苛臨高速公路邊坡穩(wěn)定性分析及治理措施研究

籍延青

(山西省交通科學研究院，山西太原 030006)

1 工程概況

苛臨高速項目區(qū)地處黃河中游東岸，呂梁山中北段西側，屬西北黃土高原地帶，黃土丘陵溝壑區(qū)，整個地勢東高西低。由于流水切割，黃土丘陵地形破碎，溝谷走向多由東向西，南北羽毛狀排列。境內大部分為梁峁溝壑地形。沿線滑坡地質災害特別多，并且滑坡發(fā)育類型多樣、地質條件復雜。

2 區(qū)域地質條件

區(qū)內溝谷縱橫、山巒起伏、地形復雜，山上林木稀少，水土流失嚴重，黃土地貌發(fā)育，沖溝多呈“V”和“U”字形，溝谷兩側及谷底基巖零星裸露。項目區(qū)地層單元復雜，從老到新有古生界寒武系灰?guī)r、泥質灰?guī)r、白云巖，奧陶系灰?guī)r、白云巖，石炭系砂巖、泥頁巖等，二疊系砂巖、泥頁巖，中生界三疊系砂巖、泥頁巖，新生界上第三系上新統(tǒng)紫紅色粘土，第四系粉土、粉質粘土。

路線起點位于岢嵐逆斷層北部的呂梁—太行斷塊的呂梁地塊的西北部(蘆芽山—赤堅嶺梭形掀斜背斜)經離石大斷裂進入鄂爾多斯拗陷(山西部分)，各斷塊間以及斷塊內的次級斷塊間，一般往往以樞紐逆沖斷裂為界。本區(qū)內逆沖斷裂主要為離石大斷裂與神池—五寨—岢嵐斷裂。

由于呂梁山的阻隔，本區(qū)降水偏少。年降水量一般為450 mm～500 mm左右，降水集中且年際變化大，多雨年往往為少雨年的3倍～4倍，晉西黃土高原屬暖溫帶半干旱氣候，年平均氣溫7℃ ～10℃，項目區(qū)內的峰值加速度為0.05g，相應的基本地震烈度為6度。區(qū)域穩(wěn)定性較好。

3 邊坡穩(wěn)定性的影響因素

邊坡穩(wěn)定性受多方面的影響，滑坡形成無外乎內外兩種因素，它們是相互聯系，相互補充的。對于本項目，內在因素主要有地形地貌、地層巖性、水文地質，外界因素主要有地震、降雨和人為活動等。

3.1 內在因素

1)地形地貌。滑坡區(qū)的地貌單元屬侵蝕、剝蝕中低山，從微地貌單元看處于陡坡地帶，坡角約30°～50°。經現場調查發(fā)現，山體坡面上發(fā)現大量黃土坡積物，說明該邊坡時常發(fā)生崩塌等不良地質現象，邊坡只是處于一種微弱的平衡狀態(tài)，在自然和人為的作用下，極易失穩(wěn)變形。2)地層巖性。經線路地質調查與勘察，在推薦線路土貞—南川河地帶內出露地層為第三系上統(tǒng)靜樂組紅色厚層粘土，上覆第四系上更新統(tǒng)馬蘭組粉土;粉土具有濕陷性，力學性能差，抗剪強度低，粘土雖干強度高，但易風化破碎、浸水極易液化，液化后易擠壓滑移，地層該性質導致其上覆地層及其自身易發(fā)生滑坡、滑塌等不良地質現象。邊坡的變形破壞實際上是邊坡土體強度降低的過程［2］。3)水文地質。項目區(qū)發(fā)育的河流很多。主要河流有嵐漪河、蔚汾河、湫水河、汾河及其支流等，河道比降甚大，加劇水土流失。河流的河口段多為深切峽谷，谷底基巖裸露，河流上游地段大多為深切的峽谷，溯源侵蝕強烈，削弱了邊坡下部的支撐力，容易形成滑坡。

3.2 外界因素

在具備滑坡的地形地質條件下，促使其產生還需要外部的誘發(fā)因素，主要有地震、降雨、人類活動等。

1)多頻低震級地震對各類工程的破壞顯然小于強震，但其造成的巖土體結構破壞、強度緩慢降低、累積變形增加是容易被忽視的，但巖土體強度降低及變形累積對邊坡尤其是公路黃土邊坡的穩(wěn)定性影響是非常關鍵的。地震滑坡還有一個重要的突出特點［1］:震后才發(fā)生的“地震滯后”滑坡，它發(fā)生的時間可以在震后數天到數年，其規(guī)模大小都有。2)降雨往往是滑動變形的誘發(fā)因素，降雨及地表水入滲是黃土高邊坡變形破壞最敏感的因素之一。許多滑坡都是因為有水的參與，尤其是山西黃土地區(qū)，由于黃土特有的濕陷性、結構性、滲透性，使得邊坡在水的作用下，滑體重力和下滑力增加，土體抗剪強度降低，尤其已開裂的坡體裂縫中灌水還產生靜水壓力，從而加劇滑坡形成。許多滑坡都發(fā)生在雨季特別是暴雨和久雨之后，就表明了降雨的影響。3)近年來，工程滑坡日益增多，當設計邊坡時，坡度、坡率不合理，往往施工還未完成就引起邊坡變形失穩(wěn);在邊坡上堆載或盲目設置建筑物，人為增加邊坡下滑力;在潛在滑坡前緣抗滑段挖方而引起邊坡滑塌;許多高速路尤其是山西地區(qū)會覆采空區(qū)，由于地下礦層開采破壞了采場上覆巖層的應力平衡狀態(tài)，從而引起滑坡。這些人為的因素往往會直接導致邊坡變形破壞。

4 本區(qū)域邊坡破壞模式分析

4.1 順層滑坡

該段滑坡發(fā)育比較多而集中，主要類型為黃土順層滑動滑坡呈長帶狀分布沖溝兩側。地形表現為發(fā)育多級滑坡錯臺，滑體及平臺相對平緩，滑坡后壁陡峻，地表破碎，坡體前部土體松散，侵蝕風化比較嚴重。

4.2 切層滑坡

本項目出現的切層滑坡主要有紅粘土切層滑坡與灰?guī)r切層滑坡兩種。滑坡多呈扇貝形或扇形，滑坡多因地層錯位前緣擠出，形成后壁陡坎，落差非常大，滑坡側緣剝蝕下切成沖溝，剝蝕非常嚴重，由于雨水作用，坡腳受到侵蝕。

4.3 崩塌

項目區(qū)內巖石、黃土受構造裂隙控制，在水動力作用下，常形成陡立危崖，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體中各種軟弱結構面發(fā)育，常易發(fā)生崩塌、崩落、撒落等危害;工程施工中常易發(fā)生突發(fā)性事故。主要發(fā)育于流水沖蝕陡崖陡坎處，較典型的主要見于孫家峁溝中。開裂多發(fā)于陡崖陡坎陡坡邊緣及其坡腳，多與滑坡滑塌崩塌有關聯。

4.4 邊坡治理措施

為保證公路高邊坡的穩(wěn)定性，根據實際情況，苛臨高速公路采取的治理措施主要有:避讓法、排水法、刷方減載和回填壓腳法、支擋法(抗滑擋墻、抗滑樁)。

1)避讓法即避讓地質災害點，對高速公路重新選線設計。在本次滑坡勘察后，經過專家協(xié)商斟酌，綜合考慮各方面因素，對10 km左右的線路進行了重新設計，繞避了一些治理代價較高或難以治理的滑坡，這樣既節(jié)約了投資，同時也有利于今后公路運營維護。

2)排水是邊坡加固工程中的一項重要措施，許多滑坡的工程實踐表明，最大限度地把水排走，對提高邊坡的穩(wěn)定性至關重要。對于本項目，可以在滑坡區(qū)周界設置截水溝，在滑坡坡面上設置樹枝狀多級排水溝，盡量減少地表水下滲影響滑坡穩(wěn)定性，并嚴禁在坡腳處挖方取土。該區(qū)屬半干旱氣候，年降水量主要集中在6月～9月，暴雨多，強度大;排水工程的目的是攔截滑坡區(qū)上游地表徑流，排除滑坡區(qū)內地表水;使雨期80%以上的地表徑流排出滑坡區(qū)以外。

3)刷方減載是在滑坡體上部主滑段和牽引段挖去部分不穩(wěn)定滑體以減小滑體重量和滑坡推力的工程措施，回填壓腳法是在滑坡前緣抗滑段及其以外回填土石增加抗滑力的工程措施，這種措施也必須輔以排水和支擋工程。本項目因為擬建線路標高多在滑動面以上，而且由于場地便利，可以把大部分滑體土移填至滑坡前緣壓腳，有利于滑坡穩(wěn)定。本方案建議坡腳沖溝縱向坡比和容積情況，采用大回填的方法同時加固滑坡裙的坡腳。沖溝大回填后改變了原有的小區(qū)域徑流系統(tǒng)，設計需在考慮匯水面積、最大降雨量等條件下，設置合理的人工排水系統(tǒng)。

4)支擋法是通過被動受力方法，阻擋滑坡的移動。抗滑擋墻是在滑坡中前部修筑的支擋、減重墻，是滑坡治理的有效措施之一，一般采用重力式擋土墻。抗滑樁是用樁的支撐作用穩(wěn)定滑坡的有效抗滑措施，一般適用于非塑性體淺層和中厚層滑坡前緣。

5 結語

1)許多公路穿越黃土地區(qū)，在復雜的地質條件下高填深挖形成的高邊坡，在各種因素的影響下，極易發(fā)生滑坡災害，因此一定要對邊坡的穩(wěn)定性及發(fā)展趨勢做詳細論證，結合破壞模式采取相應的治理措施。2)對于邊滑坡來說，雨水對坡頂和平臺的危害比對邊坡坡面的沖刷更為嚴重，它會造成坡面乃至整個邊坡整體的破壞，因此必須盡量減少地表水下滲，嚴格控制上方來水，做好坡頂、平臺的截排水工程。3)由于沿線滑坡地質情況復雜，即使工程處理完成后，也應該繼續(xù)對滑坡進行后續(xù)的坡體動態(tài)變形監(jiān)測，同時在雨季加強坡體水位動態(tài)監(jiān)測，及時采取預防和加固措施。

［1］濮聲榮.陜西黃土滑坡發(fā)生的制約因素和誘發(fā)原因［J］.資源環(huán)境與工程，2008(22)：133-136.

［2］葉萬軍.黃土路塹高邊坡優(yōu)化設計理論和方法研究［D］.西安：長安大學博士學位論文，2006.