復(fù)雜環(huán)境下滑坡穩(wěn)定性分析及綜合治理方法

韋 海

（廣西路建工程集團有限公司，廣西 南寧 530001）

0 引言

滑坡的發(fā)生和頻率基本上取決于觸發(fā)機制和自然條件之間的相互作用。滑坡觸發(fā)因素包括地震、降雨、融雪和人類活動等?？刂苹掳l(fā)生的自然條件包括基巖的力學(xué)性質(zhì)、地質(zhì)構(gòu)造，以及局部地貌、地形和構(gòu)造控制。識別控制滑坡分布和發(fā)生的因素較困難，因為滑坡可能在多種地質(zhì)和地貌條件下觸發(fā)，而且滑坡和誘發(fā)因素之間的關(guān)系在空間和時間上都是不同的。然而，充分了解這些因素對評估自然災(zāi)害和闡明滑坡在一系列環(huán)境中推動景觀演變的作用至關(guān)重要[1]。

基巖材料的特性（剪切強度、滲透性和風(fēng)化程度）通常被認為是控制滑坡發(fā)生的主要因素。涉及基巖滑動的深層滑坡對滑脫面的軟弱單元很敏感，而淺層邊坡破壞往往發(fā)生在不透水和半透水的巖石和土壤中?；禄顒右才c地貌因素有關(guān)，如地質(zhì)空洞和坡度[2]。低坡度與斜坡材料上的低剪應(yīng)力有關(guān)，因此緩坡比陡坡更穩(wěn)定，更不容易發(fā)生滑坡。側(cè)向和垂直河流侵蝕也是滑坡發(fā)生的驅(qū)動因素。此外，在確定滑坡類型、頻率和規(guī)模時，控制因素（如巖性、山坡坡度和水道）的相對重要性仍存在爭議；尤其是因為研究區(qū)域之間可能存在顯著差異，無法確定某個因素可能會或可能不會主導(dǎo)其他因素[3]。

軟巖是一種堅硬的地質(zhì)材料，比工程土壤更堅硬。通常根據(jù)巖石的流變特性來判斷巖石是否為軟巖，即變形性、單軸抗壓強度和剪切強度。泥巖是一種硬度較差的軟巖，具有頁巖的結(jié)構(gòu)和成分，但缺乏細分層和裂隙。泥巖是缺乏層理或裂隙的淤泥、黏土沉積巖。在嚴重風(fēng)化的環(huán)境中，泥巖邊坡失穩(wěn)問題經(jīng)常發(fā)生。世界上許多地方都對泥巖的物理和工程特性進行了研究[4]。研究發(fā)現(xiàn)，根據(jù)當(dāng)?shù)氐奶攸c和氣候條件開發(fā)一種有效且經(jīng)濟的邊坡防護方法，才能防止泥巖邊坡失穩(wěn)。

1 工程概況

本合同段主線起訖樁號為K63+041.684～K70+360，全長7.318 km，起點位于廣西樂業(yè)縣東側(cè)約7.0 km的新化鎮(zhèn)諧里村那吐屯，途經(jīng)樂業(yè)縣新化鎮(zhèn)那孟、隴愛、諧里等村屯。連接線起訖樁號為LK0+912.455～LK7+975，路線自西向東依山布線，設(shè)連接線1號中橋、連接線2號中橋、大挽村隧道，終點接樂業(yè)西南側(cè)規(guī)劃路，設(shè)計里程總長度為7.063 km。主要工程內(nèi)容為路基土石方、橋梁（大橋7座、中橋3座）、涵洞通道、隧道、防護排水、房屋建筑及綠化等工程。其中，路基挖方399.9 萬m3（包括路基、軟基、改河改路），路基填筑413.3萬m3（包括路基、軟基、改河改路）；橋梁10座（2 276.9 m），隧道2座，單洞長1 821 m；涵洞通道50座（1 843.56 m），房建面積10 636 m2。

1.1 水文地質(zhì)條件

項目位置所在屬于珠江水系，沿線的江河主要為紅水河支流諧里河、布柳河。K73+160 處跨越諧里河，河寬20～30 m，本路段自北向南流動，最后自西向東匯入紅水河。擬建項目沿線地表水系發(fā)育較差。在非巖溶區(qū)，因為地形陡峭，切割深，坡降大，水流急，降水多順山坡流失，導(dǎo)致地表水和地下水交替強烈。主要為雨源型山溪性河流。河水量受季節(jié)控制，水量變化大。水位受降水量控制，暴漲暴跌。在干旱季節(jié)，河流水位很低，甚至干涸，但雨季水位暴漲。

LK2+140～LK2+460段右側(cè)路塹邊坡，長度為320 m，邊坡開挖最大深度約62 m，其中需進行改移防護的LK2+300～LK2+460范圍邊坡開挖最深為50.5 m。開挖范圍內(nèi)主要為碎石土、下伏強風(fēng)化砂巖。分五級邊坡：第一級采用系統(tǒng)錨桿框架植草支護；第二至第五級采用預(yù)應(yīng)力錨桿框架植草加固防護。

1.2 施工平面

在連接線二級路施工時，由于施工地點距離G212國道較近且下方邊坡陡峭（原二級路塌方造成與設(shè)計斷面不完全相符），施工最高點距離省道落差約100 m，施工過程可能會造成飛石或落石，破壞力非常大，二級路存在癱瘓的風(fēng)險。經(jīng)設(shè)計、業(yè)主、監(jiān)理等部門現(xiàn)場實地考察后，發(fā)現(xiàn)在連接線LK2+200～LK2+460樁號下方的G212國道右側(cè)有一個較大的平臺，可將現(xiàn)有二級路往右側(cè)臨時外移10 m左右，施工完畢后即恢復(fù)現(xiàn)有二級路，臨時改移部分將作為G212國道日后永久緊急避讓所或緊急停車帶。測量部門實地測量改移前，G212國道離施工位置最近的直線距離為51.73 m，改移后防護網(wǎng)位置離施工位置最近直線距離為62 m。

2 滑坡綜合治理策略

邊坡的移動是降雨的結(jié)果，降雨增加了黏土的含水量，導(dǎo)致有效應(yīng)力降低，從而引發(fā)土體移動。在滑坡開始期間，孔隙水壓力逐漸降低，最終導(dǎo)致邊坡運動停止。內(nèi)部變形特征的存在，使邊坡在移位過程中，經(jīng)歷了顯著的塑性變形[5]。

在上述分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)邊坡的實際情況，如陡坡、巖石破碎、巖土共存、山體采空區(qū)多、山體松散、大規(guī)模地下開采等特點，提出了以下對策。

（1）受采空區(qū)變形和塌陷的影響，山體處于臨界失穩(wěn)狀態(tài)。在采取滑坡加固措施之前，有必要加強對礦區(qū)潛在滑坡的位移監(jiān)測。

（2）通過評估研究區(qū)域內(nèi)每種巖石類型的滑坡頻率和每種巖性單元的空間范圍，測試了滑坡發(fā)生率和滑坡清單中觀察到的巖性之間的關(guān)系。

（3）研究結(jié)果表明，該地區(qū)的滑坡危險性更大，主要是在山坡坡度為N10°且靠近水道的地區(qū)，需要針對這些地區(qū)采取滑坡緩解措施。為控制山坡坡度，工程可采用移除技術(shù)來削減坡度、修改幾何結(jié)構(gòu)和降低坡度。

（4）現(xiàn)場采取了一些滑坡穩(wěn)定措施，其中應(yīng)用最廣泛的修復(fù)技術(shù)包括排水系統(tǒng)和位于滑坡坡腳的安全殼結(jié)構(gòu)。從理論角度來看，這種補救方案是最合適的，因為它可以通過排水防止孔隙水壓力的增加。這些排水系統(tǒng)由一系列溝渠和渠道組成，通過分流徑流，減少滲透，從而防止因礦壓突然升高而導(dǎo)致有效應(yīng)力下降[6]。

研究發(fā)現(xiàn)，除滑坡類型對滑坡頻率產(chǎn)生影響外，鄰近河流對滑坡頻率也有顯著的控制作用，大多數(shù)滑坡發(fā)生在最近河流的260 m范圍內(nèi)。

3 加固方案

從地表直接開挖穩(wěn)定樁在技術(shù)上是困難的。工程人員發(fā)現(xiàn)，在坡腳附近的地區(qū)，滑動面的深度已減少到25 m左右。護堤處修建了穩(wěn)定樁。這些樁與模板墻相連，并在其后面回填開挖土壤。為了降低抗杠桿效應(yīng)，在管道鉆井技術(shù)中使用了預(yù)應(yīng)力錨索，最終一個巨大的懸臂邊坡穩(wěn)定墻形成。為了防止沖積層中的鉆孔坍塌，在預(yù)應(yīng)力電纜施工期間，在鉆孔的同時安裝了一根管子。鉆孔完成后，進行錨定工作。錨固結(jié)束后，拉出鋼套管。在后續(xù)開挖階段，對邊坡變形進行了監(jiān)測。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，邊坡穩(wěn)定樁加固后達到了穩(wěn)定狀態(tài)[7]。

基于上述分析，本文提出了一種新的邊坡防護方法。

3.1 給排水

水是造成高速公路邊坡失穩(wěn)和侵蝕的最重要和最具破壞性的因素。由于研究區(qū)域有明顯的旱季和雨季，包括臺風(fēng)帶來的暴雨，如果地表水和地下水不能有效排出，邊坡保護措施很難取得預(yù)期的效果。

3.2 軟弱巖石斜坡上的植被

數(shù)據(jù)分析可知，公路沿線僅受植被保護的斜坡容易發(fā)生故障。事實上，在廣西普遍存在不利地質(zhì)、地形和氣候的條件下，植被保護方法并不奏效。例如，在泥石斜坡上，與侵蝕有關(guān)的問題很嚴重，盡管有植被覆蓋，但是泥巖易于風(fēng)化，徑流侵蝕可促進水滲入風(fēng)化泥巖和新鮮泥巖之間的界面，從而破壞整個泥巖邊坡的穩(wěn)定性。一旦泥巖邊坡變得不穩(wěn)定，植被和風(fēng)化層就會在界面上方移動，從而引發(fā)植被層滑動。

3.3 坡度和坡高

坡度和坡高過大會增加表面侵蝕和淺層滑坡的可能性。在調(diào)查的路段中，路邊坡度為1∶1.2（約40°）。植被坡度一般在39°～41°之間，大于35°被認為是允許植物自然入侵和繁殖的角度上限。此外，斜坡高度一般在7～9 m之間。高速公路沿線的坡度大多在1∶1.5（約34°）的范圍內(nèi)測量，植被坡度在33°～36°之間。調(diào)查還表明，該地區(qū)的邊坡破壞率為1.70，高于所研究的任何其他區(qū)域。

4 護坡方法

根據(jù)泥巖的特征和現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果，提出有效的邊坡防護措施：①護坡方法必須能夠抵抗侵蝕，防止細粒土壤流失，并有利于充分排水；②需要一個地表水排水系統(tǒng)來有效控制雨水；③護坡設(shè)施必須具有足夠的長度，以抵抗泥巖的膨脹壓力；④邊坡防護設(shè)施必須提高邊坡穩(wěn)定性，促進植被生長。

該軟巖泥巖地區(qū)開發(fā)了一種新的邊坡保護方法——土壤-植被法，該方法滿足了邊坡的穩(wěn)定性的要求。為了確定該方法的有效性，在泥巖邊坡上進行了現(xiàn)場試驗。原始邊坡的傾角約為42°，而對比邊坡和土壤輪胎邊坡的傾角分別約為36°和34°。各類邊坡的寬度約為15 m，邊坡長度從右向左逐漸變長。對于各類邊坡的植被處理，原始邊坡覆蓋有原始植被物種，而對照邊坡在按照設(shè)計規(guī)范削坡后鋪設(shè)植被墊，土壤邊坡替換為土壤植被基層。

5 結(jié)論

土地滑坡清單用于檢查土地滑坡發(fā)生與地質(zhì)和地貌特征之間的關(guān)系。本研究城區(qū)滑坡的空間分布主要由下伏巖性決定。對滑坡分布與山坡坡度的分析還表明，滑坡在10°～25°之間的山坡坡度上更頻繁。在對滑坡發(fā)生情況和與河流距離的統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，在靠近河道的地方，滑坡的次數(shù)顯著增加。事實表明，基巖類型是控制滑坡發(fā)生的決定因素，這與之前的研究一致。因為鱗狀黏土是該地區(qū)最脆弱的巖性，當(dāng)水飽和時，在12°～15°的山坡坡度上容易發(fā)生破壞。這表明，該地區(qū)滑坡頻率隨滑坡面積減少的速度較慢。

本研究闡明了局部條件在影響邊坡破壞的發(fā)生和頻率方面的相互競爭作用，并對莫里斯滑坡現(xiàn)象進行了更好的闡釋。研究結(jié)果表明，在以弱鱗片黏土為主的地形，大滑坡的發(fā)生頻率可能比預(yù)期的要高。當(dāng)山坡坡度介于10°～20°之間且水道較近時，滑坡發(fā)生故障的可能性明顯高于其他地方。

在高速公路上遇到的巖石類型中，最常見的是交替形成的砂巖-頁巖（36.3%），依次是砂巖（24.4%）、礫巖（21.9%）和泥巖（17.4%）。就邊坡破壞數(shù)量而言，交替形成的砂巖-頁巖的邊坡破壞數(shù)量最多（37.6%），依次是泥巖邊坡（29.1%）、砂巖邊坡（23.9%）和礫巖邊坡（9.4%）。就邊坡破壞率而言，泥巖邊坡的破壞率最高（1.67），依次是由交替砂巖-頁巖地層組成的邊坡（1.04）、由砂巖組成的邊坡（0.98）、由礫巖組成的邊坡（0.43）。

對于泥巖斜坡尤其是那些高角度和高長度的斜坡，單獨的植被保護方法是無效的。因此，必須同時采用額外的工程保護方法?？紤]到研究區(qū)域的邊坡破壞特征，在設(shè)計有效的邊坡防護方法時，必須考慮以下因素：抗侵蝕能力、細粒度土壤流失預(yù)防、控制雨水徑流的適當(dāng)?shù)乇硭潘到y(tǒng)；抵抗泥巖膨脹壓力的能力；增加邊坡的穩(wěn)定性，促進植被生長。根據(jù)這些因素開發(fā)了一種新的邊坡保護方法——土壤-植被法，現(xiàn)場試驗結(jié)果表明該方法在泥巖邊坡保護中是有效的。