某高速公路互通邊坡滑塌穩(wěn)定性評價及防治措施研究

作者簡介：丁啟龍（1994—），碩士，助理工程師，主要從事道路橋梁的施工管理與技術研究工作。

文章以廣西某高速公路上龍互通K236+240～K236+310段右側邊坡治理為例，對山區(qū)土質邊坡滑塌成因進行分析及治理方案優(yōu)化。該邊坡覆蓋層主要為殘坡積黏土、碎石，飽水后具備膨脹及軟化潛勢，原設計噴播植草防護無法有效穩(wěn)固坡面。通過現場勘查結合定性、定量分析，評價其綜合穩(wěn)定性，并提出合理的治理措施，可為后續(xù)同類工程設計提供參考。

高速公路；邊坡滑塌；穩(wěn)定性評價；邊坡治理

中圖分類號：U416.1+4 A 11 032 3

0 引言

滑坡是指邊坡的滑塌破壞，其對人民生命財產安全存在一定威脅［1］。因此，根據不同邊坡的滑塌機理、破壞方式和規(guī)模大小等進行分析、計算和評價，給出有效的治理措施是非常必要的［2］。經過長時間的探究和實踐，邊坡滑塌的機理分析和治理技術逐漸成熟，已有大量可供學習的成功先例［3］。

本文以廣西某高速公路項目K236+240～K236+310段右側邊坡治理為例，研究其滑動機理，并通過穩(wěn)定性計算和綜合評價，提出兼顧安全和經濟的治理方式，取得了一定成效。

1 工程概況

該互通K236+240～K236+310段邊坡出露地層為第四系殘坡積層（Q4dl+el）及下伏基巖為泥盆系上統（D3b）灰?guī)r石炭系（C1d）鐵鋁巖，設計為二級坡，采用為10 m高路塹墻加路塹植被三維網防護，坡率分別為1∶1.75、1∶2。

2 工程地質條件

2.1 地形地貌

該互通區(qū)滑坡位于龍州縣上龍鄉(xiāng)武權村百嗦屯，與313省道相連，滑坡地帶屬于巖溶峰林谷地地貌，山間為盆地地形，地面標高為200～240 m，相對高差為40 m，坡面樹林、灌木等植被發(fā)育。

2.2 地層巖性

邊坡覆蓋層主要為第四系全新統殘坡積（Q4el+dl）黏土、碎石，下伏基巖為泥盆系上統（D3b）破碎-完整中風化灰?guī)r，分布于整個邊坡區(qū)域，地層由新到老表述如下：

（1）紅黏土（Q4el+dl）：紅褐色，硬塑，結構致密，土質黏粒含量高，勘探孔揭示厚度約為1.0～10.2 m。

（2）紅黏土（Q4el+dl）：棕紅色，可塑，結構致密，土質黏粒含量高，勘探孔揭示厚度約為2.4 m。

（3）碎石（Q4el+dl）：雜色，結構雜亂，粒徑一般在2～5 cm，含量約為70%～80%，最大粒徑為10 cm，勘探孔揭示厚度約為1.0～6.4 m。

（4）破碎中風化灰?guī)r（D3b）：灰白色，堅硬，巖芯破碎，勘探孔揭示厚度約為1.8～8.0 m。

（5）中風化灰?guī)r（D3b）：灰白色，局部有溶蝕現象，巖芯較完整，巖芯采取率為75%～85%，分布于邊坡區(qū)基巖層，勘探孔未揭穿。

2.3 地質構造

項目區(qū)大地構造位于南嶺緯向構造帶西段南緣，新華夏系第二沉降帶西南端。線位區(qū)構造體系包括EW向構造、NE向構造、NW向構造及旋鈕構造，各構造體系在演化過程中相互影響、疊加、聯合與復合形成了線位區(qū)復雜的構造行跡。

通過地質調繪和鉆探，邊坡區(qū)未見區(qū)域斷裂，互通區(qū)域巖層產狀變化幅度較大，為92°∠12°。發(fā)育2組節(jié)理，J1：287°∠76°，J2：180°∠76°。

2.4 水文條件

該邊坡區(qū)未見地表水發(fā)育，附近地表水主要為水田、溝渠積水，地表徑流排泄條件較好，能夠滿足自然降水補給條件。邊坡地下水類型主要為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水，水體就近排向低洼谷地。在勘察期間，鉆孔深度范圍內未揭露地下水。根據臨近工點水質分析試驗結果，表明該地區(qū)地表、地下水對鋼筋和混凝土結構具有微腐蝕性。

2.5 堆積體基本特征

該滑坡整體輪廓清晰，存在明顯滑坡壁，其后壁較高，呈陡坎狀且有林地等植被發(fā)育，滑坡壁后緣外側8 m左右可見基巖?；麦w坡面呈鼓丘狀，多條鼓脹裂縫發(fā)育，土質松散，目前處于穩(wěn)定狀態(tài)。調查發(fā)現，滑塌區(qū)后緣及兩側山體坡面出現多條拉張裂縫，其裂縫寬度為0.1～0.2 m，深度為0.3～0.5 m，縫隙無積水。該滑坡體軸長約70 m，平均寬約40 m，厚7～12 m，體積約為2.5萬m3，屬小型牽引式土質滑坡。根據野外鉆孔揭露，滑體土類型相對單一，主要為紅黏土，局部含碎石，其成分為強風化鐵鋁巖。

3 滑塌原因分析及穩(wěn)定性評價

3.1 滑塌成因分析

從該滑坡所處的地形地貌來看，滑坡體位于巖溶峰叢坡腳緩坡地帶，地形起伏較大，高處巖土體有向下滑動的勢能。同時，人工開挖坡腳未及時進行支擋防護，形成高陡臨空面，加之滑體土質結構疏松，有利于地表水的入滲，特別是雨季長期降雨時，滑體重度和濕度加大，導致滑體的抗滑力和抗剪強度下降，從而形成滑塌。

3.2 穩(wěn)定性評價

3.2.1 定性評價

該項目區(qū)屬巖溶峰叢緩坡地段，滑坡體位于黏土斜坡上，巖土體主要由紅黏土（滑體土）、下伏灰?guī)r組成，滑坡體厚度為7～12 m?；麦w目前已經停止滑動，但后緣多處可見拉張裂縫，后緣及兩側邊坡處于基本穩(wěn)定-欠穩(wěn)定狀態(tài)，但若再發(fā)生長期降雨或特大暴雨時，后緣及兩側邊坡或可能再次發(fā)生滑動。

3.2.2 定量評價

3.2.2.1 巖土體力學性質指標分析

針對實際巖土工程條件，對土樣進行室內試驗，綜合確定各巖土層物理力學性質指標。4-1-1紅黏土試驗指標分層統計及飽和抗剪試驗指標詳見表1、表2。

根據巖土層原位測試及室內試驗結果，由設計及技術規(guī)范綜合確定，本路段各地基巖土層的設計參數開挖等級及邊坡坡率推薦值如表3所示。

3.2.2.2 參數的選取

考慮到該滑體土在后緣較薄，而在中前部較厚，滑帶埋深不一，滑帶土體的抗剪強度存在差異。因此，根據飽和狀態(tài)下反算和土工試驗結果，參照當地工程經驗，經綜合考慮，滑帶土的抗剪強度在天然狀態(tài)和飽和狀態(tài)取值如表4所示。

3.2.2.3 天然狀態(tài)

對滑帶土取樣進行室內試驗，根據室內試驗結果進行穩(wěn)定性驗算，經反算確定滑帶土天然狀態(tài)下c、φ的建議值。計算方法是：（1）采用滑動后實測主滑斷面計算；（2）不穩(wěn)定滑體、臨界狀態(tài)滑體安全系數分別取0.95～1.00和1.00～1.05，穩(wěn)定時安全系數?。?.15（結合滑坡現狀，滑坡穩(wěn)定時安全系數在飽和狀態(tài)下?。?.20，在天然狀態(tài)下?。?.30）；（3）滑坡土體為紅黏土，試驗結果顯示，其飽和度接近100%，因此天然狀態(tài)和飽和狀態(tài)下重度取值18.7～19.2 kN/m3。根據滑坡區(qū)的破壞邊界條件和可能的失穩(wěn)方式，采用覆蓋層沿基巖面折線滑動的破壞模式，穩(wěn)定性系數根據傳遞系數法公式計算：

Fs=n-1j=1 Rin-1j=1ψj+Rnn-1j=1Tin-1j=1ψj+Tn（1）

ψj=cos（θi-θi+1）-sin（θi-θi+1）tanφi+1（2）

Ri=Nitanφi+CiLi（3）

式中：Fs——穩(wěn)定系數；

θi——第i塊段滑動平面與水平面的相對角度（°）；

Ri——作用于第i塊段的抗滑力（kN/m）；

Ni——作用于第i塊段的法向分力（kN/m）；

φi——第i塊段土的內摩擦角（°）；

Ci——第i塊段土的粘聚力（kPa）；

Li——第i塊段滑動平面長度（m）；

Ti——作用于第i塊段滑動平面上的滑動分力（kN/m），出現與滑動方向相反的滑動分力時，Ti取負值；

ψi——第i塊段的剩余下滑動力的傳遞至i+1塊段時的傳遞系數（j=i）。

3.2.2.4 飽和狀態(tài)下

滑體土飽水后容重增大為18.7～19.0 kN/m3，根據室內試驗結果，在滑帶后緣、中部、前緣不同位置取值，驗算滑坡推力和穩(wěn)定性。由于滑床多以老黃土為主，且該區(qū)域地下水部分賦存，飽和狀態(tài)下遇水軟化，抗剪強度降低較快。此工況下，抗剪強度指標按飽和抗剪值選取。

3.2.2.5 地震狀態(tài)下

根據《中國地震動參數區(qū)劃圖》（GB18306-2015），該場地地震基本烈度為Ⅵ度，可忽略其對滑坡穩(wěn)定的影響，因此驗算中并未考慮地震對滑坡的破壞效應。

3.2.2.6 穩(wěn)定性驗算

滑坡體穩(wěn)定性驗算詳見表5。

根據《公路路基設計規(guī)范》（JTGD30-2015）第7.2.2條第2款有關規(guī)定，本次安全系數取值如下：

正常工況：自重（天然狀態(tài)）為Fs=1.25。

非正常工況Ⅰ：自重+暴雨（飽和狀態(tài)）為Fs=1.15。

根據《滑坡防治工程勘查規(guī)范》（GB/T32864-2016），結合不同穩(wěn)定系數Fs，滑坡穩(wěn)定性狀態(tài)可分四級。在某條件下，滑坡穩(wěn)定性安全系數小于滑坡穩(wěn)定系數時，該滑坡在此條件下的穩(wěn)定性可視為滿足對應狀態(tài)。

4 防治措施

4.1 研判依據

結合滑塌原因分析，該邊坡屬于中部塌方牽引兩側滑動，雨季沖刷導致已形成的斜向滑面飽水后發(fā)生下滑，擋土墻與墻背原狀土在一定時期處于脫空未接觸狀態(tài)，導致原狀土失穩(wěn)。結合現場勘探和定量分析結果，為確保后續(xù)施工和運營中的安全和穩(wěn)定，決定采用“清方卸載+預留平臺+錨桿錨索+擋土墻+斜孔排水”的復合式治理措施。

4.2 防治方案

根據現場實際情況和廣西地區(qū)膨脹土邊坡的治理經驗［4］，綜合考慮防護效果、施工難易度、工期和工程造價等因素，決定對邊坡上部進行挖除卸載，盡可能清除松散滑體。坡頂設置被動防落網，坡面采用30 cm×30 cm截面尺寸錨桿框架梁防護，設計錨桿長度為12 m；中部設置寬度為15 m的平臺，平臺修整后采用8 cm厚的現澆C20混凝土硬化處理；坡腳采用路塹墻支擋，并增設錨索錨固和斜孔排水，墻背設置50 cm厚砂礫反濾層，錨索設計入巖錨固深度為10 m。本次處治共新增路塹墻70 m，錨桿錨索4 759 m，斜孔排水1 956 m，被動防落網640 m2，卸載挖除土方66 540 m3，新增占地6 733.33 m2?；卫淼湫蛿嗝嫒鐖D1所示。

5 結語

（1）地質勘查深度與精度不足是導致滑塌的關鍵原因。對于紅黏土、膨脹土區(qū)域，應適當增大勘查資源投入，提升設計精度，從而節(jié)省后續(xù)施工特別是運營期間滑塌處治造成的時間、經濟成本的浪費。

（2）通過現場勘查，對該滑坡邊坡地形地貌、地層巖性、地質構造和巖土體力學性質等特征進行分析。結合現場相關特征，分析得出滑坡的成因機理及誘發(fā)因素。

（3）通過研究滑坡特點并對下滑推力進行計算分析，采用“清方卸載+預留平臺+錨桿錨索+擋土墻+斜孔排水”的復合式治理措施。防治方案合理，可為其他土質邊坡滑塌病害治理提供參考。

參考文獻

［1］王恭先，徐峻嶺，劉光代，等.滑坡學與滑坡防治技術［M］.北京：中國鐵道出版社，2004.

［2］時衛(wèi)民，鄭穎人，唐伯明.滑坡穩(wěn)定性評價方法的探討［J］.巖土力學，2003（4）：545-548，552.

［3］王恭先.滑坡防治工程措施的國內外現狀［J］.中國地質災害與防治學報，1998（1）：2-10.

［4］范秋雁，徐炳連，朱 真.廣西膨脹巖土滑坡治理工程實錄［J］.巖土力學與工程學報，2021（Z2）：3 812-3 820.

收稿日期：2022-10-16