百靖高速公路滑坡成因分析及治理研究

李書誼 張海清 朱蘭洋 王浩森

摘要：文章以百靖高速公路路塹滑坡為工程背景，在了解地質(zhì)概況的基礎(chǔ)上，從坡體巖性、降雨、施工、設(shè)計等方面分析滑坡成因機(jī)制，采用極限平衡法對初擬削方減載方案下邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析評價，在地震、強(qiáng)降雨工況下邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，易再次發(fā)生滑坡，據(jù)此提出綜合治理方案，效果良好。

關(guān)鍵詞：高速公路;公路滑坡;綜合治理;滑坡成因機(jī)制;極限平衡法 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U418 文章編號：1009-2374（2016）04-0100-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.04.050

百色至靖西高速公路位于廣西百色市境內(nèi)，起于田陽縣那坡鎮(zhèn)那音村，途經(jīng)田陽、德保、靖西三縣，止于靖西縣新靖鎮(zhèn)亮表村，沿線涉及坡高30m以上挖方邊坡60余處。深挖路塹往往會打破山體原有平衡狀態(tài)，造成局部邊坡變形、滑塌，在強(qiáng)降雨天氣或原巖中存在軟弱夾層等條件下，甚至誘發(fā)大型整體滑坡，需投入大量人力、物力、財力處治。本文以百色至靖西高速公路K10+200～K10+400段左側(cè)滑坡工程為例，基于滑坡形成機(jī)制地質(zhì)分析，借助極限平衡法對現(xiàn)狀滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行評價，提出滑坡治理措施。

1 工程概況

百靖高速公路K10+200～K10+400段左側(cè)路塹位于田陽縣那坡鎮(zhèn)境內(nèi)，路塹長200m，路基寬26m，左側(cè)路肩線標(biāo)高313.49～316.25m。原設(shè)計左側(cè)邊坡分7級開挖，最大開挖高度約71m，每級坡高10m，自下而上各級坡率分別為1∶0.5、1∶0.5、1∶0.75、1∶0.75、1∶0.75、1∶1、1∶1，各級坡間平臺寬均為2m。第二、三、六級坡采用錨桿框架梁防護(hù)，第四、五級坡采用預(yù)應(yīng)力錨索框架梁防護(hù)，輔以拱形骨架護(hù)坡、三維網(wǎng)植草及邊坡截排水措施，第二級坡及以下為中風(fēng)化砂巖。在第一級坡尚未開挖、第二至七級坡已按原設(shè)計坡率開挖并做好錨桿（索）框架防護(hù)的情況下，經(jīng)過連續(xù)強(qiáng)降雨，在多重誘因下，邊坡出現(xiàn)滑動，左側(cè)邊坡錨索錨頭部位脫落，連帶格梁發(fā)生整體滑移。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

該段邊坡地處剝蝕中低山地貌區(qū)域，山體連綿起伏，線路穿越山坡坡頂高程約386m，邊坡所處山梁自然斜坡坡角約35°。按原設(shè)計坡率開挖后，邊坡坡體表層多為三疊系中統(tǒng)全風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，坡頂及坡體以外地段地表多被第四系殘坡積層覆蓋，植被主要為桉樹、荊棘，開挖坡面尚未進(jìn)行綠化。

2.2 地層巖性

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查、鉆探揭示及室內(nèi)土工試驗(yàn)結(jié)果，場地內(nèi)地層主要由第四系坡殘積（Qdl+el）黏土和三疊系中統(tǒng)（T2）地層組成，分述如下：（1）覆蓋層第四系坡殘積（Qdl+el）黏土，褐黃、褐紅色，硬塑，土質(zhì)不均勻，混少量粉砂質(zhì)泥巖、砂巖風(fēng)化碎石。該層分布于山坡表層，厚度2.0～6.0m;（2）基巖主要為三疊系中統(tǒng)砂巖、粉砂質(zhì)泥巖互層，按風(fēng)化程度分為全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化。全風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖呈黏土狀，褐紅色為主，厚度1.7～13.5m;強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖為灰黃、灰綠、紫紅色，鉆孔最大揭示厚度17.0m;強(qiáng)風(fēng)化砂巖以灰黃色為主，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，巖芯多呈塊狀，鉆孔最大揭示厚度23.2m。邊坡中存在剪切破碎帶，土體呈褐紅色，主要成分為全風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖、砂巖風(fēng)化碎石，厚度0.5～9.1m。

2.3 水文地質(zhì)條件

邊坡覆蓋層為微透水層，基巖裂隙發(fā)育，透水性中等。地表水體主要為大氣降水形成的地表徑流，地下水為覆蓋層中孔隙水和基巖裂隙水，主要接受大氣降水補(bǔ)給，場地地下水貧乏。

3 滑坡機(jī)理分析

3.1 滑坡特征

滑坡體在平面上呈圓弧形，滑坡體前緣受邊坡開挖影響呈直線形，后緣為圈椅狀，滑坡后壁錯臺0.5～1.0m，滑體邊界局部橫向裂縫發(fā)育，整個滑坡體邊界清晰。在主滑方向滑動面呈折線形，在垂直主滑方向，滑體中部呈近似“U”字形。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查及鉆探結(jié)果，推測滑動面位于坡面以下8～22m處，剪切破壞帶厚度0.50～9.10m。第二級邊坡底部有強(qiáng)風(fēng)化砂巖出露，滑坡體從第二級底部區(qū)域～坡間平臺剪出，剪切裂縫近水平，高程約290～295m。滑坡范圍上至高程360m，下至第二級邊坡平臺，主滑方向長約90～100m，平均厚度約20m，已滑動體積約17×104m3，按滑坡規(guī)模劃分為巨型滑坡。滑坡體主要為全風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖及強(qiáng)風(fēng)化砂巖，分布厚度7.80～23.20m。剪切破壞帶主要為全風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖混風(fēng)化碎石，結(jié)構(gòu)松散，厚度0.50～9.10m。滑床以強(qiáng)風(fēng)化砂巖為主，滑坡前緣為強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，巖質(zhì)較軟，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，鉆孔揭示埋深8.30～30.10m。

3.2 滑坡成因分析

綜合滑坡的工程地質(zhì)特征及形成條件，該滑坡屬于坡腳拉滑巖體被切斷而發(fā)生的深層牽引式順層滑坡，其滑動機(jī)理為：（1）坡體巖性為粉砂質(zhì)泥巖與砂巖互層，巖質(zhì)軟硬相間，邊坡與巖層傾向相近，坡體具備順層滑動條件;（2）在連續(xù)降雨誘因下，粉砂質(zhì)泥巖夾層受滯留于其中的地下水浸泡急劇軟化、泥化，強(qiáng)度降低，首先發(fā)生滑移，進(jìn)而牽引上部巖體滑動;（3）邊坡挖方施工后，坡體放陡，形成較大臨空面;（4）加固邊坡的錨桿、錨索長度偏短，未能貫穿軟弱夾層，錨固作用欠佳。

4 滑坡穩(wěn)定性分析與評價

根據(jù)斜坡面與各結(jié)構(gòu)面組合關(guān)系進(jìn)行赤平投影分析可知，巖層傾向與節(jié)理J2的組合關(guān)系對邊坡穩(wěn)定最為不利，邊坡開挖后可能在強(qiáng)風(fēng)化巖層的軟弱層面處沿巖層面與J2組合交線方向折線形滑動破壞。

滑坡段挖方長度約200m，發(fā)生滑坡后，施工方對坡頂區(qū)域進(jìn)行挖方卸載，按1∶1.25、1∶1.5、1∶1.5分三級放坡，底部預(yù)留6m平臺，挖除土方堆積于坡體之上，挖方卸載后邊坡除局部出現(xiàn)裂縫外，整體未出現(xiàn)明顯滑動，處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)。按初擬變更設(shè)計1∶0.75、1∶1、1∶1、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.5的坡比放坡，第3級及第6級坡頂加寬為6m平臺的放坡方案放坡后，最大挖方高度約90m，位于K10+325處，選取有鉆探資料的K10+300斷面（挖方高度約74.64m）為典型斷面進(jìn)行分析。根據(jù)鉆探結(jié)果，已推測滑動帶，在此以滑動帶中部一條折線為潛在滑動面進(jìn)行計算。

由于滑坡體內(nèi)部孔壓分布及變化情況難以準(zhǔn)確測量，故此采用總應(yīng)力法，首先根據(jù)挖方卸載后邊坡處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，通過反算得出剪切破壞帶巖土體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)c、φ值，然后根據(jù)計算所得參數(shù)，利用極限平衡法計算按初擬變更放坡后的剩余下滑力及已知滑動面的安全系數(shù)。

4.1 計算參數(shù)及計算工況

計算參數(shù)按滑坡后補(bǔ)充勘察報告推薦參數(shù)選取（見表1，剪切破壞帶抗剪強(qiáng)度參數(shù)c、φ為反算所得）。滑坡路段所在的田陽縣抗震設(shè)防烈度為7度，且該段邊坡挖方較高，并已出現(xiàn)滑動，屬抗震不利地段，故計算共考慮三種工況：正常工況、非正常工況Ⅰ（Ⅶ度地震）和非正常工況Ⅱ（強(qiáng)降雨）。

正常工況和非正常工況Ⅰ（Ⅶ度地震）采用天然指標(biāo)選取參數(shù)，安全系數(shù)分別取1.20和1.10;非正常工況Ⅱ（強(qiáng)降雨）采用飽和狀態(tài)參數(shù)，安全系數(shù)取1.15。

4.2 計算結(jié)果分析

4.2.1 初擬變更放坡安全系數(shù)。采用理正巖土軟件以已知潛在滑動面的安全系數(shù)為計算目標(biāo)，基于折線滑動模式進(jìn)行計算，正常工況下安全系數(shù)為1.126，非正常工況Ⅰ（Ⅶ度地震）下安全系數(shù)為1.016，非正常工況Ⅱ（強(qiáng)降雨）下安全系數(shù)為0.679。

4.2.2 剩余下滑力。以剩余下滑力為計算目標(biāo)，基于折線滑動模式進(jìn)行計算，正常工況下滑坡體末端塊體剩余下滑力為210.801kN，非正常工況Ⅰ（Ⅶ度地震）末端塊體剩余下滑力為348.258kN，非正常工況Ⅱ（強(qiáng)降雨）末端塊體剩余下滑力為3445.085kN。

綜上，無論是整體安全系數(shù)，還是已知滑面的剩余下滑力，按初擬變更坡比放坡后，正常工況下邊坡均處于極限平衡狀態(tài)，非正常工況Ⅰ（Ⅶ度地震）處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，非正常工況Ⅱ（強(qiáng)降雨）邊坡穩(wěn)定性最差，可能再次出現(xiàn)滑動。因此，需在放緩坡比的基礎(chǔ)上，對邊坡采取支擋、錨固等預(yù)加固措施。

5 治理措施

5.1 削方減載

根據(jù)出現(xiàn)裂縫位置分八級放坡，自下到上坡比依次為1∶0.75、1∶1、1∶1、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.5。每級坡高為10m，第2、6級坡頂設(shè)6m寬坡間平臺，第7級坡頂設(shè)4m寬平臺，其余坡間平臺均為2m。

5.2 抗滑樁

在第2級坡頂6m寬平臺內(nèi)設(shè)置抗滑樁，抗滑樁截面為2m×3m，樁長為25m（懸臂段12m、錨固段13m），縱向樁中心間距為6m，采用C30鋼筋混凝土現(xiàn)澆。

5.3 預(yù)應(yīng)力錨索框架

在第4、5、6級坡體上各設(shè)置三排預(yù)應(yīng)力錨索，長度為24～28m，錨固段均為10m，Φ130成孔，沿坡面走向間距為3m;錨索傾角20°，由4Φs15.2高強(qiáng)度低松弛1860鋼絞線組成;錨索端部設(shè)置框架，框架橫梁和豎梁截面均為0.4m×0.4m，采用C25鋼筋混凝土現(xiàn)澆。

5.4 錨桿框架

在第2、3級坡體上各設(shè)置三排錨桿，錨桿長均為9m，由Φ32螺紋鋼組成，Φ70成孔，沿坡面走向間距為3m，傾角為25°;錨桿錯開抗滑樁設(shè)置，端部設(shè)框架，框架截面均為0.3m×0.4m，采用C25鋼筋混凝土現(xiàn)澆。

5.5 坡面防護(hù)及截排水

第1級坡面設(shè)置6.5m高M(jìn)7.5漿砌片石路塹擋墻，埋深1.5m，擋墻上部設(shè)置5m高M(jìn)7.5漿砌片石護(hù)面墻;第7、8級坡面設(shè)置襯砌拱護(hù)坡;各級框架梁間掛三維網(wǎng)植草;在各級平臺上設(shè)排水溝，刷方坡口線外5m設(shè)置截水溝。

K10+300典型斷面滑坡治理方案如圖1所示，按上述治理方案施工后，邊坡的潛在滑動趨勢得到控制，未出現(xiàn)再次滑動跡象。

6 結(jié)語

通過對百靖高速公路K10+200～K10+400段滑坡進(jìn)行工程地質(zhì)分析和穩(wěn)定性計算，可得出如下三點(diǎn)結(jié)論：（1）該滑坡屬于坡腳拉滑巖體被切斷而發(fā)生的深層牽引式順層滑坡，由于巖性特征、開挖擾動、降雨軟化和加固不足等多重因素發(fā)生滑坡;（2）若僅采用削方減載的處治方式，削方后邊坡在地震、強(qiáng)降雨等工況下不滿足穩(wěn)定性要求，可能再次發(fā)生滑坡，故需另外采取支擋、錨固等預(yù)加固措施;（3）采取“削方減載+抗滑樁+錨桿（索）框架+坡面防護(hù)+截排水”的綜合治理方案，邊坡治理后未出現(xiàn)滑移跡象，處治效果良好。

本文的研究成果可為類似滑坡工程治理提供有價值的參考。

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（責(zé)任編輯：黃銀芳）