大型滑坡的變形機理分析與處置方案研究

段百全，代曉龍

(1.西安公路研究院有限公司，陜西 西安710065；2.中鐵西安勘察設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054)

針對滑坡災(zāi)害的研究，許多學(xué)者做了多方面的工作。汪軍輝等以山地高速公路滑坡為例，介紹了滑坡穩(wěn)定性分析方法，有針對性的提出了削方和抗滑兩種方案并進行比選；謝凱等分析了貴州某公路填方路堤滑坡成因的4種主要因素，并從安全、環(huán)境、造價三方面進行治理方案比選；劉寧波等指出了滑坡治理方案應(yīng)綜合被動支擋、主動避讓、減輕、轉(zhuǎn)移的思路進行比選設(shè)計；吳逢春等介紹了泡沫混凝土路基的特性及在陡坡路堤中的應(yīng)用。

此前學(xué)者的研究成果主要是根據(jù)地質(zhì)勘察、數(shù)值模擬、反演滑動面等手段查明滑坡成因并提出治理措施，主要基于被動支擋、削減滑體和主動繞避的思路進行分析設(shè)計，鮮有在路線無法改移及線路設(shè)計標(biāo)高難降低的前提下，從減輕主體工程加載重量的思路進行系統(tǒng)分析研究。

因此，以山區(qū)較為典型的公路路堤滑坡災(zāi)害為研究對象，通過對滑坡形態(tài)、結(jié)構(gòu)及變形特征等三方面勘察成果分析滑坡變形機制，以減輕下滑推理為思路，對常規(guī)的橋梁跨越方案和輕質(zhì)路基通過方案進行經(jīng)濟、技術(shù)比選，確定最優(yōu)的處置方案。

1 工程實例

1.1 項目概況

某大型滑坡位于四川省通江縣內(nèi)巴中至萬源高速公路沿線K163+050～K163+400段，路線原設(shè)計以高填方形式通過，最高填方28.3 m，中樁最高19.3 m。地基處理時將路堤下伏陡峭段的粉質(zhì)粘土層按1∶ 1.5坡率開挖至下伏強風(fēng)化巖層，在此基礎(chǔ)上采用一般路基土填筑碾壓補強夯實，并鋪設(shè)土工格柵。為防止路堤加載后的潛在滑移，在坡腳前緣平臺設(shè)置一排截面尺寸2.2 m×3.2 m抗滑樁。

受2021年7～8月份該地區(qū)出現(xiàn)的集中連續(xù)強降雨影響，K163+050～K163+265段路基施工完成后整體出現(xiàn)下沉、外移，最大位移近13 m，下沉達8 m，路基外側(cè)已實施的部分抗滑樁整體前移、剪斷。受滑動區(qū)的牽引影響，K163+265～K163+400段坡體也發(fā)生了不同程度的變形，涵洞、擋墻、居民房屋、地面出現(xiàn)不同程度變形、開裂。

針對突發(fā)險情，現(xiàn)場隨即采取了滑坡后部削方卸載和裂縫封閉處理的應(yīng)急措施。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及滑坡變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，滑坡在應(yīng)急處理措施實施后，滑動區(qū)、影響變形區(qū)變形趨勢有收斂，其中變形影響區(qū)上的監(jiān)測點累計水平位移最大達20 cm，累計沉降最大達5 cm，但未能從根本上消除滑坡的危害性。

1.2 滑坡的基本特征

(1)形態(tài)特征

滑坡滑動后形成了兩個區(qū)域，分為滑動區(qū)和影響變形區(qū)。

滑動區(qū)平面形態(tài)呈“圈椅”狀，現(xiàn)場變形明顯。左右兩側(cè)邊界以弧形錯坎為界；前緣位于溝底，可見明顯擠出；后緣位于滑體滑動后在公路內(nèi)側(cè)形成的錯坎處，整體下錯明顯，前后高差約54 m?；w縱向長約210 m，順公路寬約245 m，面積5.1×10m；厚約20～30 m，體積約125×10m，主滑方向近垂直于公路，屬大型推移式滑坡。滑體上植被以灌木為主。

影響變形區(qū)平面形態(tài)近“舌”狀，后緣拉張裂縫位于在建巴萬高速內(nèi)側(cè)坡體向上第一處地形陡緩交接處，該條裂縫呈弧形向溝底方向發(fā)展，貫通性不強，將影響變形區(qū)與后部及兩側(cè)未變形坡體分開?；w縱向長約190 m，寬約150 m，面積約2.9×10m，厚約23～30 m，體積約77×10m，主滑方向與在建巴萬高速公路近45°夾角?；w上植被以農(nóng)作物為主。

(2)結(jié)構(gòu)特征

①滑動區(qū)

滑體物質(zhì)主要為上部的粉質(zhì)粘土和下部的崩坡積碎、塊石土。粉質(zhì)黏土呈棕褐色，稍濕～濕，硬塑，以粘粒為主，局部夾雜有角礫、碎石，含量約10%～15%，母巖成份為強風(fēng)化泥巖；滑體下部為碎、塊石土，青灰色，中密，碎、塊石母巖主要為強風(fēng)化泥巖及粉砂質(zhì)泥巖，粒徑0.5～2 m，含量≥65%，其間空隙填充有粉質(zhì)粘土。

滑帶通過勘探鉆孔揭示，位于巖土分界面上，滑帶為粉質(zhì)黏土混碎石、角礫，棕褐色，可塑～軟塑，碎石、角礫含量25%左右，粒徑0.5～2 cm，其母巖成份主要為強風(fēng)化泥巖，局部可見磨圓、擠壓揉皺、擦痕等現(xiàn)象，手搓滑膩，滑面特征明顯。

滑床為強～中風(fēng)化砂泥巖互層。中風(fēng)化砂質(zhì)泥巖呈紅褐色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層～中厚層狀構(gòu)造，巖質(zhì)軟，具有飽水或風(fēng)干裂解的特征，局部夾有泥質(zhì)砂巖薄層。中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖呈紅褐色，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，局部夾泥巖薄層。巖層產(chǎn)狀為240°∠45°。

②影響變形區(qū)

滑體物質(zhì)主要為粉質(zhì)粘土及碎、塊石土。粉質(zhì)黏土呈黃～黃褐色，稍濕～濕，硬塑，局部夾雜有角礫、碎石，含量約10%～15%，母巖成份為強風(fēng)化泥巖；碎、塊石土呈中密，碎、塊石母巖主要為強風(fēng)化砂巖，粒徑0.4～2 m，含量≥60%，粉質(zhì)黏土包裹或充填。

滑帶位于巖土分界面上，滑面呈泥狀，灰色，厚度一般0.2～5 m，濕，可塑～軟塑，內(nèi)含全～強風(fēng)化泥巖碎屑及角礫，局部可見擠壓揉皺、手搓滑膩，滑面特征明顯。

③變形特征

K163+050～K163+265填方路基段坡體整體向前滑移約13 m，后緣形成高約8 m的后壁，滑坡體上地面傾斜、凹陷、多臺坎，拉張、鼓脹裂縫遍布。路基外側(cè)回填坡腳處已實施的4～17抗滑樁整體向前移動，最大位移近13 m，1～3抗滑樁從樁身中部剪斷。K163+145～K163+350段公路外側(cè)大平臺前緣陡坎處整體擠出明顯， 擠出造成下部多處樹木倒塌、被掩埋。K163+265～K163+400段坡體也發(fā)生了不同程度的變形，造成在建巴萬高速內(nèi)側(cè)1戶居民的房屋墻體、地面出現(xiàn)開裂，公路已施工完成的涵洞、擋墻均出現(xiàn)變形、開裂，坡體后部的電線桿明顯傾斜。

2 滑坡形成機制分析

滑坡形成、發(fā)生是自然因素和誘發(fā)因素共同作用的結(jié)果。地形地貌、地層巖性是其滑動的自然因素，降雨和人工堆載是其發(fā)生滑動的誘發(fā)因素也是主要因素。

(1)滑坡位于河流深切的陡坡溝谷地段，河谷主要為“V”型谷，地形較為陡峭，滑坡段地形起伏較大，前、后緣高差54 m，這種地形為滑坡形成提供了必要的勢能條件。

(2)坡體上部為相對透水的粉質(zhì)粘土及碎、塊石，下伏相對隔水的泥巖，不利于雨水的下滲，隨著雨季大量地表水的匯集、入滲，浸潤原坡體內(nèi)土體，增大坡體自重，松散的崩坡積物難以在起伏較大的斜坡上長期維持穩(wěn)定，逐步在透水性差異面上形成軟弱帶，沿巖土界面發(fā)生滑動。

(3)滑坡段位于匯水地帶，7～8月份該地區(qū)出現(xiàn)集中連續(xù)強降雨，調(diào)查時可見地下水從坡腳以泉的形式排泄，隨著流水通道的持續(xù)作用，加速了滑面的形成。

(4)修建公路在后緣加載，增加了下滑力，使滑坡穩(wěn)定性降低。

3 滑坡處置對策

3.1 處置思路

滑坡滑面深、規(guī)模大，若仍采用一般路基土填筑，則放坡填筑路基范圍較大，造成下滑力增加，最大可達6 227 kN/m，須設(shè)置雙排抗滑樁才能對滑坡進行有效支擋，所需的抗滑樁截面尺寸過大、造價過高。

考慮到該段公路不能進行調(diào)線，本次設(shè)計對滑動區(qū)采用橋和輕質(zhì)路基通過方案進行比選。在滑動區(qū)路線外側(cè)設(shè)置一排抗滑樁，同時采用錨桿框架及微型鋼管樁對路線內(nèi)側(cè)開挖坡體進行加固，并以“截、排和引導(dǎo)”為原則修建排水工程。抗滑樁對滑坡后部支擋后，抗滑樁前緣坡體達到基本穩(wěn)定狀態(tài)，本次不再予以治理。

3.2 擬采取處置措施

(1)共性處置措施

①影響變形區(qū)見圖1。

a抗滑樁：采用普通路基通過，在該段公路外側(cè)設(shè)置一排抗滑樁，截面尺寸2 m×3 m，樁長36～40 m，共19根(方案二為15根)。

b滲溝、盲溝：局部公路內(nèi)側(cè)坡體滲水嚴(yán)重，在公路內(nèi)側(cè)設(shè)置縱向滲溝，寬1.5 m，高2 m，長6 m，間距6 m。滲溝端部連接橫向排水盲溝，盲溝水排至路基下方新設(shè)的涵洞中。橫向排水盲溝寬2 m，高2 m。

圖1 治理工程斷面圖(影響變形區(qū))

c微型鋼管樁：為防止路線內(nèi)側(cè)坡體淺表層滑塌，采用微型鋼管樁進行加固，共設(shè)置6排，樁長20 m，孔徑均為150 mm。

②截排水工程

為了有效攔截坡面匯水，在坡體上部布設(shè)截水溝，截水溝外側(cè)高0.4～0.7 m，內(nèi)側(cè)高0.4 m。

(2)比較方案設(shè)置(滑動區(qū))

①方案一(橋+抗滑樁)

a削方減載：在滑動區(qū)后緣緩坡平臺處進行適量的削方減載。削方厚度為1.5～6 m，削減方量36 772 m。

b橋梁通過：該段路線采用5跨200 m長橋梁跨越。

c抗滑樁：在公路外側(cè)設(shè)置一排錨索抗滑樁進行支擋，截面尺寸從1.8 m×2.4 m到2 m×3 m，樁長30～36 m，共31根，每根樁頂設(shè)2排錨索，錨索長28～40 m。

d錨桿框架：為防止K163+122～K163+194段公路內(nèi)側(cè)山體變形的潛在風(fēng)險，對路線內(nèi)側(cè)邊坡采用錨桿框架防護。框架截面尺寸30 cm×30 cm，間距2.5 m×2.5 m，在橫梁和豎肋節(jié)點處設(shè)錨桿，錨桿長度9 m。

②方案二(輕質(zhì)路基+抗滑樁)

由于橋梁對岸坡的穩(wěn)定性要求較高，在采用輕質(zhì)路基通過時，不對K163+122～K163+194段潛在風(fēng)險邊坡進行特殊防護。

a削方減載：在滑動區(qū)后緣緩坡平臺處進行適量的削方減載。削減方量28 845 m。

b輕質(zhì)路基(泡沫混凝土路基)：為減少填筑路基對滑坡下滑推力的加載，同時利用泡沫混凝土可垂直填筑的特性，進一步減少填筑荷載，在該段采用澆筑泡沫混凝土路基，分4級澆筑，每級高5 m，總高14～19 m。

c抗滑樁：在公路外側(cè)設(shè)置一排錨索抗滑樁進行支擋，考慮路基回填加載后，抗滑樁截面尺寸為2.5 m×3.5 m，樁長32～40 m，共36根，每根樁頂設(shè)2排錨索，錨索長35～45 m。

3.3 方案比選

綜合滑動區(qū)和影響變形區(qū)擬采取的處置措施，進行經(jīng)濟、技術(shù)比較，比選見表1。

表1 治理工程方案比較表

通過對治理工程施工難度、周期、造價及技術(shù)的方案比選，推薦方案一為治理方案。目前巴中至萬源高速公路已建成通車，滑坡未再發(fā)現(xiàn)明顯變形，治理效果良好。

4 結(jié) 語

(1)重視陡坡路段高填路堤地基處理，合理選取路堤加載后潛在滑移面位置，并設(shè)置有效的防護措施，避免路堤填筑后失穩(wěn)。

(2)在治理方案擬定中，在確保防治效果的前提下，應(yīng)結(jié)合實際項目情況進行多方案比選，為治理設(shè)計擬定提供有力的技術(shù)、經(jīng)濟支撐。

(3)滑坡治理是一個綜合性工程，在做好整體支擋(削方減載)的同時，注重局部加固與疏、截排水并用，切莫顧大失小。