粵北山區(qū)高速公路某路塹滑坡機理及治理措施研究

徐洪明,李 帥

（山東省交通規(guī)劃設計院有限公司, 山東 濟南 250031）

引言

高速公路選線應進行地質選線，尤其是山區(qū)高速公路更應重視地質選線，選線時應對路線所經(jīng)區(qū)域、走廊帶的工程地質進行深入調(diào)查、勘察，遇有滑坡等不良工程地質的地段應謹慎對待，應首先采取繞避的處理措施。但因山區(qū)地質情況復雜，受制于地質勘察手段有限及勘察鉆孔密度的局限，不可能對所有潛在不良地質地段進行繞避，從而在工程開工并進行路塹開挖后，在降雨、未及時防護等因素綜合作用下，產(chǎn)生滑坡現(xiàn)象?；轮卫泶胧┏Ｒ姷挠绣^索格梁護坡、抗滑樁、抗滑擋土墻等，均能很好的治理滑坡，可視滑坡類型采用不同的處治措施。

發(fā)生滑坡的誘因較多，對粵北山區(qū)高速公路某路塹滑坡發(fā)生機理進行分析，采用GEO-Studio邊坡穩(wěn)定性模塊SLOPE/W極限平衡法進行穩(wěn)定性計算，根據(jù)穩(wěn)定性計算結果采取處治措施，達到了較好的治理效果。

1 工程概況

粵北山區(qū)某高速公路路塹邊坡，原設計三級邊坡，一、二級邊坡采用人字形骨架CF生態(tài)網(wǎng)植草防護，三級邊坡采用噴播植草防護，一級邊坡坡腳設置腳墻防護。施工過程中，由于正處雨季，隨著路塹下部土方挖除，場區(qū)連續(xù)強降雨，上游來水下滲，導致坡面巖土力學性質減弱，巖土體C、Φ值明顯降低，開始發(fā)生蠕滑變形，截水溝被拉裂,邊坡前緣發(fā)生滲水，坡體及后緣出現(xiàn)拉張裂縫，坡體上部形成多條平行的拉張裂縫及錯臺，最終形成了滑坡。

1.1 地形地貌

滑坡區(qū)屬構造剝蝕丘陵地貌單元，自然坡度20～35°，地勢起伏較大，總體地形為下陡中緩上陡，對滑坡的形成有利?；聦嵕罢掌妶D1、圖2。

圖1 滑坡實景照片

圖2 塹頂拉張裂縫

1.2 地質構造

根據(jù)地質調(diào)查，路塹區(qū)段構造運動強烈，巖體破碎，節(jié)理發(fā)育，坡體范圍內(nèi)巖層起伏較大，主要巖層產(chǎn)狀133°∠48°。泥質粉砂巖多呈碎塊狀及泥狀，其巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，主要節(jié)理產(chǎn)狀37°∠46°、26°∠64°等。局部不連續(xù)結構面高角度順傾，多組不利結構面易引起楔形體失穩(wěn)。路線走向270°?，F(xiàn)場結構面情況見表1。

表1 現(xiàn)場結構面情況統(tǒng)計

1.3 地層巖性

根據(jù)該區(qū)鉆探結果以及結合區(qū)域地質資料分析，該區(qū)揭露深度內(nèi)的地層覆蓋層薄，表層為第四系坡積（Q3+4dl）的粉質黏土、礫質粉質黏土，下伏石炭系測水段（C1dc）泥質砂巖、砂質泥巖、含高嶺石泥巖、灰?guī)r及炭質灰?guī)r等。

巖層部分由上及下：素填土（Q4ml）：棕褐色，灰褐色，稍濕，稍密-中密，土質不均勻，以全-強風化泥質粉砂巖混凝土及風化巖碎屑為主。場區(qū)普遍分布，厚度平均1.51 m。

粉質黏土（Q3+4dl）：棕褐色，硬塑，很濕，切面稍粗糙，由黏粒和粉粒組成，土質不均，含少量角礫及風化巖碎屑，表層為耕植土。場區(qū)普遍分布，厚度平均1.76 m。

全風化泥質砂巖（C1dc）：棕褐色，灰白色，濕，風化很強烈，原巖結構構造大部分破壞，節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖芯多呈泥柱狀，碎屑狀，夾碎塊狀，手可掰開，遇水易軟化，崩解。場區(qū)普遍分布，厚度平均10.74 m。

強風化泥質砂巖（C1dc）：黃褐色，風化稍強烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，取芯呈碎塊狀及泥柱狀，塊徑2～7 cm，錘擊聲脆，易碎，風化不均，夾全風化薄層。場區(qū)普遍分布，厚度平均3.65 m。

強風化泥質砂巖（C1dc）：棕褐色，主要成分為石英及長石，風化強烈，節(jié)理裂隙很發(fā)育，取芯呈碎塊狀及柱狀，泥柱狀，塊徑2～8 cm，碎塊錘擊聲脆，可碎。場區(qū)普遍分布，厚度平均2.40 m。

強風化灰?guī)r（C1dc）：淺灰色，風化很強烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，取芯短柱狀夾碎塊狀，節(jié)長4～8 cm，錘擊聲脆，易碎，取芯率80%，該層溶蝕很發(fā)育。場區(qū)普遍分布，厚度平均1.10 m。

中風化（炭質）灰?guī)r（C1dc）：淺灰色，隱晶質結構，層狀構造，礦物成份以白色方解石為主，風化強烈，巖芯呈柱狀夾碎塊狀，一般節(jié)長為20～30 cm，錘擊聲脆，易斷，溶蝕發(fā)育。場區(qū)普遍分布，厚度平均1.13 m。

溶洞(串珠溶洞) （C1dc）：充填物為中風化灰?guī)r，粉質黏土，較多空洞，漏漿。場區(qū)普遍分布，厚度平均2.83 m,局部鉆孔未揭穿。

中風化灰?guī)r（C1dc）：淺灰色，灰白色，隱晶質結構，層狀構造，礦物成份以白色方解石為主，風化程度中等，節(jié)理裂隙稍發(fā)育，巖芯呈柱狀夾長柱狀，一般節(jié)長為6～40 cm，錘擊聲脆，易斷。場區(qū)普遍分布，厚度平均5.73 m。

全風化含高嶺石泥巖（C1dc）：淺灰白色，風化劇烈，原巖結構構造已基本破壞，巖芯多呈泥柱狀，碎屑狀，手可掰開，巖芯有滑膩感，遇水極易軟化，崩解。場區(qū)普遍分布，厚度平均5.19 m。

強風化含高嶺石泥巖（C1dc）：淺灰白色夾棕褐色，風化很強烈，節(jié)理裂隙很發(fā)育，取芯呈碎塊狀狀，塊徑2～6 cm，碎塊錘擊聲悶，很易碎，夾強風化泥質砂巖薄層。場區(qū)普遍分布，厚度平均2.60 m。

巖土層物理力學指標見表2。

表2 主要巖土體工程物理力學指標表

1.4 氣象水文條件

場區(qū)雨季地表徑流較多，地下水由上部土層孔隙潛水、深部基巖裂隙水及巖溶水組成，含水量較大，其補給來源主要靠大氣降水的入滲補給?；洷鄙絽^(qū)每年3～7月為雨季，持續(xù)降雨，7～9月易受臺風暴雨侵襲影響。

1.5 施工現(xiàn)狀及滑坡調(diào)查

2018年5月上旬，由于場區(qū)連續(xù)3 d強降雨，K135+900附近左側第三級邊坡出現(xiàn)滑塌，三級塹頂裂縫成圈椅狀，坡面羽狀裂縫發(fā)育，已經(jīng)出現(xiàn)明顯下錯約100 cm；一級邊坡平臺排水溝附近縱縫斷續(xù)貫通；K135+850—K135+950一級平臺水溝往路基側推移約50 cm，K135+900處一級邊坡已經(jīng)實施完的格梁外翹，局部平臺下錯明顯，坡腳擋土墻出現(xiàn)外推移現(xiàn)象，一、二級邊坡地質鉆孔沖水。

2 滑坡變形情況

通過勘察及地質調(diào)繪揭示，滑動帶跡象較明顯，以第四系堆積層、全風化泥質砂巖以及含高嶺石泥巖軟弱夾層層面為主?；瑤林饕煞圪|黏土、全強風化泥質砂巖（弱膨脹性）、砂質泥巖、含高嶺石砂質泥巖（弱膨脹性）等組成，滑帶土受滑動作用巖體結構揉皺破壞呈粘土狀，經(jīng)現(xiàn)場觀察，可見擦痕。

滑坡后緣裂縫已形成，但由于目前路基還沒開挖至基底，受坡腳反壓護道的作用影響，深層滑坡剪出口尚未形成，還未形成整體滑動。

3 滑坡產(chǎn)生機理

內(nèi)在因素包括地形地貌、地層巖性、巖體結構與地質構造等；外在因素包括水文地質條件、地震條件及人為因素（工程開挖）等。

3.1 地層巖性

根據(jù)鉆探資料及結合野外地質調(diào)查，邊坡主體主要由第四系坡殘積粉質粘土，下伏石炭系測水段（C1dc）泥質砂巖、砂質泥巖、含高嶺石泥巖，具有弱膨脹性；另外，受構造運動及風化作用影響，場區(qū)泥質砂巖已泥化，坡體易沿著巖體的軟弱帶發(fā)生滑動破壞。

3.2 地形及地質結構

滑坡區(qū)屬構造剝蝕丘陵地貌單元，自然坡度20～35°，地勢起伏較大，總體地形為下陡中緩上陡，對滑坡的形成有利；滑坡體及滑床為一套沉積建造的厚層狀地層，路塹形成的邊坡為順層邊坡，邊坡率1∶1（45.0°）。邊坡土體受重力作用產(chǎn)生順層的推力（即下滑力），受滑體內(nèi)部、滑體與滑床之間的摩阻力和坡腳相對平緩土體阻擋，暫時平衡。當外界條件發(fā)生改變時，打破其原有平衡狀態(tài)，土體抗滑力減小，使上部土體順層面發(fā)生滑移變形。

3.3 地下水因素

大氣降水及地下水滲入坡體內(nèi)，造成坡體內(nèi)部水位升高，巖土體重度增加，下部全風化炭質頁巖（劣質煤層）滲水性相對較差，造成巖土體內(nèi)部的水不能及時排走，在水的浸泡下，造成土體內(nèi)部的孔隙水壓力增大，使滑面處的巖土體軟化、泥化，其有效應力和其抗剪強度降低，是造成滑坡形成的主要因素。

3.4 工程因素

由于開挖路塹，坡腳處抗滑段刷去土方，減少了抗滑力，邊坡變陡、形成臨空面，往往在坡腳處出現(xiàn)應力集中，致使坡腳強度不足，坡腳巖土體被壓潰，從而使邊坡發(fā)生塌滑破壞。

雨水下滲致使含煤軟弱層巖土體吸水后抗剪強度大幅度降低、路塹開挖卸荷形成臨空面，坡腳處出現(xiàn)應力集中，巖土體潰屈。該滑坡的產(chǎn)生，地層巖性、地質構造及地下水是主控因素，地形、氣候等是次要因素，工程開挖等是誘發(fā)因素，滑坡主體依附于泥化、高嶺土化的泥質砂巖及劣質煤層軟弱夾層和不利結構面組合下的破碎巖體切層滑動，破壞模式為多級多層的牽引式中層滑坡。

4 滑坡體穩(wěn)定性分析

4.1 計算方法

采用加拿大巖土分析軟件GEO-Studio中SLOPE/W模塊Morgenstern-Price法。

4.2 計算斷面和滑面的確定

根據(jù)補充地質資料，邊坡滑動穩(wěn)定性分析計算選用K135+835橫斷面為計算斷面。

根據(jù)現(xiàn)場踏勘及勘探資料分析，該滑坡破壞形式是深層滑動，滑動面呈近折線型。

4.3 計算工況

根據(jù)路基規(guī)范要求，邊坡穩(wěn)定性計算時應考慮天然狀態(tài)工況、暴雨狀態(tài)工況及地震荷載作用下的工況，該區(qū)域地震動峰值加速度系數(shù)為0.05 g，不考慮地震荷載作用，場區(qū)降雨量充沛，夏季易受暴雨侵襲，按最不利情況考慮，即按暴雨狀態(tài)考慮。

4.4 計算參數(shù)

受取樣代表性、取樣試驗條件的限制，滑帶土室內(nèi)土工試驗參數(shù)數(shù)據(jù)與實際存在一定偏差，計算以反算參數(shù)為主。

依據(jù)該滑坡當前滑體與滑面的變形活動特點，分析評價滑體與滑面的穩(wěn)定系數(shù)，其穩(wěn)定程度分析計算成果見表3，指標反算參數(shù)見表4。

表3 滑坡穩(wěn)定程度分析計算成果一覽表

表4 反算參數(shù)表

4.5 計算模型及計算結果

Geo-Slope/W邊坡計算模型見圖3，剩余下滑力計算結果見表5。

圖5 邊坡沿深層面（根據(jù)位移拐點）滑動的現(xiàn)狀安全系數(shù)Fs=1.01

表5 穩(wěn)定性計算結果

采用反算參數(shù)指標計算K135+835斷面安全系數(shù)達到路基規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)1.2時,剩余下滑力為456 kN/m，需提供456 kN/m抗力才能保證邊坡穩(wěn)定，為保證線路正常通車，需對該處滑坡進行加固處理。

5 處治措施及排水系統(tǒng)

5.1 處治措施

主滑區(qū)域原設計為三級邊坡，根據(jù)滑坡具體情況，采用原位加固方案處治滑坡。

（1）一級邊坡坡腳：設置三排豎向鋼花管+樁頭錨索加固，樁長L=12 m。一級邊坡：坡高9.5 m，坡腳已經(jīng)取消腳墻，坡率為1∶1.38，維持原設計坡形坡率不變，維持原設計錨桿格梁護坡，新設置兩排十字型錨索格梁，錨固段14 m；一級邊坡平臺：維持原排水溝及平臺；設置三排豎向鋼花管+樁頭錨索加固；（2）二級邊坡：坡高8 m，坡率為1∶1.5，設置兩排錨索格梁護坡，錨固段14 m；二級邊坡平臺：維持原排水溝及平臺；（3）三級邊坡：坡率為1∶1.5，維持邊坡原設計噴播植草防護。

圖7 滑坡處置典型橫斷面圖

5.2 排水系統(tǒng)

增強坡體內(nèi)部排水，一、二級邊坡坡腳及邊坡中部均布設仰斜式排水管，間距10 m，梅花形布置，排水管長20 m。

5.3 整治后穩(wěn)定性評價

采用預應力錨索框架梁對滑坡進行治理，治理后的滑坡穩(wěn)定性系數(shù)提高到1.246，治理后的滑坡經(jīng)過雨季考驗，并經(jīng)深孔測斜數(shù)據(jù)驗證，數(shù)據(jù)均無異常，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，仰斜式排水管排水效果較好。

6 結語

采用GEO-Studio邊坡穩(wěn)定性模塊SLOPE/W極限平衡法對滑坡進行穩(wěn)定性計算，并通過雨季的考驗，深孔監(jiān)測無異常，證明錨索格梁+豎向鋼花管+仰斜式排水管處治該滑坡可行。