高速公路邊坡滑坡原因分析及預(yù)防處治措施研究

李振珂 王汝波 繆偉

摘要 高邊坡穩(wěn)定對高速公路建設(shè)及運營安全至關(guān)重要，要加強邊坡地質(zhì)勘察、防護設(shè)計、施工組織、監(jiān)測，文章對高速公路邊坡失穩(wěn)的原因進行研究分析，從地質(zhì)勘察、支護設(shè)計、邊坡施工等方面全方位地提出高速公路邊坡滑坡科學、合理、經(jīng)濟的預(yù)防及處治措施。以某高速公路邊坡滑坡處治項目為例，闡述邊坡滑坡產(chǎn)生的原因并進行合理的應(yīng)急處治，設(shè)計后期治理方案，研究分析處治效果，為后續(xù)高速公路邊坡滑坡處治提供經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞 滑坡；原因分析；預(yù)防；處治措施

中圖分類號 U418.55文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2023）23-0136-03

0 引言

我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進入了飛速發(fā)展階段，截至2022年底，全國高速公路通車里程為177 000 km。建設(shè)的高速公路穿過山丘段地帶時，因項目施工造成原有地物地貌發(fā)生了變化，同時由于施工帶來的各種擾動，對于邊坡的原始穩(wěn)定狀態(tài)造成了破壞，可能會產(chǎn)生滑坡失穩(wěn)，嚴重時甚至發(fā)生滑坡，嚴重制約了工程進度﹐降低工程使用質(zhì)量，帶來工程隱患^[1]?；虏粌H影響建設(shè)及運營期安全，同時增加建設(shè)投資及運營成本，需進一步研究滑坡產(chǎn)生的原因，制定針對性的預(yù)防及處治措施，保障高速公路全生命周期的安全性。

1 滑坡分類

目前對于滑坡的分類較多，根據(jù)自然資源部在土地百科中的闡述，滑坡的分類可以參照滑坡體的大小、變形和移動速度、土體組成、原始地質(zhì)情況、力學條件、滑坡體滑動面與巖土體結(jié)構(gòu)面的關(guān)系等。根據(jù)通常分類情況，主要對力學條件、滑坡體滑動面與巖土體結(jié)構(gòu)面關(guān)系兩種滑坡分類方式進行介紹。

1.1 按滑坡體滑動面與巖土體結(jié)構(gòu)面關(guān)系進行分類

按滑坡體滑動面與巖土體結(jié)構(gòu)面的關(guān)系，滑坡類型分為三種，分別為均質(zhì)滑坡（無層滑坡）、順層滑坡、切層滑坡。

1.1.1 均質(zhì)滑坡（無層滑坡）

均質(zhì)滑坡一般發(fā)生在比較均勻或者沒有明顯分層的巖體或者土體中?；瑒用媸怯尚逼碌膽?yīng)力狀態(tài)和巖土的抗剪強度的關(guān)系確定，不由層面決定。一般發(fā)生在黏土、黏性土、黃土等土體中，滑動面呈圓弧形或其他曲線。

1.1.2 順層滑坡

順層滑坡是一種順著原有結(jié)構(gòu)面發(fā)生滑動的滑坡，特別是容易在軟弱巖層中形成滑坡面。沿著層面、節(jié)理或裂隙、殘破積物順其下部基巖不整合面發(fā)生的滑坡均屬于順層滑坡。順層滑坡在地質(zhì)中分布較廣、規(guī)模較大。

1.1.3 切層滑坡

切層滑坡是指滑坡體滑動面切過巖層面的滑坡。切層滑坡大多數(shù)發(fā)生在巖層或者土層接近于水平的平跌坡，滑坡面一般為圓柱形或?qū)?shù)螺旋曲線。

1.2 按力學條件分類

1.2.1 牽引式滑坡

牽引式滑坡一般是滑坡體下部由于力學平衡發(fā)生變化產(chǎn)生滑動并逐步向上擴展，下部牽引上部一起滑動。此類滑坡大部分是由于坡腳被沖刷或者開挖而造成的。

1.2.2 推動式滑坡

推動式滑坡一般是指由于坡體上部發(fā)生裂隙并進一步發(fā)展或者因為堆載和在坡體頂部建設(shè)結(jié)構(gòu)物等，破壞了上部的平衡狀態(tài)并帶動下部坡體滑動。

1.2.3 平移式滑坡

平移式滑坡一般是指滑動面的多點同時發(fā)生首滑并慢慢發(fā)散逐漸形成整體，形成滑坡，此類滑坡的滑動面比較平緩，并以水平位移為主。

1.2.4 混合式滑坡

混合式滑坡一般是指坡體的上部、下部同時發(fā)生滑動，由于共同作用造成的滑坡，此種滑坡比較多發(fā)。

2 滑坡原因分析

高速公路發(fā)生滑坡通常是由內(nèi)部因素和外部因素共同影響。

2.1 內(nèi)部因素

內(nèi)部因素主要指的是邊坡的巖土類型、地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、水文條件等，內(nèi)部因素為邊坡滑坡形成提供了最為基本的條件^[2]。

2.1.1 巖土類型

一般來說結(jié)構(gòu)較為松散，易風化、抗剪強度較低、黏性差、水穩(wěn)定性差，比如黏質(zhì)黃土、砂質(zhì)黃土、泥巖、頁巖、煤系地層、片巖等發(fā)生滑坡的可能性比較大。

2.1.2 地形地貌

土體位于特定的地貌及坡度是滑坡發(fā)生的必要條件，比如山坡圈椅地貌、在較陡的大段河谷谷坡中間的滑坡地、坡面雜亂無規(guī)則的山坡、雙溝同源地形等均為容易發(fā)生滑坡的地貌。

2.1.3 地質(zhì)構(gòu)造

坡體構(gòu)造面被切割分離、不連續(xù)，水容易通過構(gòu)造面滲入坡體，容易造成滑坡。

2.1.4 水文條件

水對坡體有軟化、沖刷、動靜壓力、浮力等作用，在水的作用下容易造成滑坡。坡體受到暴雨等自然因素的干擾，若是雨水摻雜至滑坡體中，除了會使土體重力變大，也會令巖土原本性能發(fā)生變化，從而引起粉巖層的軟化，影響巖土的抗剪能，從而導致滑坡概率提升^[3]。

2.2 外部因素

2.2.1 設(shè)計原因

在進行地質(zhì)勘察過程中，勘察布點和鉆孔不能實現(xiàn)全斷面控制，部分地質(zhì)情況與實際地質(zhì)不一致，導致設(shè)計方案不合理。在開展邊坡設(shè)計過程中未遵循“一坡一設(shè)計”的原則，或者邊坡穩(wěn)定性驗算錯誤，導致設(shè)計方案不合理。

2.2.2 施工原因

施工過程中未嚴格按照施工工序要求，未按照“開挖一級支護一級”的原則進行施工或不遵循排水先行的原則，坡頂截水溝未及時施工完成就開始開挖邊坡，造成邊坡失穩(wěn)。施工質(zhì)量控制不嚴格，抗滑樁、擋土墻質(zhì)量不滿足國家規(guī)范標準要求。

2.2.3 外部荷載擾動

高速公路通車運營后，因來往車輛的動載或者邊坡坡頂被人為堆砌廢物，對邊坡造成擾動，從而產(chǎn)生滑坡。

3 滑坡預(yù)防及處治措施

3.1 預(yù)防措施

3.1.1 加強勘察設(shè)計

（1）做好現(xiàn)場勘察。做好地形地貌調(diào)繪，合理布設(shè)勘測點，探明工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況。加強滑坡體識別，進一步詳勘，劃分清楚滑坡的條、塊、級、層，明確滑坡面。

（2）強化設(shè)計選線。加強“地質(zhì)選線”，盡量繞避大型古老滑坡、易發(fā)生滑坡的位置，當不可繞避或者經(jīng)濟性優(yōu)勢大時，應(yīng)提供至少2種邊坡設(shè)計方案進行比選。針對古滑坡體可采用預(yù)防或者加固措施，預(yù)防古滑坡體復(fù)活或者導致發(fā)生新的滑坡。對于性質(zhì)簡單的中小型滑坡，可進行整治，路線不需繞避。應(yīng)注重調(diào)整路線平、縱面位置，以求整治簡單、工程量小、經(jīng)濟合理^[4]。

（3）做好邊坡穩(wěn)定性驗算及設(shè)計。貫徹“固腳、強腰、護面、排水”的高速公路邊皮設(shè)計理念?！肮棠_”一般可采用重力式擋土墻、抗滑樁、格構(gòu)錨固等措施。重力式擋土墻是依靠自重來抗滑，墻身后一般設(shè)置卸載平臺，墻基常設(shè)計為倒坡或者臺階形?？够瑯妒菢扼w穿過滑動面，多根樁共同作用抗滑；“護面”主要分為植物防護、工程防護或者兩者結(jié)合，坡面防護首先考慮采用植物防護，在植物防護不能滿足防護需求時，方可采用工程防護或綜合防護方案。植物防護主要包含撒種草籽或噴播植草、鋪草皮、三維網(wǎng)植草、客土噴播植草等。工程防護主要包含錨桿掛網(wǎng)噴射混凝土、護面墻、柔性防護系統(tǒng)等。綜合防護一般采用噴射植被混凝土、柔性支護結(jié)構(gòu)等。同時加強動態(tài)設(shè)計，根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況，及時調(diào)整設(shè)計。

（4）加強排水設(shè)計。在查明邊坡地表水及地下水發(fā)育分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，對邊坡進行針對性地防排水設(shè)計。地表排水工程的設(shè)計，主要是為了截排滑坡區(qū)以上的水體不流入滑坡區(qū)，之后通過人工溝道將水排出滑坡區(qū)域，避免邊坡隱患現(xiàn)象的發(fā)生。一般情況下，地表排水工程是系統(tǒng)性的排水網(wǎng)絡(luò)，通過樹枝狀排水溝和自然溝的構(gòu)建，提高排水工程的整體效率^[5]。若路基或邊坡存在較大地下水，影響其強度及穩(wěn)定性時，應(yīng)采取一定的措施，比如設(shè)置暗溝、滲溝等地下的截水、引水、排水系統(tǒng)，減少或者降低地下水對路基和邊坡的影響。綜合考慮地下水的性質(zhì)、深度、大小、滲透性及對環(huán)境的影響程度，加強地上與地下排水的綜合設(shè)計。

3.1.2 強化施工組織管理

邊坡穩(wěn)定性受施工的方法、工藝、工序、過程控制、質(zhì)量控制等影響，應(yīng)結(jié)合邊坡的設(shè)計方案、地質(zhì)情況、項目特點等加強施工組織設(shè)計。施工過程中嚴禁在滑坡體上部建設(shè)大臨設(shè)施，禁止在滑坡體表面棄土、堆放施工材料。施工前應(yīng)貫徹節(jié)水排水先行的理念，優(yōu)先施工截水排水設(shè)施。多級邊坡應(yīng)堅持從上到下開挖，開挖一級支護一級。對于“頭重腳輕”的滑坡體采取削坡減重，使滑體外形改善、重心降低，從而提高滑體穩(wěn)定性^[1]。

3.2 處治措施

對于已發(fā)生滑坡的工程可以采取反壓、穩(wěn)定樁間土、排水、封閉坡面等措施進行應(yīng)急處治。

3.2.1 應(yīng)急處治

（1）反壓支護。為避免滑坡加劇，根據(jù)滑坡體的穩(wěn)定狀態(tài)，在坡前進行反壓支護。在進行填土反壓時，填土需分層壓實，土地與滑坡體間需加防滲層。反壓時若有地下水，應(yīng)先做好地下排水系統(tǒng)。

（2）穩(wěn)定樁間土。對于地質(zhì)條件較差，抗滑樁之間土體不穩(wěn)定，應(yīng)立即采取掛網(wǎng)錨噴等工程措施加固樁間土，提高抗滑樁作用。

（3）排水。對于受到地下水影響及地表排水不暢影響的滑坡，應(yīng)立即實施地下水引排措施，加強地表水的截排。對于地表水，應(yīng)先清除滑坡范圍內(nèi)的雜物及植被，顯露出地形，根據(jù)坡體地形條件可以布設(shè)截水溝進行地表水截留，同時可以布設(shè)環(huán)形排水溝、樹枝狀排水溝，截水和排水有機結(jié)合，減少水對坡體影響。

（4）封閉坡面。當滑坡體出現(xiàn)裂縫時，應(yīng)及時對滑坡體的裂縫進行封閉，可以采用灌漿、素噴混凝土、彩條布等進行封閉，防止坡面滲水，進而加劇邊坡變形。

3.2.2 治理方案

（1）滑坡原因分析。組織勘察單位進行補充勘察，必要時增加鉆孔數(shù)量，進一步探明地質(zhì)情況，確定滑坡的深度及穩(wěn)定坡面位置。開展現(xiàn)場地形測量，繪制滑坡后的地形測量圖，并標出滑坡的特征點。同時埋入測斜儀、應(yīng)變計等及時監(jiān)控滑坡變形情況。綜合勘察設(shè)計階段的地勘數(shù)據(jù)、補充勘察數(shù)據(jù)及位移變形監(jiān)測情況，分析滑坡產(chǎn)生的原因。

（2）滑坡方案設(shè)計。邊坡治理過程中，要加強防水、截水、排水的綜合設(shè)計。根據(jù)滑坡原因進行針對性地方案設(shè)計，比如牽引式滑坡可以采用反壓、擋土墻、抗滑樁、錨桿、錨索等加強支護，推動式滑坡可以采用放緩坡率、減輕上部荷載或者綜合支擋措施進行設(shè)計。應(yīng)提供至少2種邊坡治理方案并組織專家現(xiàn)場踏勘，論證方案的科學性、合理性及經(jīng)濟性。

3.2.3 加強監(jiān)測

應(yīng)加強邊坡的全生命周期監(jiān)測，做好施工監(jiān)測及運營監(jiān)測，并以人工巡視巡查輔助。對地質(zhì)條件復(fù)雜、穩(wěn)定性較差的邊坡，宜結(jié)合地質(zhì)勘察方案和邊坡工程施工方案及早建立監(jiān)測系統(tǒng)，水文地質(zhì)條件復(fù)雜的邊坡還宜布置水文長觀孔，及時掌握邊坡穩(wěn)定情況。安全等級為一、二級的邊坡在開挖施工前應(yīng)布置好監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，開展地表位移、深層位移、支護結(jié)構(gòu)等方面檢測，并適當提高巡視巡查頻率。運營期健康監(jiān)測要與施工期檢測綜合考慮，統(tǒng)籌設(shè)計，應(yīng)力、變形監(jiān)測應(yīng)與施工期檢測相結(jié)合，保持數(shù)據(jù)的連貫性，以便對邊坡的穩(wěn)定性進行分析。

4 工程案例

4.1 工程概況

某高速公路山坡邊坡較陡，巖性為砂巖、泥巖互層，局部夾炭質(zhì)泥巖，巖體質(zhì)量差，由于長期降雨且雨量較大，土體經(jīng)雨水下滲浸泡強度降低，導致邊坡產(chǎn)生拉張裂縫、框架下錯、平臺開裂、底部擋墻局部變形等現(xiàn)象，降雨和巖體質(zhì)量差為邊坡產(chǎn)生表層蠕動變形的主要原因。

4.2 處治措施

4.2.1 應(yīng)急處治

經(jīng)現(xiàn)場踏勘，對滑坡的原因進行了初步判斷，采用反壓臨時應(yīng)急處理方案，反壓的土體高度需超過現(xiàn)有擋土墻頂部，并且寬度需大于10 m，坡面及坡頂裂縫應(yīng)采用彩條布封閉密實并設(shè)置臨時截水措施將雨水引至山下沖溝，坡腳拉設(shè)警示帶避免人員靠近。

4.2.2 治理方案及效果

（1）總體治理方案。經(jīng)過對邊坡地質(zhì)條件的綜合分析，先滑坡段落設(shè)計采取底部矮擋墻+放緩邊坡+邊坡錨固的治理方案。增加擋墻，擋墻墻身增加一排錨索（錨索長20 m），用一排鋼筋混凝土格梁連接，坡面采用臺階式邊坡，分級開挖，除頂上一級外，每級坡高10 m，平臺寬2～10 m，平臺及加寬平臺應(yīng)硬化并設(shè)平臺截水溝。邊坡坡率為1∶1.25～1∶1.75。

（2）細化設(shè)計。坡體松散破碎，穩(wěn)定性差，滑動面以上部分予以清除，清方采用從上到下緩坡漸進式清除，并嚴格按照開挖一級，支護一級的原則。邊坡開挖前，應(yīng)提前完成排水工程。錨桿、錨索框架需增加鋼筋混凝土地梁。

（3）監(jiān)測設(shè)計。增加監(jiān)測設(shè)計，布置測斷面，應(yīng)加強監(jiān)測頻率，做到每周測量大于2次，雨季期間應(yīng)做到每日監(jiān)測。監(jiān)測時間在施工完成之后不小于1個水文年，正常情況下數(shù)據(jù)采集時間間隔為7～10 d，在外界擾動較大時，如降雨期間，應(yīng)加密觀測次數(shù)。

（4）加強施工組織設(shè)計。應(yīng)嚴格按照設(shè)計的施工工序進行，對于實施錨固工程的路塹邊坡防護，原則要求邊坡開挖一級防護加固一級，按照自上而下的順序逐級開挖與防護加固施工。施工時應(yīng)加強監(jiān)測，保證安全，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況與設(shè)計不符時，應(yīng)及時聯(lián)系建設(shè)及設(shè)計單位開展動態(tài)設(shè)計。

（5）治理效果。經(jīng)應(yīng)急處治及治理之后，邊坡逐步穩(wěn)定，持續(xù)監(jiān)測坡體變形情況和治理效果，坡體趨于穩(wěn)定，未進一步發(fā)生滑動。

5 結(jié)語

高速公路發(fā)生滑坡通常是由于外部人為環(huán)境因素及內(nèi)部地質(zhì)水文條件綜合導致的。高速公路在不能避免穿越滑坡地帶時，應(yīng)做好預(yù)防設(shè)計，加強施工組織，做好動態(tài)設(shè)計，應(yīng)用自動監(jiān)測技術(shù)，提高邊坡穩(wěn)定性，降低滑坡的發(fā)生風險。在滑坡治理時應(yīng)先進行應(yīng)急處治，再對滑坡體開展補充地質(zhì)勘察和監(jiān)測分析，探明滑動面、滑坡體變形特點等情況。然后綜合考慮技術(shù)方案的合理性、經(jīng)濟性、安全性，制定不少于2項治理方案進行比選，確定最佳的治理方案。

參考文獻

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收稿日期：2023-08-05

作者簡介：李振珂（1990—），男，碩士研究生，工程師，研究方向：橋梁與隧道工程。