閩北某高速公路滑坡穩(wěn)定分析及防治方案研究

林 海

(福州市勘測(cè)院，福建 福州 350000)

隨著我國(guó)綜合實(shí)力的增強(qiáng)，國(guó)民生活水平日新月異的變化，國(guó)家基礎(chǔ)交通建設(shè)飛速發(fā)展，修建高速公路時(shí)，多山區(qū)地帶的高速公路產(chǎn)生許多邊坡治理的問題，高速公路邊坡治理給工程建設(shè)增加了難度和費(fèi)用。邊坡一旦失穩(wěn)，將危及高速公路的正常使用，并對(duì)國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民的生命安全造成巨大的損失。因此，對(duì)高速公路邊坡穩(wěn)定性分析和防治方案研究顯得尤為重要，可為邊坡加固和滑坡治理提供實(shí)際工程案例分析，并為工程設(shè)計(jì)及施工提供科學(xué)的理論依據(jù)，對(duì)滑坡的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)也提供了重要的指導(dǎo)作用[1]。

通過大量工程實(shí)踐和理論分析表明，造成滑坡的原因有內(nèi)部因素和外部因素[2-4]。在內(nèi)部因素中，決定滑坡是否發(fā)生及滑坡類別的主要因素在于邊坡的巖土體性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造及邊坡的外形。而外部因素則是指人為因素、地震作用、降水作用等，都將誘導(dǎo)并加速產(chǎn)生滑坡?；碌鹊刭|(zhì)災(zāi)害是在各種因素綜合作用下產(chǎn)生的，形成條件和影響因素復(fù)雜。地質(zhì)條件因素是形成滑坡的基礎(chǔ)，外部因素是誘導(dǎo)或觸發(fā)條件，在進(jìn)行滑坡分析和加固治理方案研究時(shí)，應(yīng)先考慮占主導(dǎo)地位的地質(zhì)條件因素，再對(duì)引發(fā)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的外部因素進(jìn)行具體分析。

位于福建省北部某高速公路滑坡是較為典型的由于高強(qiáng)度降雨和不合理的人類活動(dòng)等影響因素下而形成的高速公路滑坡，滑坡平面示意圖如圖1所示。1996年工程建設(shè)區(qū)域坡體上的森林外包后，大量砍伐山中樹木，形成大面積山體裸露，給大量雨水下滲提供通道，同年在滑坡體下人工開挖灌溉水渠，1998年連續(xù)降雨，導(dǎo)致山體飽水，滑坡出現(xiàn)明顯的活動(dòng)跡象，整個(gè)山體出現(xiàn)開裂下沉，弧形裂隙段長(zhǎng)度累計(jì)達(dá)330 m，裂隙最寬處達(dá)0.45 m，可見最深處達(dá)1 m。高速公路滑坡一旦失穩(wěn)，將直接危及其毗鄰的高速公路和滑坡周圍的建筑及居民的安全，需立即對(duì)該區(qū)域滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析及防治加固。

1 滑坡概況

滑坡位于閩北某高速公路的K42+850～K42+970 段，為該高速公路2號(hào)橋橋臺(tái)區(qū)域。該區(qū)域?yàn)殡A梯狀斜坡地貌，原始地形為西高東低，上緩下陡，坡度約25°～35°，地貌形態(tài)受地質(zhì)構(gòu)造和巖性控制，屬剝蝕殘丘地貌。邊坡上部灌木植被生長(zhǎng)茂密，雜草叢生?；碌孛草^明顯，上部有圈椅狀滑坡壁，坡面呈臺(tái)階狀。滑坡區(qū)域上覆土層較厚，很少見到基巖出露，地震基本烈度為6度。

滑坡區(qū)分布的地層為：1)表層坡積粉質(zhì)黏土層(Qdl):褐紅色，可塑～硬塑狀，黏性稍好，局部含有少量碎石，厚度為1 m～3 m不等，位于滑坡的表層，暴雨后多呈飽水狀態(tài)。2)殘積砂質(zhì)黏性土層(Qel)：灰黃色，可塑～硬塑狀，黏性一般，厚度為2.5 m～5 m不等，位于滑坡的表層；暴雨后多呈飽水狀態(tài)。3)侏羅系上統(tǒng)南圓組(J3n)全、強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖地層，為滑坡區(qū)域內(nèi)的主要地層，分布于滑坡后緣陡壁以下、兩側(cè)路塹邊坡段。巖心呈灰黃雜黑褐色，濕，堅(jiān)硬狀，原巖結(jié)構(gòu)基本破壞，礦物顯著風(fēng)化變色，局部含有少量碎塊，手捏易散，下部裂隙發(fā)育，且裂隙內(nèi)填充有褐紅色黏性土，可塑狀，為主要滑動(dòng)地層。4)侏羅系上統(tǒng)南圓組(J3n)弱風(fēng)化凝灰熔巖，青灰色，巖芯極破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙面被鐵錳質(zhì)渲染，質(zhì)地較堅(jiān)硬，屬較堅(jiān)硬巖，TCR約80%，RQD約5%。

該滑坡地下水主要為基巖風(fēng)化層的孔隙水，水位埋藏普遍較深。接受大氣降水及地下水側(cè)向補(bǔ)給；東部坡角處有兩個(gè)間歇性泉水出露，流量均不大，其中南側(cè)的流量為0.1 L/s～0.3 L/s,在有地表徑流時(shí)才有出露；北側(cè)的流量為0.01 L/s～0.03 L/s，為連續(xù)降雨才有出露，兩個(gè)泉眼的水質(zhì)均很清澈，無夾雜有泥沙等現(xiàn)象。由此推測(cè)泉水的源頭為上部已廢棄的溝渠中積累的雨水，從滑坡體中滲出的可能性不大。場(chǎng)區(qū)地表水主要為坡腳處的一飲水池。根據(jù)水質(zhì)分析結(jié)果，場(chǎng)址區(qū)地下水對(duì)混凝土不具腐蝕性。

2 滑坡形態(tài)描述

該滑坡整體形態(tài)呈“簸箕”形(見圖1)，滑坡前緣高程為170 m～178 m，后緣高程為210 m～222 m，高差約50.0 m。橋樁位于滑坡腰部，邊坡坡度約為30°?；虑熬墝挾燃s120.0 m，滑坡體最大厚度約14.0 m，順主滑動(dòng)方向長(zhǎng)約145.0 m，體積約1.02×105m3，為一大型土質(zhì)滑坡。

1)后緣：普遍高差為0.2 m～1.5 m不等，其中西南側(cè)和西北側(cè)高差稍低，為0.2 m～0.6 m，中間高差較大，后緣總長(zhǎng)度為110 m。

2)側(cè)緣：南側(cè)的側(cè)緣現(xiàn)象不太明顯，據(jù)老鄉(xiāng)反映，滑坡初滑之后有裂紋發(fā)育，后經(jīng)雨沖刷之后裂隙消失，北側(cè)的側(cè)緣在頂部發(fā)育有階梯狀裂隙，下部由于緊貼沖溝，被雨水沖刷較嚴(yán)重，現(xiàn)象也不太明顯。

3)滑坡臺(tái)地和洼地：滑坡體中的臺(tái)地有兩級(jí)，級(jí)寬5 m～10 m不等，級(jí)高為0.8 m～1.2 m，走向?yàn)?40°～355°，長(zhǎng)度40 m～50 m，且每級(jí)臺(tái)地后壁發(fā)育有裂隙?；麦w中未見洼地。

4)裂隙：滑坡體中可見有3條長(zhǎng)裂隙，短裂隙(<2 m)2處～3處，3條裂隙呈近平行狀，走向340°～355°，寬度5 cm～20 cm，長(zhǎng)40 m～50 m，大部分被黏性土和腐殖質(zhì)填充，可見最深深度為1.2 m。其中南北向裂隙的裂隙面粗糙，張開較大，為張拉裂隙，西南和東南向裂隙的裂隙面較平直，張開稍小，為扭張性裂隙。

5)前緣：滑坡體前部坡度較陡，普遍坡度為20°～25°，局部人工開挖邊坡達(dá)30°～40°，據(jù)觀察和調(diào)查訪問，現(xiàn)狀下坡體前部基本穩(wěn)定，僅在已廢棄溝渠的局部有坡積土滑入其中。

6)滑動(dòng)帶特征：由野外地質(zhì)調(diào)繪和鉆孔FHP1～FHP5，F(xiàn)Q159～FQ162，F(xiàn)Q158A～FQ161A表明該滑坡的滑動(dòng)面未貫通，根據(jù)具有明顯滑動(dòng)帶特征的鉆孔FHP1和FQ159表明滑動(dòng)帶深度不一，為11.4 m～12.5 m，為褐紅～灰黃色，為黏性土夾雜砂土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖，另含少量1 cm～3 cm碎塊，巖芯中局部可見擦痕，與水平交角為30°(如圖2所示)。

3 滑坡形成機(jī)制

大量砍伐山中樹木和坡腳工程建設(shè)開挖等人類活動(dòng)是該公路滑坡形成的主要誘因。在降雨和地下水的作用下，滑坡巖土體逐漸形成軟弱結(jié)構(gòu)面(帶)，邊坡應(yīng)力失衡，最后沿著軟弱結(jié)構(gòu)面(帶)產(chǎn)生滑移破壞。該滑坡的形成機(jī)制如下：

1)內(nèi)因：上覆較厚坡積粉質(zhì)黏土、殘積砂質(zhì)黏性土，下覆厚層全～強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖是易滑坡地層，另外該邊坡天然坡度較陡，為25°～30°，接近自穩(wěn)極限狀態(tài)。

2)外因:1996年該滑坡體中的樹木進(jìn)行了大量砍伐，形成了大面積山體裸露，給大量雨水下滲提供通道，同時(shí)滑坡底部開挖水渠，導(dǎo)致底部的卸荷，進(jìn)一步加劇了滑坡的不穩(wěn)定性。

3)誘因：1998年連續(xù)暴雨是滑坡產(chǎn)生的直接誘因，使得土體飽水，有效應(yīng)力降低。

因此根據(jù)《公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范》，該滑坡可定性為：滑動(dòng)面未貫通、推移式、大型、黏性土質(zhì)滑坡。

4 滑坡穩(wěn)定性分析

4.1 計(jì)算工況

外荷載、地震作用、大氣降雨和地下水的水壓力為該滑坡的外荷載，滑坡穩(wěn)定分析按以下3種工況：

一般工況：滑坡體自重+外荷載，取土體天然重度、天然抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。

飽和工況：滑坡體自重+外荷載+暴雨，取土體飽和重度和飽和抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，由于該滑坡曾經(jīng)滑動(dòng)過，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)采用飽和抗剪強(qiáng)度殘余值。

抗震工況：滑坡體自重+外荷載+地震作用+暴雨，參數(shù)取值同飽和工況。

4.2 滑坡土體重度及抗剪強(qiáng)度指標(biāo)黏聚力c,內(nèi)摩擦角φ取值

滑坡土體重度及抗剪強(qiáng)度指標(biāo)黏聚力c,內(nèi)摩擦角φ取值主要依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)土工試驗(yàn)確定，土體重度如表1所示。

表1 土體重度取值 kN/m3

4.3 滑坡黏聚力c,內(nèi)摩擦角φ取值

據(jù)以上分析可知，該滑坡主要滑動(dòng)介質(zhì)為強(qiáng)風(fēng)化凝灰熔巖和其間的褐紅色黏性土夾層，坡、殘積黏性土為上部地層，僅僅在滑坡的后壁和周圈存在滑動(dòng)帶，其c,φ值對(duì)滑坡整體影響有限，下部為基巖地層，為滑坡的下邊界，其c,φ值對(duì)滑坡整體沒有影響，因此對(duì)于上部坡、殘積黏性土和基巖地層的c,φ值以試驗(yàn)值或者經(jīng)驗(yàn)值為主，為非反算參數(shù)，而對(duì)于全、強(qiáng)風(fēng)化地層，尤其是強(qiáng)風(fēng)化夾黏性土凝灰熔巖地層的c,φ值進(jìn)行反算，土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)取值如表2 所示。

表2 土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)取值

GEO-SLOPE是加拿大GEO-SLOPE公司研發(fā)的一款適用于邊坡穩(wěn)定性分析的軟件，對(duì)邊坡穩(wěn)定性可進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算及結(jié)果輸出，廣泛應(yīng)用于邊坡穩(wěn)定性分析。利用GEO-SLOPE軟件中的Bishop法計(jì)算滑坡穩(wěn)定性，并反求c,φ值，GEO-SLOPE軟件可將Ⅲ-Ⅲ′橫斷面的滑坡體細(xì)分40塊(見圖3)。

由于該滑坡天然狀態(tài)下處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定系數(shù)在1.00～1.05之間，根據(jù)相似工程經(jīng)驗(yàn)和多次試算結(jié)果，在一般工況下，給定滑動(dòng)面的抗剪強(qiáng)度黏聚力c值為11.3 kPa，反算滑動(dòng)面的內(nèi)摩擦角φ值。反算的滑坡穩(wěn)定系數(shù)為1.00～1.05，反算結(jié)果如表3所示。

表3 滑動(dòng)面參數(shù)反算結(jié)果表

根據(jù)反算結(jié)果以及相似工程經(jīng)驗(yàn)分析，天然狀況下滑動(dòng)面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)取值如下：c=11.3 kPa，φ=16.15°，此時(shí)天然狀況下的安全系數(shù)Fs=1.04，飽和工況下滑動(dòng)面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c=10.17 kPa，φ=14.54°，進(jìn)行飽和工況和抗震工況下穩(wěn)定性計(jì)算，得到飽水狀態(tài)下的安全系數(shù)Fs=0.946，地震狀態(tài)下的安全系數(shù)Fs=0.991，說明在連續(xù)降雨和地震的條件下，可能失穩(wěn)，滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 不同工況下滑坡安全系數(shù)

5 防治方案

該滑坡目前雖然穩(wěn)定，但在公路開挖和浸水情況下可能會(huì)重新開始滑動(dòng)，考慮到工程的適宜性、工期和經(jīng)濟(jì)性等因素，建議采用以下防治方案[5-6]：

1)減載和反壓措施。由于該滑坡為黏性土質(zhì)、推移式滑坡，滑動(dòng)面形態(tài)為上緩下陡，根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》宜采用滑坡后緣減重，前緣反壓措施，后緣減載時(shí)同時(shí)應(yīng)盡量確保滑坡后部和兩側(cè)山體的穩(wěn)定性，防止后緣產(chǎn)生新的滑坡。

2)支擋措施。該高速路段為擬建橋梁路段，為保護(hù)橋梁，建議采用抗滑樁支護(hù)，由于滑坡的前緣緊靠居民區(qū)，宜設(shè)置抗滑樁板墻，具體樁板墻的分布有待于進(jìn)一步計(jì)算。

3)截排水措施。降雨入滲是滑坡的誘發(fā)因素，應(yīng)布置合理的排水系統(tǒng)，如坡體設(shè)置排水溝，坡頂設(shè)置截水溝，排水溝和截水溝可根據(jù)場(chǎng)地地形地貌排入自然沖溝或者連接至公路排水系統(tǒng)，并在坡體設(shè)置軟式透水管，排出坡體裂隙水，避免坡體長(zhǎng)期處于飽和狀態(tài)。

4)裂縫封閉處理。對(duì)滑坡體及其后緣的拉裂縫采用黏土夯填密實(shí)，再采用混凝土封閉；對(duì)排水溝上的拉裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，在排水溝的下沉段設(shè)立排水口，防止排水溝因排水不暢積水或水進(jìn)入滑體。

6 結(jié)論

1)閩北某高速公路滑坡的形成和發(fā)展受人類活動(dòng)(砍伐植被和坡腳開挖)和降雨入滲影響，滑坡土體形成軟弱結(jié)構(gòu)面(帶)，邊坡應(yīng)力失衡，這是誘發(fā)滑坡的主要因素。另外未設(shè)置地表、地下排水系統(tǒng)，則是加劇滑坡的關(guān)鍵因素。

2)本文用Bishop條分法對(duì)該滑坡的主要滑動(dòng)層的c，φ值進(jìn)行了反算，同時(shí)對(duì)3種不同工況下的滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析計(jì)算，分析計(jì)算結(jié)果表明，該滑坡現(xiàn)階段處于暫時(shí)穩(wěn)定狀況，但如果在連續(xù)暴雨和地震條件下滑坡的安全系數(shù)將低于臨界值，滑坡將處于不穩(wěn)定狀況，因此必須對(duì)該滑坡進(jìn)行必要的工程治理措施。

3)綜合考慮工程的適宜性、工期和經(jīng)濟(jì)性等方面因素，本工程滑坡防治建議采用抗滑樁支護(hù)，由于滑坡的前緣緊靠居民區(qū)，宜設(shè)置抗滑樁板墻，并應(yīng)布置合理的排水系統(tǒng)，對(duì)滑坡體及其后緣的拉裂縫采用黏土夯填密實(shí)，再采用混凝土封閉，對(duì)滑坡進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)和信息化施工，并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，有利于順利完成滑坡治理工程。