中等傾角巖質(zhì)邊坡順層滑動(dòng)治理措施研究

段全江

（中交遠(yuǎn)洲交通科技集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050050）

0 引言

在地質(zhì)條件復(fù)雜的山區(qū)修建高速公路，由于線型的限制，必然存在大量的邊坡工程。其中巖質(zhì)順層邊坡在工程斜坡中穩(wěn)定性較差，且容易發(fā)生變形破壞，常因開挖不當(dāng)、處治不及時(shí)等發(fā)生順層滑動(dòng)，勢(shì)必對(duì)工程安全和施工成本造成嚴(yán)重影響。

1 工程概況

某高速K13+900—K14+068段左側(cè)在開挖約5m時(shí)，引起開口線外約30m處的高壓線塔的變形。本文對(duì)該滑坡區(qū)的地質(zhì)條件、變形特征等進(jìn)行分析，提出相關(guān)處治方案，為后續(xù)該類型邊坡的設(shè)計(jì)及施工提供參考。

2 地質(zhì)環(huán)境

2.1 地形地貌

場(chǎng)地屬構(gòu)造剝蝕丘陵地貌區(qū)，地處山間溝谷斜坡，海拔314～450m，向西側(cè)偏南傾斜，原地面坡度25～30°，植被較為發(fā)育，覆蓋率較好?；挛挥谛逼轮猩喜?，高程在385～420m。斜坡下部為在建高速開挖堆填區(qū)，局部坡度約40°，整體地形在剖面上呈階梯狀，施工區(qū)位于斜坡中下部。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造及地層巖性

場(chǎng)區(qū)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)烈，位于騰龍背斜的南東翼，該向斜核部為三疊系下統(tǒng)銅街子組（T1t）地層，為北西翼陡、南東翼緩的不對(duì)稱向斜。根據(jù)《中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015）[3]，工作區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，地震反應(yīng)譜特征周期定為0.45s，地震基本烈度為Ⅵ度。

受褶皺構(gòu)造影響，場(chǎng)區(qū)附近次級(jí)褶曲較發(fā)育，路基區(qū)巖層產(chǎn)狀為：290～295°∠22～36°，隨著路線走向傾角逐漸變緩，貫通裂隙較發(fā)育，巖體較破碎。巖體發(fā)育有兩組近正交節(jié)理，L1：150～160°∠70～73°，延伸長(zhǎng)度大于4.0m，最大可達(dá)8m 左右，間距0.8～1.3m；L2：233～237°∠70～75°，延伸長(zhǎng)度大于3.0～6.0m，間距0.6～1.5m。裂隙面較為平直，微張-張開狀，泥質(zhì)充填。

根據(jù)相關(guān)勘察設(shè)計(jì)資料，該段路基分布地層主要為第四系全系統(tǒng)填土（Q4me）、殘坡積碎石土（Q4el+dl）及三疊系下統(tǒng)銅街子組（T1t）。（1）填土：褐黃色、紫紅色，以粉質(zhì)黏土夾碎塊石為主，厚度約1～3m，結(jié)構(gòu)較松散，稍濕，碎塊石分選性較差，碎塊石成分主要為砂巖、泥灰?guī)r，粒徑最大可達(dá)1m，多呈次棱狀，塊石含量約占總量的30%～50%，主要分布于斜坡下方在建高速公路施工場(chǎng)地內(nèi)；（2）碎石土：褐黃色，松散，稍濕，母巖成分主要由強(qiáng)～中風(fēng)化砂巖、泥灰?guī)r組成，充填粉質(zhì)黏土；（3）泥灰?guī)r：褐灰色為主，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層及中厚層構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙面間有泥質(zhì)充填，該巖體具有飽水暴曬開裂的特征；（4）砂巖：暗紫色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，夾薄層泥灰?guī)r，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈短柱狀和餅狀。巖體的節(jié)理裂隙及層面多由泥質(zhì)充填。

2.3 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)區(qū)屬中亞熱帶高原濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫18.1℃，平均蒸發(fā)量1 147.2mm，多年年均降水量1 038mm。斜坡坡面無(wú)穩(wěn)定水系發(fā)育，整體坡度較陡，利于排水；在斜坡下部西側(cè)發(fā)育一季節(jié)性沖溝，沖溝溪流內(nèi)未見常年流水，僅在雨季天降暴雨時(shí)有暫時(shí)性流水，且相對(duì)高差約50m，對(duì)滑坡穩(wěn)定性影響較小。

工程區(qū)場(chǎng)地地下水主要有第四系松散層孔隙水、基巖裂隙水兩種類型。松散堆積層孔隙潛水主要賦存于第四系松散堆積層中，以潛水為主，主要接受大氣降水補(bǔ)給，滑坡區(qū)未見地下泉水出露?；鶐r裂隙水主要賦存于基巖裂隙中，以大氣降水補(bǔ)給為主，由于基巖裂隙分布不均勻，無(wú)統(tǒng)一水力聯(lián)系，在接受大氣降水和地表水補(bǔ)給后，表現(xiàn)出滲流各向異性的特點(diǎn)，運(yùn)移帶有局限性?；鶐r裂隙水的存在可降低巖體的抗剪強(qiáng)度，加快巖石風(fēng)化，降低巖體的穩(wěn)定性。

根據(jù)相關(guān)資料，區(qū)內(nèi)水化學(xué)類型為HCO3--SO42--Ca2+型水，pH=7.95，屬弱堿性水，水對(duì)混凝土及鋼結(jié)構(gòu)腐蝕性等級(jí)為微腐蝕性。

2 滑坡變形破壞特征及形成機(jī)制分析

2.1 原設(shè)計(jì)及施工情況

K13+900—K14+068 段路基左側(cè)，該段路基邊坡最大高度約33.3m（對(duì)應(yīng)樁號(hào)K14+020），共四級(jí)邊坡，每10m 高設(shè)置一處2m 寬的邊坡平臺(tái)（平臺(tái)處設(shè)置平臺(tái)截水溝），坡率均為1∶1，防護(hù)形式：K13+920—K14+000 左側(cè)，一級(jí)邊坡框架錨桿，第二級(jí)邊坡掛鐵絲網(wǎng)噴播植草，第三級(jí)邊坡噴播植草。K14+000—K14+060 左側(cè)，一、二級(jí)邊坡框架錨桿，第三級(jí)邊坡掛鐵絲網(wǎng)噴播植草，第四級(jí)邊坡噴播植草。

2020 年 4 月 1 日 開 挖 ，5 日 在 開 挖 至 約 5m 時(shí) ， 6日18：00 許邊坡出現(xiàn)裂縫，19：30 左右裂縫進(jìn)一步發(fā)展，天色已晚且光線極差，第一次現(xiàn)場(chǎng)勘察未能登上山頂；23：00左右登上山頂后發(fā)現(xiàn)，鐵塔因基礎(chǔ)沉降已出現(xiàn)變形（220KV國(guó)網(wǎng)69號(hào)鐵塔正對(duì)路線樁號(hào)是K14+020）。塔基距坡頂截水溝的水平距離約為20m，路基邊坡開挖高度約3～5m，順層滑動(dòng)導(dǎo)致塔基失穩(wěn)?；w后緣裂縫高約1.2～1.5m，寬度0.8～1.2m，滑體長(zhǎng)度約25～35m。施工隨即停止，若該電力鐵塔一旦垮塌，極有可能影響縣城區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)正常運(yùn)行，出現(xiàn)大面積停電，造成惡劣的社會(huì)影響。

2.2 滑面特征

滑動(dòng)面為軟弱夾層及其與節(jié)理面組成貫通而形成。在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，滑動(dòng)面厚度約為0.5～1.1cm 泥質(zhì)夾層，充填于裂隙及層面間。該層含水量較高，透水性低，在前緣開挖后失去支撐，從而發(fā)生順層滑動(dòng)。

2.3 滑坡規(guī)模及潛在危害

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，坡體上裂隙密布，已經(jīng)基本解體，在平面上呈近似三角形狀，后緣為裂隙面L1 與巖層面的交匯地帶。滑坡軸長(zhǎng)約45m，前緣最寬處約35m，平均寬度約24m，滑體厚度約2m，主滑方向?yàn)?90°，滑坡方量約0.22×104m3，為小型牽引式順層巖質(zhì)滑坡。

場(chǎng)區(qū)所在斜坡區(qū)域?yàn)閹r質(zhì)順向斜坡，在建高速公路仍需下挖約26m，施工過程中的震動(dòng)或雨季的連續(xù)降雨會(huì)使得坡體進(jìn)一步發(fā)生滑移；同時(shí)電力公司由于應(yīng)急需要，將臨時(shí)鐵塔仍放置在此坡體上方。若不及時(shí)對(duì)此順層斜坡進(jìn)行處置，必然會(huì)再次影響鐵塔運(yùn)行及公路施工工期。

2.4 形成機(jī)理分析

該邊坡在未開挖之前，塔基已運(yùn)營(yíng)多年，未發(fā)生變形。開挖約5m 左右，加之場(chǎng)區(qū)的雨水侵蝕，變形隨之產(chǎn)生。其破壞機(jī)理表現(xiàn)為：（1）初步階段：在重力及邊坡開挖作用下，由層面及節(jié)理密集區(qū)組合形式的碎裂層狀結(jié)構(gòu)巖體，在坡體內(nèi)部發(fā)生位置變化，側(cè)向巖體約束力逐漸降低，加之雨水入滲軟化泥化夾層，巖體發(fā)生順層蠕滑；（2）滑移加速階段：軟弱結(jié)構(gòu)面與節(jié)理面密集帶貫通形成滑動(dòng)面，產(chǎn)生大量裂縫，發(fā)生滑移直至破壞。

據(jù)此，邊坡破壞模式為滑移-拉裂漸進(jìn)破壞，其主要控制因素為巖體結(jié)構(gòu)及層間軟弱面。同時(shí)開挖形成臨空面，為滑動(dòng)提供了空間；陡傾結(jié)構(gòu)面與層面組合下將巖體切割成塊狀，降雨軟化泥化夾層，后緣裂隙中的水壓力作用下導(dǎo)致抗滑力不足，從而發(fā)生滑動(dòng)。

3 滑坡穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)

3.1 計(jì)算工況的選取

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015）[4]及《公路滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T 3334—2018）[5]中相關(guān)規(guī)定，該區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度，故不需要考慮非正常工況Ⅱ（即地震工況），僅需要考慮正常工況及非正常工況Ⅰ。工況一：正常工況，自重+地表荷載+天然狀態(tài)；工況二：非正常工況Ⅰ，自重+地表荷載+連續(xù)降雨或暴雨。

3.2 計(jì)算剖面相關(guān)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果

選擇對(duì)應(yīng)滑坡主滑方向的K14+020 工程地質(zhì)剖面進(jìn)行計(jì)算。通常情況下，滑帶的抗剪強(qiáng)度是根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)、室內(nèi)試驗(yàn)和反算結(jié)果綜合確定，但滑帶土一般很難取得原狀樣進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，尤其是巖體的軟化夾層。本文根據(jù)相關(guān)手冊(cè)[6]和規(guī)范規(guī)程[4]及反算結(jié)果來確定滑帶土的參數(shù)。采用《工程地質(zhì)手冊(cè)》[6]中給出的方法進(jìn)行平面滑動(dòng)的計(jì)算。

將地形恢復(fù)至開挖5m 后即將發(fā)生滑動(dòng)的情形進(jìn)行反算，其處于整體滑動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)《公路滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T 3334—2108）[5]的相關(guān)要求，此時(shí)反算穩(wěn)定系數(shù)處于0.95～1.00，本次反算穩(wěn)定性系數(shù)取F=0.99。邊坡未滑動(dòng)時(shí)，潛在滑面應(yīng)考慮水壓力及滑面的揚(yáng)壓力。據(jù)勘察成果、滑坡穩(wěn)定性反演，并結(jié)合當(dāng)?shù)亟?jīng)驗(yàn)，基巖容重取23.2kN/m3，軟弱結(jié)構(gòu)面參數(shù)見表1。

表1 軟弱結(jié)構(gòu)面參數(shù)建議值

根據(jù)現(xiàn)行《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2105）[4]及《公路滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T 3334—2108）[5]，開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，平面滑動(dòng)面采用傳遞系數(shù)法計(jì)算下滑推力。正常工況下的邊坡設(shè)計(jì)安全系數(shù)Fs 取1.25，剩余下滑推力為1 150.9kN/m；非正常工況下Fs取1.10，剩余下滑推力為959.2kN/m。

4 處置方案

滑坡發(fā)生后，針對(duì)開挖揭露巖層及補(bǔ)勘成果，選取了3個(gè)比選方案：

方案一：順層清方。若采用該方案將減少運(yùn)營(yíng)期間的維護(hù)工作，但電力部門由于應(yīng)急保通的需要，將臨時(shí)塔基仍設(shè)置在該斜坡上，位于清方區(qū)域；同時(shí)該方案需一清到頂，需要設(shè)置約80萬(wàn)方的棄土場(chǎng)，同時(shí)需要改遷110kV 的鐵塔，且對(duì)環(huán)境影響較大。該方案占地多，且需要與相關(guān)管理部門協(xié)調(diào)，難度極大，故無(wú)法采用該方案。

方案二：錨索+格構(gòu)梁方案。該方案仍需要先對(duì)邊坡進(jìn)行開挖，由于坡體為碎裂層狀結(jié)構(gòu)，層面間多由泥質(zhì)充填，即使分段分級(jí)開挖，也無(wú)法保證施工開挖期間的穩(wěn)定性，可能對(duì)臨時(shí)鐵塔基礎(chǔ)再次造成危害。故不采用此方案。

方案三：抗滑樁+錨索+格構(gòu)梁方案。采用預(yù)加固的思路，先行設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)，再開挖。共設(shè)抗滑樁20根，抗滑樁為矩形截面，樁徑為2.0m×2.5m，樁長(zhǎng)為24m，樁間距為6.0m，抗滑樁布置在左側(cè)邊溝外1.8m，樁長(zhǎng)24m?？够瑯渡喜贾脙膳佩^索，第一排錨索布置于樁頂以下1m，錨索長(zhǎng)23～28m，第二排錨索布置于第一排錨索下2.5m，錨索長(zhǎng)21～25m?？够瑯吨g設(shè)置擋土板?？够瑯稑俄斊脚_(tái)4.0m（含抗滑樁寬度2.5m），樁頂平臺(tái)（已開挖部分）以上邊坡坡率為1∶2，采用框架錨桿防護(hù)，錨桿長(zhǎng)9m。本方案不增加占地，坡口線距離臨時(shí)鐵塔37.4m。

排水措施：在坡頂線以外設(shè)置截水溝，將坡體外部的水引入自然溝渠排走。施工中必須先把截水溝修筑完畢后，再開挖邊坡。邊坡平臺(tái)設(shè)置平臺(tái)截水溝，坡面設(shè)置平臺(tái)截水溝急流槽，將坡面水體引入路基邊溝排出路基范圍。同時(shí)在抗滑樁中部設(shè)置一排長(zhǎng)度25m 傾角10°的仰斜式排水孔，以疏干潛在滑面的基巖裂隙水。

該處路基已于2021 年9 月施工完成，施工期間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)，特別是新建的臨時(shí)鐵塔位置處的地基變形量均小于容許值。這表明對(duì)該滑坡的形成機(jī)理分析及所采取的治理方案是合理有效的。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過對(duì)某高速K13+900-K14+068段施工期間左側(cè)順層邊坡滑動(dòng)的地質(zhì)環(huán)境、破壞特征等進(jìn)行了詳細(xì)分析，分析滑坡的形成機(jī)理及穩(wěn)定性，并給出了處治方案。順層滑坡不是瞬間發(fā)生的，通常是漸進(jìn)破壞的過程。對(duì)該滑坡的3個(gè)處置方案進(jìn)行了分析比選，根據(jù)實(shí)際情況，確定采用抗滑樁+錨索+格構(gòu)梁的處治方案。對(duì)于該類層間有軟弱夾層的順層邊坡，開挖后極易發(fā)生順層滑動(dòng)，宜采用預(yù)加固的設(shè)計(jì)和施工理念，預(yù)加固一般以抗滑樁（錨索抗滑樁）為主，可避免滑坡災(zāi)害的發(fā)生。目前該邊坡已經(jīng)開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高，坡體變形量在容許范圍內(nèi)。對(duì)于順層邊坡，如有條件，可進(jìn)行繞避；無(wú)法繞避時(shí)，盡可能減少挖方高度。