沁樊公路K3 滑坡穩(wěn)定性分析及整治措施研究

張雄偉，賴國泉，龐偉軍

（中鐵西北科學(xué)研究院有限公司，蘭州 730000）

山區(qū)修建公路時(shí)，由于對(duì)地質(zhì)災(zāi)害重視不足及地勘工作深度欠缺，往往因塹坡開挖卸荷，連續(xù)強(qiáng)降雨等不利條件形成老滑坡局部復(fù)活、塹坡整體失穩(wěn)或淺表層滑塌等地質(zhì)災(zāi)害[1-2]。

目前，國內(nèi)學(xué)者針對(duì)開挖后的路塹邊坡失穩(wěn)問題，做了大量的研究[3-6]，特別是當(dāng)路線經(jīng)過老滑坡段時(shí)，塹坡開挖后出現(xiàn)臨空面，應(yīng)力重分布后可形成最不利滑動(dòng)面，老滑坡易發(fā)生局部復(fù)活。塹坡開挖后，揭穿地下滯水水位，遇強(qiáng)降雨或連續(xù)降雨時(shí)，雨水下滲使土體飽和，在水位線附近易形成滑面，從而引發(fā)淺表層滑塌或更大范圍的牽引滑坡[7-10]，其中降雨是重要的誘發(fā)因素。

沁樊公路K3 滑坡位于山西省沁水縣，是由路塹開挖卸荷及連續(xù)降雨等不利條件引起的老滑坡局部復(fù)活，本文探討該滑坡的穩(wěn)定性及工程整治措施，為類似老滑坡段路塹邊坡勘察及支護(hù)方案提供借鑒和參考。

1 工程地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 區(qū)域工程地質(zhì)條件

沁水縣位于豫皖斷塊的次級(jí)單元中條山塊隆北段，以及太行—呂梁斷塊的次級(jí)單元沁水坳塊的西南部，研究區(qū)處于沁水坳塊（向斜）的南翼。該地區(qū)地震基本烈度為Ⅶ度，動(dòng)峰值加速度為0.10 g，動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45 s。項(xiàng)目區(qū)多年平均降水量643.7 mm，降雨量分配不均，年平均氣溫10.3 ℃，季節(jié)性凍土深度為0.6 m。

1.2 地形地貌

研究區(qū)位于沁水縣東部河北莊境內(nèi)，以中低山和河谷平川地貌為主，海拔780～1 100 m，山體坡度10～15°。區(qū)域山坡主要以林地、田地、工程開發(fā)用地為主。區(qū)內(nèi)坡面平整度較差，老滑坡、溝槽、陡坎等微地貌較發(fā)育。老滑坡沿河床寬約900 m，長約500 m，前后緣高差90 m，坡度30°左右。路塹邊坡以挖方路塹的形式從老滑坡前緣通過，區(qū)間路基寬24.5 m，最大開挖深度25.6 m，由三級(jí)坡構(gòu)成。如圖1 所示。

圖1 地形地貌

1.3 地層巖性

研究區(qū)地層巖性較簡單，現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)繪、地質(zhì)鉆探表明，主要以二疊系砂（P2）、全新統(tǒng)沖洪積卵礫石層（Q4al+pl）、第四系粉質(zhì)黏土、碎塊石土（Q4el+dl）及局部人工填土（Q4ml）等為主。

1.4 水文地質(zhì)

滑坡區(qū)處于縣河右岸山麓斜坡，地表水主要為縣河和右岸山坡支溝流水，縣河流量受季節(jié)性控制，支溝雨季有常流水，旱季干涸?，F(xiàn)場鉆探揭露，滑坡區(qū)地下穩(wěn)定水位13.6～20.1 m，旱季塹坡坡腳可見穩(wěn)定滲水點(diǎn)，汛期滲水點(diǎn)抬升至一級(jí)坡頂平臺(tái)。

2 滑坡基本特征

2.1 平面變形特征

現(xiàn)狀坡面于坡口線附近形成大量圈椅狀裂縫，并逐級(jí)向后緣擴(kuò)展，裂縫下錯(cuò)量、張開量大?；潞缶墧?shù)條裂縫基本呈貫通狀，有明顯的持續(xù)牽引變形趨勢(shì)。平面形態(tài)為“簸箕”狀，滑體橫向?qū)挾?50 m，縱向長度90 m，平均厚度約17 m，滑體體積約38×104m3，為一大型滑坡體。平面變形特征表現(xiàn)為“一面兩塊兩級(jí)”，即塹坡面淺表層滑塌變形+較大規(guī)模的2 塊前級(jí)變形+后級(jí)整體變形（圖2）。塹坡地表位移監(jiān)測(cè)成果顯示，開挖后17 d 內(nèi)該區(qū)域水平位移量達(dá)17.8 cm，最大下錯(cuò)量達(dá)11.7 cm。

圖2 滑坡變形特征

2.2 空間形態(tài)特征

路塹邊坡變形以坡面溜滑和淺層滑塌變形為主，滑面以坡頂裂縫和坡腳為界呈圓弧形，坡面溜滑體厚度約1 m，淺層滑塌體厚度約6 m。

滑坡剪出于開挖后的塹坡坡腳，后界至后緣拉裂處。整體除淺表層的坍塌溜滑變形外，大規(guī)?；w可分為前、后級(jí)2 級(jí)。前級(jí)滑體由路線開挖卸荷直接誘發(fā)，后級(jí)由前級(jí)滑體的變形牽引形成。主滑面依附于旱期地下穩(wěn)定水位線，前、后滑面連續(xù)貫通，滑面傾角9～10°，滑體厚度14.5～18.5 m，至前緣從塹坡坡腳剪出，部分段落剪出口呈-5°反翹形態(tài)。滑帶埋深基本一致，厚度較均勻，無明顯的傾斜或起伏變化（圖3）。

圖3 滑坡2-2’典型剖面圖

2.3 滑面形態(tài)特征

前、后級(jí)滑體滑動(dòng)面主要依附穩(wěn)定地下水位中的黏土層、黏土夾角礫層或角礫土層孕育產(chǎn)生，多處于紫紅色土層頂部。根據(jù)鉆探揭露，滑動(dòng)面附近巖性黏粒含量高，呈軟塑狀。鉆孔中，ZK-2 的紫紅色黏土夾角礫層中于頂部黏土層內(nèi)發(fā)育光滑鏡面（圖4（a）），埋深14.5 m；ZK-4 中于18.5 m 深度的黏土夾角礫層中發(fā)現(xiàn)光滑鏡面（圖4（b））；ZK-5、ZK-8 均在角礫土層中的黏土層內(nèi)發(fā)育光滑鏡面，埋深分別為16.7 m、15.5 m；ZK-1、ZK-7 均在地下水位面附近發(fā)育黏土夾角礫層，在地下水的軟化作用下黏土層構(gòu)成了滑坡變形滑動(dòng)的主要軟弱帶。

圖4 典型滑面（光滑鏡面）

3 滑坡變形機(jī)理及誘發(fā)因素分析

3.1 滑坡變形機(jī)理分析

滑坡的變形模式為路線開挖誘發(fā)的牽引式堆積體邊坡滑移和滲透破壞，變形機(jī)理主要表現(xiàn)為以下幾方面。

路線大開挖卸荷，導(dǎo)致高塹坡前部失去支撐，在坡體淺層范圍形成圓弧形應(yīng)力分布形態(tài)，形成最不利軟弱面并產(chǎn)生淺表層滑塌變形。

坡體地層以塊碎石土為主，粗、細(xì)土粒徑相差懸殊，挖方揭穿滯水層后形成的泉眼，產(chǎn)生滲流作用，使塹坡淺表層細(xì)粒土易管涌流失，對(duì)塹坡體的整體穩(wěn)定更為不利。

坡體內(nèi)存在穩(wěn)定水位，順坡向連續(xù)發(fā)育，水位面附近土體已被軟化，為較大規(guī)模邊坡的滑移變形提供了良好的依附面。

塹坡開挖后遇連續(xù)強(qiáng)降雨，大量雨水下滲，地下水位快速抬升，在坡體內(nèi)形成強(qiáng)徑流，坡體沿軟化帶產(chǎn)生滑動(dòng)變形，形成了現(xiàn)有的前、后級(jí)滑體。

3.2 滑坡誘發(fā)因素分析

沁樊公路K3 滑坡變形的誘發(fā)因素體現(xiàn)在以下3個(gè)方面。

地質(zhì)環(huán)境。宏觀上研究區(qū)處山麓斜坡帶，地形起伏較大，老滑坡后緣呈洼槽狀，為雨水的匯聚和下滲提供了充足的補(bǔ)充源，外加基巖整體向縣河側(cè)單斜，為路塹邊坡提供了良好的易滑、易滲透變形物質(zhì)。微觀上滑坡區(qū)地下水發(fā)育，上層滯水區(qū)和穩(wěn)定水位面附近形成軟弱區(qū)，地下水的徑流增大了坡體下滑力，外加坡體中的粉黏粒遇水軟化、易管涌變形，導(dǎo)致堆積體力學(xué)強(qiáng)度降低，形成易滑地層。

開挖卸荷。開挖后塹坡失去支撐，區(qū)域地應(yīng)力重分布，產(chǎn)生向坡面的不利地應(yīng)力，迫使了塹坡坡體的變形。同時(shí)開挖揭穿了數(shù)層上層滯水，在坡腳形成泉眼并軟化坡腳，導(dǎo)致坡體沿穩(wěn)定水位面軟弱帶形成滑移面，誘發(fā)了大面積滑坡的產(chǎn)生。

連續(xù)降雨。連續(xù)降雨導(dǎo)致土體內(nèi)部含水率迅速增高，滑體的重度增大，滲透力作用增強(qiáng)，抗剪強(qiáng)度迅速降低，下滑力持續(xù)增大，抗滑力不斷減弱，使坡體變形持續(xù)發(fā)展，變形范圍不斷擴(kuò)大。

4 滑坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

4.1 計(jì)算參數(shù)選取

穩(wěn)定性計(jì)算中首先要確定滑體的容重γ、滑帶的土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)（c和φ 值）。根據(jù)滑坡現(xiàn)狀形態(tài)、原位測(cè)試及滑帶土試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并結(jié)合該地區(qū)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，綜合確定滑坡計(jì)算參數(shù)，具體見表1。

表1 巖土體物理力學(xué)參數(shù)

4.2 計(jì)算結(jié)果及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

該滑坡滑動(dòng)面類型為折線型，采用傳遞系數(shù)法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，按圖2 所示選1-1’、2-2’、3-3’三個(gè)剖面分析，工況1 為天然狀態(tài)，工況2 為暴雨?duì)顟B(tài)，工況3為地震狀態(tài)，計(jì)算結(jié)果詳見表2。

表2 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

計(jì)算結(jié)果表明，在自然工況下滑坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨工況下穩(wěn)定性整體降低，呈不穩(wěn)定狀態(tài)，破壞概率大，地震工況下，處于臨界-欠穩(wěn)定狀態(tài)。

現(xiàn)場變形情況也驗(yàn)證了沁樊公路K3 滑坡的變形特征，目前坡面淺表層滑塌體周界裂縫全部貫通，下錯(cuò)拉裂量大；滑坡前級(jí)滑體周界裂縫均較發(fā)育，周界裂縫基本貫通，裂縫最大張開寬度達(dá)40 cm，下錯(cuò)量30 cm。綜合判定，現(xiàn)狀條件下前級(jí)滑體穩(wěn)定性系數(shù)介于1.00～1.05，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。后級(jí)滑體的變形同樣明顯，后緣周界數(shù)道裂縫變形量大，且牽引微裂縫發(fā)育，綜合判定，現(xiàn)狀條件下后級(jí)滑體整體穩(wěn)定性系數(shù)1.05 左右，處于欠穩(wěn)定-基本穩(wěn)定狀態(tài)。

5 滑坡整治措施

5.1 工程位置處推力計(jì)算

沁樊公路K3 滑坡治理時(shí)，安全系數(shù)在天然、暴雨及地震工況下分別取1.25、1.20、1.10，巖土體物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)按表1，路基開挖后滑坡推力計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 工程位置處推力計(jì)算kN·m-1

5.2 整治工程措施

沁樊公路K3 滑坡前緣出水明顯，滑體內(nèi)地下水豐富，開挖后坡體變形急劇增大，為使滑坡徹底穩(wěn)定，需貫徹支擋與排水并重理念。治理措施分2 階段進(jìn)行，第一階段為應(yīng)急搶險(xiǎn)工程，第二階段為支擋及截排水工程，輔以其他工程措施（圖5）。

圖5 治理工程2-2’斷面圖

5.2.1 應(yīng)急搶險(xiǎn)工程

為有效疏排滑體內(nèi)的地下水，在塹坡坡腳設(shè)2 排仰斜排水孔，自下而上長度為30、20 m，仰角為5°，排距為1.0 m，下排距路面1.5 m，將排出的水引入路基排水溝內(nèi)。

5.2.2支擋及截排水工程

在塹坡二級(jí)平臺(tái)設(shè)一排42 根C30 鋼筋砼抗滑樁，樁間掛板，樁長30 m，樁寬2.2 m，滑動(dòng)方向長2.6 m，樁心距6 m，滑面以下埋深12 m；坡腳設(shè)C25 素砼擋土墻一道，高3.5 m，塹坡面采用菱形骨架防護(hù)，每級(jí)平臺(tái)上設(shè)截排水溝一道，滑坡周界外2 m 修建截水溝，使之形成一套完整的截排水系統(tǒng)。

5.2.3 其他工程

為進(jìn)一步消除滑坡松散土體的沉降變形對(duì)養(yǎng)殖場地基的影響，采用微型樁加固處理，在場區(qū)外布設(shè)3排微型樁，樁長21 m，樁徑0.15 m，間距和排距均為1.5 m，并用頂板連接。張拉下錯(cuò)裂縫下部采用黏土夯填封閉處理，上部回填種植土，在坡腳、中部及后緣位置設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，施工期及工后繼續(xù)監(jiān)測(cè)。

6 結(jié)論

1）沁樊公路K3 滑坡為一老滑坡體的前部復(fù)活導(dǎo)致產(chǎn)生，滑體橫向?qū)挾?50 m，縱向長度90 m，滑體體積約38×104m3，滑體成分以老滑坡作用產(chǎn)生的粉質(zhì)黏土、塊碎石土為主，滑面埋深14.5～18.5 m，滑坡從淺表層滑塌逐級(jí)向后牽引變形，為一大型牽引式滑坡，變形主要由塹坡開挖卸荷及連續(xù)降雨引起。

2）現(xiàn)場監(jiān)測(cè)結(jié)果及穩(wěn)定性分析表明，目前滑坡淺表層處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，各級(jí)滑體在自然工況下欠穩(wěn)定，暴雨工況下呈不穩(wěn)定狀態(tài)，地震工況下為臨界穩(wěn)定-欠穩(wěn)定狀態(tài)。

3）針對(duì)沁樊公路K3 滑坡，應(yīng)急搶險(xiǎn)階段在地下水位線附近設(shè)仰斜排水孔，起到疏排地下水作用；永久治理工程措施，采用樁板墻進(jìn)行強(qiáng)支擋，輔以坡腳擋墻、坡面骨架防護(hù)及完善的截排水系統(tǒng)，從而徹底根治滑坡。