襄陽(yáng)市三顧路路塹邊坡滑坡成因及防治措施分析

周艷松， 易春瑤， 莫春雷， 曾 洋

(1.湖北省地質(zhì)環(huán)境總站，湖北 武漢 430034; 2.資源與生態(tài)環(huán)境地質(zhì)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430034)

滑坡是一種常見的地質(zhì)災(zāi)害，尤其是路塹邊坡，其穩(wěn)定性與否直接關(guān)系著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，并影響邊坡周圍的生態(tài)環(huán)境[1-2]。因此正確認(rèn)識(shí)邊坡滑塌的成因及防治措施對(duì)公路工程建設(shè)至關(guān)重要。研究人員針對(duì)滑坡的成因與防治做了大量的有益探索[3-9]。劉鳳宣等[8]對(duì)某高速公路邊坡失穩(wěn)條件和原理進(jìn)行分析，提出了相應(yīng)的防治措施。喬翔[9]分析了高路塹邊坡失穩(wěn)原理及成因，提出了高路塹邊坡應(yīng)急處治措施。前人工作重點(diǎn)只在探討邊坡地質(zhì)災(zāi)害的成因及防治措施，少有考慮城市邊坡的景觀、綠化問(wèn)題。本文以襄陽(yáng)市三顧路路塹邊坡滑坡為研究對(duì)象，本著“預(yù)防為主、防治結(jié)合、因地制宜、綜合治理”的方針[10-11]，分析路塹邊坡滑坡成因并提出邊坡治理及綠化的綜合治理方案，為同類型城市邊坡變形綜合治理提供參考。

1 路塹邊坡特征

1.1 邊坡形態(tài)與分布特征

三顧路位于襄陽(yáng)市襄城區(qū)隆中景區(qū)，是5A國(guó)家級(jí)古隆中風(fēng)景區(qū)和湖北文理學(xué)院的專用公路。自建成通車以來(lái)，該路段每年汛期均會(huì)出現(xiàn)數(shù)個(gè)邊坡垮塌失穩(wěn)變形現(xiàn)象，多次發(fā)生山體滑坡，對(duì)道路通行安全構(gòu)成嚴(yán)重危害。根據(jù)三顧路兩側(cè)路塹邊坡的結(jié)構(gòu)、物質(zhì)組成和地貌形態(tài)的差異，自南向北將邊坡劃分為1-14號(hào)邊坡(圖1)。據(jù)調(diào)查，14段邊坡均沿三顧路兩側(cè)分布，均為土質(zhì)邊坡，在強(qiáng)降雨或連續(xù)降雨情況下，14段邊坡都具有不同程度的變形，其地質(zhì)災(zāi)害類型均為滑坡。其中1、2、14號(hào)邊坡變形最為強(qiáng)烈，故本文主要選取具有代表性的1、2、14號(hào)邊坡進(jìn)行分析。

圖1 路塹邊坡位置平面分布圖Fig.1 Plane distribution map of cutting slope position

1號(hào)邊坡位于三顧路南端，平面形態(tài)呈弧形，立面上中部地勢(shì)較高，兩端地勢(shì)漸低。邊坡臨空面坡向59°，坡度25°～49°，坡面形態(tài)呈二級(jí)臺(tái)階，邊坡坡頂海拔121.14 m，坡腳最低海拔98.4 m，相對(duì)高差22.74 m。邊坡上部寬約60 m，下部寬166 m，坡面面積約2 500 m2。

2號(hào)邊坡位于1號(hào)邊坡對(duì)側(cè)，平面形態(tài)呈“長(zhǎng)弓”形，立面上中部地勢(shì)較高，兩端地勢(shì)漸低。邊坡臨空面坡向239°，坡度40°～49°，坡面形態(tài)呈二級(jí)臺(tái)階，邊坡坡頂海拔113.94 m，坡腳最低海拔98.4 m，相對(duì)高差15.54 m。邊坡上部寬約68 m，下部寬135 m，坡面面積約1 500 m2。

14號(hào)邊坡位于三顧路東端起點(diǎn)處，平面形態(tài)呈弧形，立面上東部高，向西地勢(shì)漸低。 邊坡臨空面坡向4°～25°，坡度18°～35°，坡面形態(tài)呈二級(jí)臺(tái)階，邊坡坡頂海拔94.2 m，坡腳最低海拔74.4 m，相對(duì)高差19.8 m。邊坡上部寬約125 m,下部寬約232 m,坡面面積約5 740 m2。

1.2 邊坡物質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)特征

邊坡地表覆蓋層厚度均較厚，坡體物質(zhì)主要為第四系殘坡積黏土，少量為碎石(含量5%～20%)。黏土呈黃褐色、灰褐色，結(jié)構(gòu)較密實(shí)，遇水后強(qiáng)度易降低，具有一定膨脹性，呈硬塑—可塑狀。碎石主要成分為泥質(zhì)白云巖及硅質(zhì)白云巖，粒徑一般5～10 cm，最大約30 cm，小者僅1 cm，外表呈亞磨圓狀，雜亂分布。覆蓋層厚度變化較大，一般厚4～16 m。覆蓋層下伏震旦系上統(tǒng)燈影組硅質(zhì)白云巖，基巖未出露，巖層傾向35°，傾角40°。鉆探巖心上部較破碎，呈強(qiáng)風(fēng)化，厚1.2～7.4 m，下部相對(duì)較完整，呈中等風(fēng)化程度。

1.3 邊坡變形特征

據(jù)調(diào)查，1、2號(hào)邊坡坡腳及坡體后緣均修建有截排水溝，邊坡頂部為耕地、樹林及茶園，降雨時(shí)易于雨水匯集下滲。目前1號(hào)邊坡北段已發(fā)生滑移變形(圖2-a)，1、2號(hào)邊坡前后緣排水溝均被破壞，出現(xiàn)不同程度的開裂變形(圖2-b)。

a.邊坡滑移變形；b.排水溝開裂變形圖2 1號(hào)、2號(hào)邊坡變形特征Fig.2 Deformation characteristics of No.1 and No.2 slopes

14號(hào)邊坡目前已發(fā)生多處滑移變形，發(fā)育兩個(gè)連續(xù)但相互獨(dú)立的滑坡體。14-1段邊坡坡面為林地(種植果木)，前緣臨空，坡面較陡，坡度在35°左右，坡面形態(tài)利于雨水匯集下滲；坡腳修建有簡(jiǎn)易擋土墻及截排水溝，坡頂?shù)匦纹骄?。受降雨影響，邊坡坡體越過(guò)前緣擋墻發(fā)生滑移變形(圖3-a)，滑坡體裂隙發(fā)育，邊界特征明顯(圖3-b)，14-2段邊坡坡面為自然林地，前緣臨空，坡面較陡，坡度在35°左右，坡面形態(tài)利于雨水匯集下滲；前緣坡面及坡腳修建有格構(gòu)梁及截排水溝，邊坡坡頂?shù)匦纹骄?。受降雨影響，邊坡發(fā)生滑移變形，形成兩級(jí)臺(tái)階，后緣整體下跌(圖3-c)，呈寬緩的小平臺(tái)，平臺(tái)上裂隙發(fā)育(圖3-d)，變形特征明顯。目前滑坡變形已造成前緣防護(hù)工程及截排水溝完全破壞。

a.前緣滑移變形；b.裂縫跌坎；c.后緣變形陡坎；d.拉裂縫圖3 14號(hào)邊坡變形特征Fig.3 Deformation characteristics of No.14 slope

2 滑坡成因機(jī)理分析

2.1 滑坡影響因素

通過(guò)邊坡坡體現(xiàn)狀調(diào)查及變形特征綜合分析，認(rèn)為影響邊坡變形滑移穩(wěn)定性的因素主要為：

(1) 人類工程活動(dòng)。邊坡前緣因修路切坡造成臨空，坡頂因地形平緩多被用作耕地或林地，人類工程活動(dòng)造成邊坡擾動(dòng)。

(2) 地形地貌。受修路切坡影響，三顧路沿線兩側(cè)邊坡地形普遍較陡或地形較緩但前緣臨空，而后緣地勢(shì)普遍平緩，有利于降雨入滲。

(3) 地層巖性。邊坡主要由第四系殘坡積黏土及含碎石黏土組成，其巖土力學(xué)強(qiáng)度低，遇水易軟化，且具有中等膨脹性，有利于發(fā)生坡體變形。

(4) 降雨。長(zhǎng)時(shí)段或高強(qiáng)度降雨不僅對(duì)坡面產(chǎn)生強(qiáng)烈沖刷、侵蝕作用，同時(shí)降雨入滲后飽和、軟化巖土，降低巖土結(jié)構(gòu)內(nèi)力，增大土體自重，極易誘發(fā)坡體滑移變形[13]。

綜上所述，區(qū)內(nèi)人類工程活動(dòng)、地形地貌及地層巖性是滑坡變形的主要控制因素，降雨是滑坡變形的主要誘發(fā)因素。

2.2 滑坡形成機(jī)理

區(qū)內(nèi)部分邊坡高陡，現(xiàn)有防護(hù)工程一般較薄弱或無(wú)防護(hù)措施，導(dǎo)致邊坡穩(wěn)定性較差，坡體在降雨期間易發(fā)生小型滑塌及蠕變等變形。此外，研究區(qū)內(nèi)坡體物質(zhì)組成多為黏土，土體呈可塑—軟塑，且遇水后具有中等膨脹性。邊坡坡頂平緩，具有較好的匯水條件，前緣切坡臨空，在持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間降雨作用下，地表雨水入滲坡體，導(dǎo)致土體膨脹性增強(qiáng)，再加上雨水的沖刷，從而易形成滑坡，特別是緩坡地形的滑移變形破壞。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 計(jì)算方法的選取

三顧路沿線邊坡變形區(qū)巖性單一，均為黏性土，采用圓弧面搜索最危險(xiǎn)滑面。根據(jù)《滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》(DZ/T 0219—2006)[14]要求，采用瑞典條分法進(jìn)行穩(wěn)定性評(píng)價(jià)和推力計(jì)算。

3.2 計(jì)算剖面與模型

本次工程設(shè)計(jì)采用實(shí)測(cè)代表性地層剖面進(jìn)行單寬巖土體推力計(jì)算，根據(jù)邊坡形態(tài)、變形特征、巖土性質(zhì)等特征指定圓弧出入點(diǎn)搜索邊坡最危險(xiǎn)滑面，根據(jù)各邊坡典型剖面搜索最危險(xiǎn)滑面來(lái)計(jì)算邊坡穩(wěn)定性[13]，并以此條分建立計(jì)算模型，計(jì)算剩余推力，各計(jì)算模型見圖4、圖5。

圖4 邊坡1-1′、2-2′計(jì)算剖面示意圖Fig.4 Computational profile of slope 1-1′ and 2-2′

圖5 邊坡14-14′計(jì)算剖面示意圖Fig.5 Computational profile of slope 14-14′

3.3 計(jì)算工況

根據(jù)三顧路邊坡變形現(xiàn)狀，選擇兩種工況進(jìn)行計(jì)算：①天然工況(天然重度)；②暴雨飽和工況(飽和重度、飽和內(nèi)摩擦角和飽和黏聚力)。

3.4 計(jì)算參數(shù)

計(jì)算參數(shù)選取的合理與否，是評(píng)價(jià)滑坡穩(wěn)定性的關(guān)鍵，其中滑帶抗剪強(qiáng)度參數(shù)的選取尤為重要。區(qū)域內(nèi)各災(zāi)害點(diǎn)地質(zhì)環(huán)境條件基本類似，本次計(jì)算參數(shù)選取主要參考勘查試驗(yàn)數(shù)據(jù)成果，同時(shí)還借鑒了本地區(qū)經(jīng)驗(yàn)值，結(jié)合反演分析綜合確定。參數(shù)反演選用已變形滑移的2-2′剖面，恢復(fù)其滑移前原始地形進(jìn)行反演計(jì)算，具體計(jì)算參數(shù)詳見表1。

表1 穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)建議值Table 1 Recommended value of stability calculation parameter

3.5 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果及評(píng)價(jià)

根據(jù)計(jì)算剖面模型、參數(shù)，對(duì)1-1′、2-2′、14-14′剖面進(jìn)行不同狀態(tài)條件下的穩(wěn)定性計(jì)算，各剖面計(jì)算值為自然坡面穩(wěn)定系數(shù)值，其計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 不穩(wěn)定邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果Table 2 Stability calculation results of unstable slope

如表2所示，1號(hào)邊坡在天然和暴雨飽和工況下均不穩(wěn)定；2號(hào)邊坡在天然工況下欠穩(wěn)定，在暴雨飽和工況下不穩(wěn)定。1、2號(hào)邊坡坡面形態(tài)相似，且坡面均有防護(hù)措施，防護(hù)措施雖變形破壞嚴(yán)重，但其整體結(jié)構(gòu)仍然存在，對(duì)坡面仍能起到一定的支護(hù)作用。而14號(hào)邊坡在天然工況下穩(wěn)定，在暴雨飽和工況下欠穩(wěn)定,與宏觀結(jié)果基本一致。

4 防治措施

根據(jù)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果及邊坡變形跡象，在暴雨等因素影響下邊坡多處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，極易發(fā)生失穩(wěn)。為維護(hù)邊坡整體穩(wěn)定性，避免產(chǎn)生重大地質(zhì)災(zāi)害，在充分結(jié)合地方治理經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，需要采取多種形式的治理措施。同時(shí)考慮治理工程位于景區(qū)的特殊性，防治災(zāi)害時(shí)，盡量兼顧整體的美觀，使之與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào)。采取的防護(hù)措施主要有坡面整形工程(包含削坡及土方回填)、抗滑支擋工程、格構(gòu)錨固工程、地表排水工程、綠化工程、監(jiān)測(cè)工程等[14-15]。

(1) 1號(hào)邊坡。根據(jù)基本特征將其分為兩級(jí)，采取削坡、格構(gòu)錨固、擋土墻、植被景觀綠化及截排水溝工程進(jìn)行綜合治理。同時(shí)對(duì)格構(gòu)梁的形態(tài)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)置排水槽，使整個(gè)格構(gòu)梁成為坡面的一個(gè)導(dǎo)排水系統(tǒng)，既能有效排除匯入坡面的雨水，又可對(duì)格構(gòu)框格內(nèi)的植被進(jìn)行澆灌(照片1)。

照片1 施工中的1、2號(hào)邊坡全貌Photo 1 Full view of the section 1 and section 2 slope under construction

(2) 2號(hào)邊坡。根據(jù)其形態(tài)特征進(jìn)行削坡整形，采用格構(gòu)梁護(hù)坡綠化。

(3) 14號(hào)邊坡?；伦冃未螅谶吰轮胁吭O(shè)置抗滑樁，前緣修建抗滑擋土墻，擋土墻前緣設(shè)置排水溝，墻后設(shè)置厚0.5 m的碎石反濾層用以緩沖膨脹土的變形。擋土墻與抗滑樁間進(jìn)行坡面整形、植草綠化。

工程治理實(shí)施后，極大地改善了膨脹土區(qū)邊坡的變形趨勢(shì)，使三顧路沿線邊坡趨于穩(wěn)定；采用格構(gòu)梁護(hù)坡，極大地提高了坡體整體穩(wěn)定性，消除了對(duì)邊坡下方道路通行安全的威脅，達(dá)到了設(shè)計(jì)初衷。削坡過(guò)程中預(yù)留的多級(jí)馬道經(jīng)后期綠化形成花壇，同時(shí)在格構(gòu)梁框格內(nèi)種植花卉，對(duì)隆中景區(qū)三顧路沿線環(huán)境的恢復(fù)與美化有一定作用。坡面削坡后，道路兩側(cè)的視野更加開闊，與沿途的綠化工程形成一條新的風(fēng)景線(照片2)。

照片2 竣工后的2號(hào)邊坡全貌Photo 2 Full view of the section 2 slope after completion

工程竣工后，經(jīng)受了多次暴雨而未發(fā)生明顯的滑移變形，在汛期得到了安全檢驗(yàn)，有力地保障了道路行車環(huán)境。

5 結(jié)論和建議

(1) 三顧路沿線發(fā)育14段土質(zhì)邊坡,多個(gè)邊坡出現(xiàn)變形失穩(wěn)及滑坡現(xiàn)象。以1、2、14號(hào)邊坡為例，通過(guò)邊坡特征分析及穩(wěn)定性計(jì)算，認(rèn)為各邊坡在暴雨飽和工況下欠穩(wěn)定或不穩(wěn)定，需進(jìn)行綜合治理。

(2) 對(duì)三顧路路塹邊坡滑坡采取抗滑支擋、地表排水、生態(tài)綠化等綜合治理措施，將傳統(tǒng)地災(zāi)治理與生態(tài)景觀相結(jié)合，在消除地災(zāi)隱患的同時(shí)，美化生態(tài)環(huán)境，取得良好的經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境效益。該治理方案的成功實(shí)施，對(duì)同類型城市及旅游景區(qū)邊坡變形綜合治理有一定的參考價(jià)值。