寧武高速某滑坡勘察、成因分析及治理建議

■陳 明

（福建省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，福州 350004）

高邊坡在施工開挖期間會(huì)導(dǎo)致坡體內(nèi)部應(yīng)力失去平衡，容易造成坡體開裂，如開挖方式不當(dāng)則會(huì)造成更嚴(yán)重的工程事故。 而坡體開裂如不及時(shí)對(duì)坡體采用有效的治理措施，一旦在暴雨天氣、地震等惡劣條件的影響下容易形成滑坡，對(duì)附近在建的項(xiàng)目及人民的生命財(cái)產(chǎn)會(huì)造成巨大損失，有的甚至可能造成毀滅性的災(zāi)難。 所以，研究滑坡的性質(zhì)、成因及治理手段具有重要的意義。

本文結(jié)合寧武高速公路A7 合同段[1]周寧連接線滑坡的工程實(shí)例， 為了查明該滑坡的性質(zhì)、成因，投入地質(zhì)調(diào)繪、鉆探、原位測試及室內(nèi)試驗(yàn)等勘察手段，并通過穩(wěn)定性分析計(jì)算，提出滑坡治理建議，最終通過有效的工程治理，達(dá)到邊坡施工穩(wěn)定的過程。

1 工程概況

滑坡區(qū)位于寧武高速公路A7 合同段周寧連接線樁號(hào)K0+600～K0+650 段北側(cè)約100 m，坡體長度50.0 m，上邊坡最大高度33 m，中心最大挖深18 m。原設(shè)計(jì)前緣為擋土墻加坡面二階護(hù)坡，坡體處于施工階段，擋土墻已做好。 目前坡面已開挖，并卸載部分土方，形成二階坡角緩，三階較陡的情況。

根據(jù)施工日志：2011 年6 月， 坡面發(fā)生輕微拉裂縫，之后坡體前緣、左側(cè)陸續(xù)發(fā)生幾次小規(guī)模的崩塌；2012 年春季，大雨持續(xù)10 多天后，坡體第一級(jí)裂縫進(jìn)一步發(fā)生變形破壞， 最大張開距離約40 cm，坡體后緣下挫，形成高約2 m 的陡壁，裂縫長約10 m， 兩側(cè)坡面可見多處小規(guī)模拉張裂縫，嚴(yán)重威脅坡體下方在建公路的安全（圖1）。

圖1 工程地質(zhì)平面圖

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌、氣候條件

場區(qū)屬閩北丘陵地貌區(qū)，原始地貌上為山間凹地一側(cè)山坡，海拔790～840 m，山坡坡度變化大，約15°～30°。 場區(qū)位于周寧縣七步鎮(zhèn)，屬中亞熱帶季風(fēng)氣候， 冬長夏短， 雨量充沛， 年平均降水量約2069 mm，雨季為每年4-9 月，由于降水量在一年中的分配不均勻，因此各月干燥度差異也較大。 由于山地云霧多，而造成日照時(shí)間減少，最多年日照1 600 h 以上 （1963 年）， 最少年僅有1 338.7 h（1973 年）。 一年中的分布：以夏季日照較多，7 月和8 月的日照時(shí)數(shù)均在200 h 以上，春秋季日照較少，只有120 h。

2.2 地層分布及地質(zhì)構(gòu)造

2.2.1 地層分布

場區(qū)自上而下分布為： 第四系坡積粉質(zhì)粘土（Qdl）、殘積砂質(zhì)粘性土（Qel）及下伏侏羅系南園組（J3n3）碎斑熔巖及其風(fēng)化層。

坡積粉質(zhì)粘土主要分布在施工開挖的坡面的上部，灰黃色，濕，可塑狀，厚度2.0～5.4 m，主要以粘粉粒為主、粘性差，干強(qiáng)度一般，切面粗糙，含碎石15%～30%，呈次棱角狀，粒徑4～6 cm，較硬。

殘積砂質(zhì)粘性土主要分布在坡面的下部，褐黃色，稍濕，硬塑狀，厚度2.3～6.1 m，干強(qiáng)度和韌性中等，含石英顆粒，為火成巖風(fēng)化殘積而成，以粘性土為主，遇水易軟化。

下伏基巖及其風(fēng)化層為南園組 （J3n3） 碎斑熔巖，灰色～灰青色，熔結(jié)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖芯呈塊狀?yuàn)A短柱狀，柱長10～20 cm，多見黑色浸染面，巖質(zhì)較堅(jiān)硬，其土風(fēng)化層呈灰黃色，散體狀，水浸易崩解；塊狀強(qiáng)風(fēng)化層呈灰色、灰黃色，塊徑4～6 cm，棱角狀，易碎。

按《巖土工程勘察規(guī)范》[2]對(duì)滑坡場地范圍內(nèi)布置6 個(gè)鉆孔，為HP01～HP06，根據(jù)鉆孔揭示的地層情況對(duì)平面圖布置1-1’、2-2’、3-3’斷面圖進(jìn)行分析， 1-1’斷面可見滑動(dòng)面位置，2-2’、3-3’斷面為正常地層，具體地層分布情況見圖2～4。

圖2 1-1’斷面圖

2.2.2 地質(zhì)構(gòu)造

場地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有活動(dòng)性大型區(qū)域斷裂，也未發(fā)現(xiàn)有場地構(gòu)造發(fā)育，場地現(xiàn)狀總體穩(wěn)定。 根據(jù)國標(biāo)《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306-2015）[3]，基本地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g。 綜合評(píng)定場區(qū)地震基本烈度為6 度，基本地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜特征周期為0.40 s，為相對(duì)穩(wěn)定區(qū)。

圖3 2-2’斷面圖

圖4 3-3’斷面圖

2.3 水文地質(zhì)調(diào)查

勘察期間坡體左側(cè)地表發(fā)育一處沖溝， 寬約50 cm，深20～50 cm，溝內(nèi)未見水流，此外場區(qū)未見地表水體發(fā)育。 地下水主要為賦存于殘坡積層和基巖風(fēng)化層內(nèi)的孔隙水裂隙水， 接受大氣降水補(bǔ)給，向坡體前部地勢較低處排泄。 勘察期間未見降雨，鉆探后場區(qū)發(fā)生降雨，受其影響，鉆孔內(nèi)水位變幅較大，水位埋深5～15 m。 據(jù)現(xiàn)場水質(zhì)分析報(bào)告，場區(qū)地下水對(duì)混凝土具微腐蝕性。

3 滑坡性質(zhì)及成因分析

3.1 滑坡性質(zhì)分析

滑坡區(qū)的巖土類型為第四系殘坡積（Qdl-el）土及下部南園組（J3n3）碎斑熔巖及其風(fēng)化層組成，滑坡物質(zhì)以結(jié)構(gòu)松散、抗風(fēng)化能力及抗剪強(qiáng)度低的殘坡積土為主，屬于土質(zhì)滑坡。 根據(jù)施工現(xiàn)場情況，邊坡開挖后，坡面產(chǎn)生了第一級(jí)裂縫，未及時(shí)進(jìn)行抗滑支護(hù)，經(jīng)過了長期的發(fā)展，加上暴雨作用后，第一級(jí)裂縫加劇開裂變形并滑動(dòng)后，上部坡體失去支撐造成后緣的第二次裂縫，表面呈階梯狀，且橫向多見小規(guī)模張拉裂縫，參考《工程地質(zhì)手冊(cè)》[4]，該滑坡屬于工程滑坡及牽引式滑坡，滑體以殘坡積土及土狀風(fēng)化碎斑熔巖組成，滑坡體積約24×104m3，屬于中型土質(zhì)滑坡。

3.2 滑坡形成原因分析

滑坡的形成主要分為內(nèi)因及外因，（1）內(nèi)因分析：殘坡積土自身穩(wěn)定性差，土質(zhì)松散，滲透性較好，飽水易散，與下伏基巖形成一定坡度的傾向坡面下部的土石界面，同時(shí)在坡體左側(cè)前部發(fā)育一產(chǎn)狀270～280°∠70°的平直結(jié)構(gòu)面， 坡體左側(cè)以此結(jié)構(gòu)面為周界，結(jié)構(gòu)面外部為碎塊狀～中等風(fēng)化基巖，內(nèi)部坡體為全風(fēng)化～砂土狀風(fēng)化層。 坡體左側(cè)地表發(fā)育一處沖溝，寬約50 cm，深20～50 cm，勘察期間無水，但坡體周界有匯水的趨勢，分析沖溝與坡體存在水力聯(lián)系，在長時(shí)間的暴雨情況下，雨量將會(huì)滲入坡體，由于受基巖面阻水能力強(qiáng)，水量從坡體前緣流出，測得流量0.1～0.15 L/s，同時(shí)造成坡體土層飽水，自重增加，內(nèi)聚力及內(nèi)摩擦角降低。 （2）外因分析：坡體下部原始地面高程約794 m，開挖路面后高程約774 m，開挖深度達(dá)20 m。 坡體土層上部較薄，5～8 m；下部較厚，約16 m。 開挖造成了坡體下部覆蓋層被深挖，前緣形成高陡臨空面，打破了原應(yīng)力平衡狀態(tài)，在第一級(jí)裂縫產(chǎn)生后未及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，坡腳部位擋墻支撐能力差，坡體內(nèi)應(yīng)力得到釋放，下部滑塌牽引上部坡體，造成坡體沿土、巖接觸面蠕動(dòng)失穩(wěn)，在連續(xù)暴雨天氣的作用下逐漸形成工程牽引式土質(zhì)滑坡。

綜合分析，在自身土體物理力學(xué)性質(zhì)差的基礎(chǔ)上，前緣開挖造成高陡臨空面，在擋墻未起到支撐作用，坡面出現(xiàn)初級(jí)裂縫的情況下未及時(shí)進(jìn)行抗滑支護(hù)， 裂縫進(jìn)一步開裂牽引上部坡體繼續(xù)開裂，受暴雨持續(xù)沖刷后，一系列的不利因素綜合作用下最終造成的滑坡的形成。 滑坡全貌見圖5。

圖5 滑坡全貌

4 滑坡穩(wěn)定性分析

4.1 滑坡參數(shù)選取

根據(jù)現(xiàn)場取樣進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)成果，對(duì)殘坡積土層采取原狀樣進(jìn)行直接剪切、飽和剪切，對(duì)全風(fēng)化-砂土狀風(fēng)化層進(jìn)行殘余剪切試驗(yàn)， 結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮了兩種工況下的參數(shù)取值。 (1)天然工況：滑動(dòng)帶土層天然密度取17 kN/m3，抗剪強(qiáng)度根據(jù)直接剪切試驗(yàn)成果取C=15 kPa， 內(nèi)摩擦角=20°。(2)暴雨工況：滑動(dòng)帶土層飽和密度取19 kN/m3，抗剪強(qiáng)度根據(jù)直接飽和試驗(yàn)、 殘余剪切試驗(yàn)成果取C=11.5 kPa，內(nèi)摩擦角=13.5°。

4.2 分析計(jì)算

針對(duì)1-1’、2-2’、3-3’斷面，利用GEO-SLOPE軟件對(duì)滑坡體及正常地層按現(xiàn)場兩種工況進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，2-2’、 3-3’斷面在天然狀態(tài)及暴雨工況下均可以達(dá)到自穩(wěn)， 但是近乎臨界狀態(tài)，說明土體自身物理力學(xué)性質(zhì)較差。而1-1’斷面在天然狀態(tài)下也能達(dá)到自穩(wěn)， 但在暴雨工況+前緣開挖條件下穩(wěn)定性明顯下降， 在坡面出現(xiàn)初級(jí)裂縫后，暴雨的沖刷加劇了裂縫的擴(kuò)張，形成了滑動(dòng)面的雨水輸送通道，使滑坡體自重增加，而抗剪強(qiáng)度的降低，造成裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大，牽引上部坡體繼續(xù)開裂，最終形成滑坡。

5 治理建議及措施驗(yàn)證

根據(jù)以上對(duì)滑坡的性質(zhì)及成因分析，對(duì)其治理便有了針對(duì)性，建議采用減重反壓、抗滑加固及排水處理的治理方案。

5.1 減重反壓

由于滑坡規(guī)模較大，直接清除滑塌體工程量太大，應(yīng)對(duì)滑塌體上部松土進(jìn)行局部清理后采取削方放坡處理，減輕滑塌體對(duì)坡面的堆積荷載。 在滑坡前緣坡腳處堆填土石加重，設(shè)置抗滑擋土墻，并驗(yàn)算巖體是否還有有反壓體底部剪出的可能。

5.2 抗滑加固

根據(jù)勘察鉆孔揭示滑動(dòng)面位置，結(jié)合地質(zhì)調(diào)繪發(fā)現(xiàn)坡體左側(cè)的不利結(jié)構(gòu)面， 基本屬于土+巖組合結(jié)構(gòu)，利用下部堅(jiān)硬巖床采用抗滑樁或預(yù)應(yīng)力錨索框架對(duì)滑坡體進(jìn)行抗滑支護(hù)，以切斷下部滑塌部分對(duì)上部坡體的牽引，并對(duì)上部坡體提供支撐，抗滑樁嵌固段應(yīng)嵌入滑床中，加大抗滑力。

5.3 排水處理

5.3.1 地表水處理

坡面地表水不發(fā)育， 但坡體左側(cè)見一沖溝，在雨季下容易與下部形成流水通道，應(yīng)設(shè)置截、排水溝，并對(duì)坡面進(jìn)行防滲處理，將地表水隔絕在坡面，不能進(jìn)入坡體。

5.3.2 地下水處理

鉆探揭示地下水位12～29 m， 高程約785.92～824.75 m，與滑動(dòng)面高程接近，由于滑體土質(zhì)疏松，滲透性強(qiáng)，地下水主要受坡面滲水而成，對(duì)坡面進(jìn)行防滲處理后可以減少地下水的輸送，同時(shí)設(shè)置盲溝或平洞對(duì)地下水進(jìn)行疏干、排解。

5.4 治理措施穩(wěn)定系數(shù)驗(yàn)證

結(jié)合治理措施對(duì)滑坡體下部采用抗滑樁、坡面采用預(yù)應(yīng)力錨索框架， 并對(duì)滑坡體進(jìn)行排水處理。由于滑坡治理期間，需要保證滑坡的穩(wěn)定，故在滑坡前緣坡腳增設(shè)了反壓體，在治理結(jié)束后再進(jìn)行拆除，通過反算各指標(biāo)，計(jì)算滑坡穩(wěn)定系數(shù)結(jié)果：地質(zhì)斷面1-1’， 位置為滑動(dòng)面， 治理前穩(wěn)定系數(shù)KS為0.976，反壓后的穩(wěn)定系數(shù)KS為1.18，治理后穩(wěn)定系數(shù)KS為1.250。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，通過反壓后驗(yàn)算穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到1.1 以上，沒有反壓體底部還有剪出的可能，可滿足施工治理要求。 采用治理措施，待防護(hù)措施完成后，拆除反壓體后的滑坡的穩(wěn)定系數(shù)也達(dá)到1.2 以上，滿足施工穩(wěn)定性要求，說明該滑坡的治理措施是有效、可靠的，同時(shí)應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)治理后的滑坡體進(jìn)行位移變形監(jiān)測，保證該滑坡治理措施的可行性及有效性。

6 結(jié)論

寧武高速公路A7 合同段周寧連接線滑坡屬于工程上常見的施工期滑坡，嚴(yán)重影響了現(xiàn)場人員安全及施工進(jìn)度。 在本項(xiàng)目的勘察工作中，采用了地質(zhì)調(diào)繪、鉆探、原位測試及室內(nèi)試驗(yàn)等勘察手段，并分析了滑坡的性質(zhì)、成因，通過必要的分析計(jì)算，提出合理的治理方案，最后通過有效的治理達(dá)到邊坡施工穩(wěn)定的過程。 由此可得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）該滑坡的性質(zhì)是工程滑坡及牽引式滑坡，滑體以殘坡積土及土狀風(fēng)化碎斑熔巖組成，滑坡體積約24×104m3，屬于中型土質(zhì)滑坡。

（2）滑坡的成因是在土體自身物理力學(xué)性質(zhì)差的基礎(chǔ)上，前緣開挖造成高陡臨空面，在出現(xiàn)初級(jí)裂縫的情況下未及時(shí)進(jìn)行防護(hù)，裂縫進(jìn)一步開裂牽引上部坡體繼續(xù)開裂，受暴雨持續(xù)沖刷后，一系列的不利因素最終造成滑坡的形成。

（3）結(jié)合該滑坡的特性對(duì)其進(jìn)行治理，采用減重反壓、抗滑加固及排水處理的治理方案，并對(duì)治理后的坡體進(jìn)行位移變形監(jiān)測。

（4）建議今后工程上對(duì)施工期產(chǎn)生的邊坡裂縫應(yīng)提高關(guān)注，由于裂縫往往會(huì)受到內(nèi)外因素影響繼續(xù)生長，如果對(duì)其繼續(xù)過度開挖，在暴雨等天氣影響下會(huì)導(dǎo)致坡體內(nèi)部應(yīng)力潰散失衡，裂縫進(jìn)一步加大，最終形成滑坡等工程事故，故應(yīng)重視邊坡裂縫的排查工作，使邊坡加固工程有效進(jìn)行。