黃土-砂泥巖深挖路塹邊坡失穩(wěn)分析與處治設(shè)計(jì)研究

崔曉如

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

某在建高速公路K88+815—K89+000段右側(cè)深挖路塹邊坡原設(shè)計(jì)高度達(dá)95.2 m，共12級(jí)邊坡，邊坡地質(zhì)主要為上覆薄層黃土，下伏全風(fēng)化-中風(fēng)化泥巖夾砂巖。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，2021年5月邊坡已開(kāi)挖至第三級(jí)，但邊坡未按設(shè)計(jì)要求及時(shí)進(jìn)行防護(hù)加固。2021年10月，遭受了罕見(jiàn)的秋季強(qiáng)降雨天氣。2021年11月下旬，邊坡坡面出現(xiàn)開(kāi)裂，裂縫開(kāi)始呈現(xiàn)閉合狀態(tài)，至12月初，開(kāi)裂變形逐漸變大，頂部最大裂縫寬約2 m，除了坡面有裂縫，坡頂出現(xiàn)裂縫群，裂縫呈東西走向，平行排列。2021年12月下旬，第四至十級(jí)邊坡發(fā)生滑塌，下滑方向?yàn)榕c路線方向成40°左右，滑體最大深度約23 m，邊坡后緣及側(cè)緣產(chǎn)生裂縫，滑體周界清晰，前緣剪出口明顯，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，該深挖路塹邊坡存在較大安全隱患。

1 區(qū)域自然地理及工程地質(zhì)條件

1.1 地形、地貌

深挖路塹位于構(gòu)造剝蝕低中山區(qū)，路塹范圍內(nèi)微地貌為基巖緩坡、沖溝、陡坎，地形起伏較大，地勢(shì)兩側(cè)低中間高，路塹開(kāi)挖范圍內(nèi)植被較發(fā)育。

1.2 地層分布、巖性及特征

根據(jù)勘察結(jié)果，路塹邊坡由第四系上更新統(tǒng)（Q3dpl）粉質(zhì)黏土、碎石土和三疊系二馬營(yíng)組（T2er）砂泥巖組成。地層特征見(jiàn)表1所示。

表1 工程規(guī)模及造價(jià)比較表

表1 深挖路塹地層特征表

1.3 地質(zhì)構(gòu)造及水文

項(xiàng)目區(qū)位于呂梁-太行斷塊的Ⅳ級(jí)構(gòu)造單元沁水塊坳中的郭道-安澤近南北向褶帶，南北長(zhǎng)約140 km，東西寬約20 km，出露地層為石炭系、二疊系、下三疊統(tǒng)。該褶帶走向北北東，褶皺排列較為緊密，單個(gè)褶曲寬度2～3 km，兩翼傾角10°～40°。未見(jiàn)地下水和地表水分布，滑體前緣有零星泉點(diǎn)分布呈滲水狀。

2 邊坡失穩(wěn)分析與穩(wěn)定性計(jì)算

2.1 原設(shè)計(jì)情況與邊坡破壞特征

K88+815—K89+020段深挖路塹邊坡，邊坡共12級(jí)，除第三級(jí)與第六級(jí)平臺(tái)分別為14 m、4 m寬外，其余每8 m高設(shè)2 m寬平臺(tái)；第一級(jí)至第三級(jí)邊坡為中風(fēng)化泥巖夾砂巖，坡率為1∶0.75，采用框架錨桿（索）+植草袋防護(hù)，錨桿長(zhǎng)9.0 m；第四級(jí)至第六級(jí)邊坡為強(qiáng)風(fēng)化泥巖夾砂巖，坡率為1∶1.5，采用框架錨桿+植草袋防護(hù)，錨桿長(zhǎng)4.5 m；第七、八級(jí)邊坡為全風(fēng)化泥巖夾砂巖，坡率1∶1.5，采用框架錨桿+植草袋防護(hù)，錨桿長(zhǎng)4.5 m或9 m；第九、十級(jí)邊坡為碎石土，較松散，坡率1∶1.5，采用框架錨桿+植草袋防護(hù)，錨桿長(zhǎng)4.5 m；第十一級(jí)及以上為可塑粉質(zhì)黏土，坡率為1∶1.5，邊坡植草綠化。

該路段邊坡滑動(dòng)面位于全風(fēng)化與中風(fēng)化泥巖夾砂巖交界處，滑體平面上呈半圓形，主軸長(zhǎng)約145 m，寬約 87 m，總面積約 12 615 m2，滑體最大厚度約23.0 m，平均厚度16.5 m，總體積約21萬(wàn)m3，初步定義為中小型淺層工程滑坡。邊坡主滑動(dòng)方向160°左右，垂直于路線走向。滑體目前已經(jīng)發(fā)生整體滑動(dòng)，坡體變形較為劇烈，坡面裂縫發(fā)育，滑體周界清晰，受巖體兩組節(jié)理裂隙控制，后緣呈陡坎狀，錯(cuò)臺(tái)高度約7.8 m，較為光滑，可見(jiàn)明顯擦痕，小里程側(cè)緣裂縫一直延伸至坡頂，裂縫寬 1～2 m，深約 2～4 m，大里程側(cè)緣為一小型沖溝；前緣剪出口目前已被滑坡掩埋，剪出口位于第四級(jí)平臺(tái)（寬14 m）底部坡腳附近，滑坡體塊碎石多呈稍密狀，且局部含孔隙水稍明顯，滑體中下部相對(duì)較厚，側(cè)緣較薄。根據(jù)我國(guó)滑坡治理前輩徐邦棟對(duì)滑坡的定義[1]，通常把由人工開(kāi)挖而引起的小范圍內(nèi)軟弱帶（或面）失穩(wěn)仍稱(chēng)為邊坡滑塌或邊坡失穩(wěn)，而不視為滑坡[2]。故該工程定義為邊坡滑塌或邊坡失穩(wěn)更為合理。

2.2 邊坡失穩(wěn)原因分析

根據(jù)地質(zhì)勘察成果，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地踏勘，分析該深挖路塹邊坡失穩(wěn)主要原因?yàn)椋?/p>

a）地質(zhì)內(nèi)因 巖性特征為滑體形成提供了內(nèi)在基礎(chǔ)[3]。該邊坡地層巖性主要由三疊系二馬營(yíng)組（T2er）全-強(qiáng)風(fēng)化泥巖夾薄層砂巖組成，全風(fēng)化泥巖受差異風(fēng)化控制，呈碎塊狀，局部呈砂糖狀，球狀風(fēng)化?；w整體結(jié)構(gòu)較疏松，為雨水下滲提供了有利條件。全風(fēng)化泥巖遇水易軟化，強(qiáng)度降低。

b）外因 全-強(qiáng)風(fēng)化泥巖節(jié)理裂隙發(fā)育，抗風(fēng)化能力弱，邊坡未按設(shè)計(jì)要求及時(shí)進(jìn)行防護(hù)加固，邊坡開(kāi)挖后在大氣環(huán)境的影響下全-強(qiáng)風(fēng)化泥巖風(fēng)化嚴(yán)重，部分已風(fēng)化近土狀，同時(shí)，邊坡開(kāi)挖采用爆破方式施工，受爆破振動(dòng)影響，巖體內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)生變形、位移，原有裂隙充填物被清除，并沿節(jié)理面產(chǎn)生新的裂隙，致使邊坡巖體松散破碎而發(fā)生滑塌[4]。

c）誘因 項(xiàng)目區(qū)內(nèi)2021年雨季遭遇罕見(jiàn)的極端暴雨，降雨持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，降水形成地表徑流，對(duì)坡面進(jìn)行沖刷、侵蝕破壞，同時(shí)使坡腳巖體軟化，抗剪強(qiáng)度急劇降低，并形成軟弱結(jié)構(gòu)層。另一方面雨水入滲，巖體自重增加，下滑力增大，這為滑塌的形成提供了滑動(dòng)條件。

2.3 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算分析與評(píng)價(jià)

2.3.1 強(qiáng)度參數(shù)確定及滑坡推力計(jì)算

選取主滑典型剖面（K88+977），天然重度 γ=21.5 kN/m3，根據(jù)邊坡目前的穩(wěn)定狀態(tài)，通過(guò)反算確定一般工況下c=4.8 kPa，φ=23°；地震工況下c=4.8 kPa，φ=24.2°；安全系數(shù)取1.3?；w剩余下滑力計(jì)算結(jié)果詳見(jiàn)表2。

表2 方案技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表

表2 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)與下滑力計(jì)算表

2.3.2 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

根據(jù)裂縫的位置、長(zhǎng)度、寬度，坡體側(cè)滑的實(shí)際狀態(tài)，以及現(xiàn)有的地質(zhì)勘察資料綜合分析，經(jīng)計(jì)算該深挖路塹邊坡目前處于不穩(wěn)定狀態(tài)，尤其是滑體后緣形成的臨空面，仍存在進(jìn)一步下滑的風(fēng)險(xiǎn)；另外較差的巖土地層性質(zhì)，對(duì)坡體的穩(wěn)定性有一定的不利影響。為保證路基的安全穩(wěn)定，需對(duì)該深挖路塹邊坡及時(shí)進(jìn)行處治。

3 深挖路塹邊坡處治設(shè)計(jì)方案

按照“確保邊坡長(zhǎng)期穩(wěn)定，一次根治，不留后患”的原則，結(jié)合工程地質(zhì)勘察資料及邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果，并考慮方案的有效性、可行性和經(jīng)濟(jì)性，擬對(duì)K88+815—K89+020段深挖路塹邊坡滑塌失穩(wěn)采用兩種方案進(jìn)行對(duì)比分析，即方案一：卸載+抗滑擋土墻+注漿微型樁支擋加固方案；方案二：設(shè)置明洞方案。

3.1 處治設(shè)計(jì)方案一

綜合以上分析，結(jié)合地勘資料，對(duì)K88+820—K89+020段右側(cè)路塹邊坡進(jìn)行卸載后，采用抗滑擋土墻+注漿微型樁+植草防護(hù)，同時(shí)完善排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

3.1.1 邊坡設(shè)計(jì)（卸載）

邊坡第一至三級(jí)邊坡為中風(fēng)化泥巖夾砂巖，地層巖性較好，未發(fā)生變形破壞，坡率維持原設(shè)計(jì)。第三級(jí)平臺(tái)上設(shè)置8 m高C25片石混凝土抗滑擋土墻，擋墻上邊坡高2.0 m，第五至九級(jí)邊坡坡率為1∶2，第十至十二級(jí)邊坡坡率為1∶1.5。邊坡每8 m高設(shè)平臺(tái)一處，第二、四級(jí)平臺(tái)寬度為4 m、第三級(jí)平臺(tái)寬度為14 m、第五級(jí)平臺(tái)寬度8 m，其余平臺(tái)寬度均為2 m。

3.1.2 防護(hù)支擋加固

邊坡第一至三級(jí)邊坡維持原設(shè)計(jì)的框架錨桿（索）+植草袋防護(hù)，第三級(jí)平臺(tái)上設(shè)置8 m高C25片石混凝土抗滑擋土墻，擋墻上邊坡高2 m；第五至十二級(jí)邊坡培50 cm厚種植土后植草綠化；第四級(jí)平臺(tái)設(shè)置兩排微型樁；第九與第十一級(jí)平臺(tái)均設(shè)置一排微型樁加固，微型樁間距50 cm，微型樁孔徑φ150 mm；頂面采用50 cm厚C25水泥混凝土現(xiàn)澆頂梁連接。

3.1.3 完善排水系統(tǒng)

完善排水設(shè)施系統(tǒng)設(shè)計(jì)，根據(jù)巖層情況調(diào)整平臺(tái)排水溝形式。邊坡兩側(cè)設(shè)置急流槽，并與平臺(tái)排水溝相接，將雨水引至涵洞。

為排除坡體內(nèi)的滯水或巖層裂隙水，第四級(jí)邊坡出水點(diǎn)位置設(shè)置仰斜式泄水孔，出水量較大的部位可增設(shè)一處或多處，其余路段三級(jí)平臺(tái)以上40 cm處每隔20 m設(shè)置仰斜式泄水孔一處。

圖1 方案一 邊坡滑塌處治設(shè)計(jì)示意圖（卸載+支擋加固）

3.2 處治設(shè)計(jì)方案二

經(jīng)對(duì)K88+815—K89+020段路線平縱面指標(biāo)條件進(jìn)行核查，可滿足規(guī)范要求的隧道明洞設(shè)置樁號(hào)為K88+847—K89+011，長(zhǎng)164 m。由于連拱隧道中隔墻厚度不滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，中間帶寬度需增加1 m，導(dǎo)致行車(chē)道中線位置需向兩側(cè)偏移，進(jìn)而前后連接段的路線方案、橋梁設(shè)計(jì)方案均需進(jìn)一步調(diào)整。鑒于該滑體目前處于不穩(wěn)定狀態(tài)，尤其是滑體后緣形成的臨空面，存在進(jìn)一步下滑的可能。為了保證隧道明洞施工及運(yùn)營(yíng)安全，需同時(shí)對(duì)滑塌邊坡進(jìn)行卸載與支擋防護(hù)。

3.2.1 明洞連拱設(shè)計(jì)

隧道明洞采用鋼筋混凝土一體澆筑結(jié)構(gòu)，并增設(shè)鋼拱架。洞外開(kāi)挖邊坡采用錨噴鋼筋掛網(wǎng)防護(hù)，明洞兩側(cè)回填C15片石混凝土，洞頂回填碎石土，頂部設(shè)黏土隔水層，明洞回填完成后，完善洞頂排水系統(tǒng)。

3.2.2 路線方案及前后段橋梁調(diào)整設(shè)計(jì)

調(diào)整路線平面方案，將中間帶寬度加寬1 m，即左線行車(chē)道向外偏移1 m，前后段4座橋梁方案重新布設(shè)，涉及路線改線，影響重大。

3.2.3 邊坡滑塌處治設(shè)計(jì)

a）卸載 按照方案一對(duì)邊坡進(jìn)行卸載。

b）支擋、防護(hù) 第一至三級(jí)邊坡采用錨噴鋼筋掛網(wǎng)防護(hù)，其余邊坡的支擋防護(hù)與方案一相同。

3.3 工程規(guī)模及造價(jià)比較

圖2 方案二 明洞內(nèi)輪廓及建筑限界示意圖

3.4 方案技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)比較

綜合以上技術(shù)、經(jīng)濟(jì)因素，結(jié)合邊坡破壞機(jī)理與失穩(wěn)原因，針對(duì)黃土-砂泥巖二元結(jié)構(gòu)受水影響易誘發(fā)沿巖土交界軟弱面發(fā)生失穩(wěn)破壞，在完善排水設(shè)施系統(tǒng)下，對(duì)該淺層黃土-砂泥巖深挖路塹邊坡采用卸載+抗滑擋土墻+注漿微型樁支擋加固方案更加可行與實(shí)用。

4 結(jié)語(yǔ)

巖土交界面常為軟弱結(jié)構(gòu)面，邊坡開(kāi)挖后受水影響易誘發(fā)沿巖土交界軟弱面的坡體失穩(wěn)破壞[5]，是黃土-砂泥巖深挖路塹邊坡常見(jiàn)病害之一。本文通過(guò)某黃土-砂泥巖深挖路塹邊坡失穩(wěn)實(shí)例，分析破壞機(jī)理與失穩(wěn)原因，通過(guò)高邊坡穩(wěn)定性分析，有針對(duì)性地提出卸載+抗滑擋土墻+注漿微型樁與設(shè)置明洞兩種處治方案，對(duì)該類(lèi)淺層黃土-砂泥巖深挖路塹邊坡采用卸載+抗滑擋土墻+注漿微型樁方案具有可行性與實(shí)用性，為今后同類(lèi)工程處治提供一定借鑒作用。