ)，路塹邊坡開挖后導(dǎo)致地應(yīng)力重新分布以及冬凍春融、連續(xù)降雨均是誘發(fā)邊坡滑塌的主要因素。

圖2 滑坡典型橫斷面圖

5 邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

5.1 定性評(píng)價(jià)

K171+140～K171+361段路塹邊坡開挖后，坡面巖土體向臨空面變形，在二級(jí)邊坡坡面形成淺層滑坡，滑坡體自邊坡二級(jí)坡中部砂巖與上部強(qiáng)風(fēng)化頁巖、泥巖接觸帶剪出，向南K171+300附近延伸至一級(jí)邊坡中部，剪出口基本與下部頁巖與砂巖接觸面一致?；瑒?dòng)造成路塹開挖坡面剪切前緣坡面臌脹開裂，二級(jí)坡后緣形成弧形拉裂縫，且后緣不斷拉裂垮塌，最高處形成約4.5 m高吊坎，形成4道張拉裂縫，裂縫寬度50～80 cm，通過地表調(diào)查，滑坡后緣不斷拉裂垮塌，滑坡范圍有擴(kuò)大趨勢，路塹邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)[2]。

5.2 定量分析

參考已有勘察資料中相關(guān)室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、《巖土工程手冊(cè)》、反算指標(biāo)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)值等綜合考慮，采用多種方法進(jìn)行對(duì)比，得出了滑坡體、滑動(dòng)帶及后緣穩(wěn)定巖土層物理力學(xué)參數(shù)[3]。場址區(qū)各巖土層的主要物理力學(xué)參數(shù)建議值如表1所示。

依據(jù)勘察報(bào)告，K171+205、K171+230、K171+255斷面為順層滑動(dòng)邊坡，滑動(dòng)面黏聚力c取2～3 kPa，內(nèi)摩擦角φ取12°～12.5°，K171+280、K171+325為垮塌邊坡，滑體黏聚力c取8 kPa，內(nèi)摩擦角φ取18°。

根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)推薦值及潛在邊坡的破壞邊界條件和可能失穩(wěn)方式，邊坡沿最危險(xiǎn)滑動(dòng)面滑動(dòng)，按此破壞模式，根據(jù)JTG D30—2015《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]中不平衡推力傳遞系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表1 巖土工程設(shè)計(jì)參數(shù)推薦值

表2 K171+140～K171+361段邊坡穩(wěn)定性計(jì)算成果表

由計(jì)算結(jié)果可知，邊坡正常工況下穩(wěn)定性系數(shù)在0.86～1.28，非正常工況下穩(wěn)定性系數(shù)在0.78～1.11，均小于JTG D30—2015《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》高速公路正常工況穩(wěn)定安全系數(shù)1.20～1.30，非正常工況1.10～1.20要求，在連續(xù)降雨、地震作用以及邊坡開挖等因素的擾動(dòng)下將進(jìn)一步下滑，擴(kuò)大邊坡垮塌范圍。

6 處治方案

為保證滑坡處治效果，根據(jù)滑坡不同類型、結(jié)合滑動(dòng)面形狀、現(xiàn)場實(shí)際及埋深，采取了以下處理方案：

1）對(duì)滑坡土體按照開挖一級(jí)防護(hù)一級(jí)原則進(jìn)行清理，對(duì)坡面坡率由1∶1調(diào)整為1∶0.75，坡面頂部采用厚50 cm石灰土封水層封閉；

2）一級(jí)、二級(jí)挖方邊坡采用孔徑2.2 m樁板墻防護(hù)，擋土板采用C30預(yù)制混凝土，板后回填50 cm天然砂礫作為排水層，并設(shè)置仰斜式排水管排水；

3）為保證地下水下滲至路基范圍內(nèi)，路基邊溝增設(shè)縱向管式盲溝，盲溝中設(shè)置直徑20 cm排水管，填筑潔凈碎石，排出地表以下層間滲水[5]。

7 滑坡監(jiān)測

為了確保公路邊坡的穩(wěn)定性，及時(shí)預(yù)報(bào)險(xiǎn)情，考慮到本邊坡施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)偏高，傳統(tǒng)監(jiān)測方法難以保證施工安全，特別是遭遇極端惡劣氣候條件下，常規(guī)監(jiān)測手段無法獲取邊坡變形信息，為保證邊坡施工安全，對(duì)該邊坡采用北斗+安全在線監(jiān)測技術(shù)對(duì)其變形進(jìn)行7 d×24 h不間斷監(jiān)測，邊坡監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)如圖3所示，為邊坡施工、運(yùn)營、維護(hù)、管理提供決策依據(jù)[6]，使既有邊坡支護(hù)工程的技術(shù)改造決策更加科學(xué)、改造技術(shù)方案設(shè)計(jì)更加合理、經(jīng)濟(jì)。

圖3 邊坡GNSS監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)示意圖