山區高速公路堆積體陡傾滑坡成因分析及治理措施

劉卓華 楊海鋒

摘要：誘發山區高速公路堆積體滑坡有施工擾動、持續性強降雨、陡傾基巖面、厚層堆積等重要影響因素。針對近年來堆積體路塹滑坡事故頻發的現狀，文章以廣西西北部山區某高速公路堆積體陡傾滑坡為例，利用地質調繪、鉆探、物探、監測等工程勘察手段，結合滑坡區域水文地質環境以及監測資料，分析了滑坡的成因及穩定性，揭示了滑坡體范圍、滑動面深度和滑床巖性、產狀及滑坡規模，并運用工程類比以及傳遞系數法進行參數反演計算，初步確定了防護的比選方案，最后綜合安全、投資、質量控制、施工工期、綠色公路等因素進行考慮，制定了滑坡治理方案，為類似工程地質條件下滑坡的治理提供參考。

關鍵詞：公路;堆積體;基巖面;滑坡;處治措施

中圖分類號：U416.1+63文獻標識碼：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst. 2019. 12. 011

文章編號：1673 - 4874（2019）12 - 0036 - 05

0 引言

隨著廣西壯族自治區新一輪交通規劃調整，全區高速公路建設將再次迎來黃金發展階段，大規模建設將以山區以及交通欠發達地區為主。廣西西北部山區靠近云貴高原，地質結構復雜，山高壑險，氣候特殊，地質環境脆弱，是我國地質災害頻發地區之一。在復雜的地質環境條件下，高速公路建設不可避免帶來眾多路塹邊坡，而堆積體滑坡以及順層陡傾基巖面邊坡工程災害問題也越來越多。

針對各種類型堆積體滑坡，眾多學者作了大量工作，甘建軍等[1]開展了降雨入滲對含軟弱夾層堆積體滑坡的模型試驗，揭示降雨入滲對含軟弱夾層堆積體邊坡穩定性的影響;胡世起[2]研究了復合堆積體的形成原因、穩定性評價及處理方案;喻興、劉林潔等[3]運用seep模擬軟件研究降雨入滲條件下不同時刻、不同高程上滑坡堆積層中孔隙水壓力的變化情況以及滑坡穩定性系數的變化;許建聰等[4]研究了土質滑坡位移與降雨量的相關性;朱冬林等[5]通過對某高速公路挖方路基所在堆積體的工程地質特征調查、勘察以及變形監測，分析了不同區段變形差異及機制，提出不同的治理思路;董輝等[6]研究了堆積碎石土斜坡淺表入滲的空間分布規律;陸世軒等[7]開展了降雨入滲非飽和土的穩定性研究，認為堆積體失穩與孔隙水壓力等因素密切相關;賀可強等[8]研究了降雨型堆積層滑坡的加卸載響應比特征;楊兵等[9]研究了不同類型地震波作用下堆積體邊坡動力響應及失穩特征。盡管眾多研究人員及設計工作者做了大量工作，但因各個邊坡地形、地質條件、開挖方式等特點不同，堆積體陡傾邊坡滑塌案例依舊突出。

本文以廣西西北部山區某高速公路堆積體陡傾滑坡為例，利用地質調繪、鉆探、物探、監測等工程勘察手段，分析滑坡區域水文地質環境以及監測資料，正確認識了滑坡的成因及穩定性，揭示了滑坡體范圍、滑動面深度和滑床巖性、產狀及滑坡規模，并運用工程類比以及傳遞系數法進行滑坡穩定性分析和參數反濱計算，初步確定了防護的比選方案，最后綜合安全、投資、質量控制、施工工期、綠色公路等因素考慮，制定了滑坡治理方案，對后期類似工程地質條件滑坡有一定借鑒意義。

1 滑坡概況及發展過程

滑坡區屬丘陵地貌，處于山脊坡腰，地形變化較大，植被主要分布有松樹以及灌木等，滑坡地面高程為570～717 m，原始地形坡度約為20°～30°，局部較陡可達40°。勘察區年均降雨量為1 700mm，集中在5～10月份。原設計為四級邊坡，最大高度為41 m。邊坡坡率第一、二級為1：1，上面兩級為1：1. 25，第二、三級采用預應力錨索框架防護，錨索平均長度分別為28 m、25 m。

2018年7月，第二級邊坡開挖完成，第一級邊坡開挖4～6 m，在施工第二級邊坡防護的過程中發生滑坡：坡頂外側出現三條貫通性裂縫，裂縫延伸至兩側溝谷，最外側裂縫距離坡頂約70 m，裂縫寬度為10～30 cm，第二、三級邊坡坡面鼓起，第三級已施工錨索局部錨頭破壞，框架梁相對位移約10 cm。最終形成沿路線方向長約100 m，垂直路線方向約140 m，高差74 m的滑坡。滑坡平面位置圖見圖1。

2 工程地質條件

勘察隊伍采用了地質調繪、地質勘探的方法，并輔以原位測試及室內試驗等多種方法進行綜合勘探。在滑坡體內共布設2條勘探斷面，6個鉆孔，利用原設計階段的3個鉆孔，共有9個鉆孔。

2.1 地層巖性及地質特點

根據地質勘察報告成果，滑坡區域主要地層及地質特征如下：

滑坡區上部多為第四系坡積層，下伏基巖為三疊系中統粉砂巖。地層從上往下依次是含碎石粉質黏土、碎石、碎塊狀強風化粉砂巖、中風化粉砂巖。其中黏土、碎石、強風化層覆蓋較厚，最厚達30 m，且基巖面較陡，約30°，不利于上部堆積體穩定。各層性狀如下：

含碎石粉質黏土：棕黃色，硬塑，黏粉粒為主，含強風化粉砂巖碎石，含量不均勻，介于1 5%～40%，厚約1.5～4 m。

碎石：褐黃色、褐灰色，稍密一中密，含風化粉砂巖碎石，局部有粉質黏土夾層，厚約15～30 m。

碎塊狀強風化粉砂巖：灰黃色、灰色，粉砂狀結構，薄層狀～中厚層狀構造，泥質膠結，裂隙發育，巖質較軟，破碎，巖芯呈碎塊狀，塊徑2～6 cm，個別短柱狀，厚約12～14 m。基巖面坡度約30。，較陡，不利于上部堆積體穩定。

中風化粉砂巖：灰色、深灰色，粉砂狀結構.薄層狀～中厚層狀構造，泥質及鈣質膠結，巖石裂隙較發育，巖質較硬。巖石飽和單軸抗壓強度平均值為50.6 MPa，按巖石堅硬程度劃分屬較堅硬巖。

2.2 地質構造及水文地質特征

該區域靠近云貴高原，經歷過多次構造運動，節理裂隙較發育，經開展現場地質調查、地質鉆探揭露、區域地質資料查閱等工作，基本探明：

巖體節理有二組較發育，產狀為152°∠57°，頻數為4～6條/m;174°∠69°，頻數為5～7條/m。節理面較光滑，張開度為1～3 mm，巖屑充填或巖屑夾泥充填。

地表水：主要接受降雨補給，水量受季節影響較大。

地下水：地下水主要為基巖裂隙水，由于滑坡區兩側溝谷發育，排泄條件較好，水量較貧乏，勘察期間未探測到地下水。

3 滑坡結構特征

3.1 滑動面確定

通過地質調查、勘探等手段基本確定了滑坡剪出口及剪入口位置，同時，通過深孔位移監測，并結合地質鉆探基本確定了滑動面位置。深孔位移監測情況見下頁圖2，地質鉆探揭露地質情況見下頁圖3。

根據2#、3#深孔位移監測情況可知，2#測點在4～8 m深度處有較大位移，約為60 mm;3#測點在15～22 m深度處有較大位移，約為18 mm。

鉆探結果表明，滑坡區基巖面坡度約為25。～30°，局部可達39。，較陡，對上部土層的穩定產生不利影響。滑坡內土層厚度達14. 8～27.5 m，且局部存在含礫粉質黏土夾層，從ZK3及ZK4鉆孔巖芯情況看，ZK3在13. 8～15 m存在含礫粉質黏土夾層，ZK4在10～15 m存在含礫粉質黏土夾層，且夾層含水率較高，在強降雨作用下，含礫粉質黏土浸水易軟化，形成軟弱夾層。

綜合深孔位移以及地質鉆孔情況，確定滑面位置見圖4，最大深度約20 m。

3.2滑 動方向、滑坡體成分及滑坡類型

本文同時對地表位移監測情況進行了分析，通過對地表位移監測點的數據在平面圖進行展布，可知位移方向呈直線分布，由此可推測滑坡滑動方向為70°，與路線夾角為90°。

滑坡體主要以含碎石的粉質黏土及碎石組成，同時含少量強風化碎塊狀粉砂巖。

該滑坡為牽引式、中型、中層堆積土滑坡。

4 滑坡原因分析

經過對滑坡區域進行現場調查、勘察報告及監控量測資料分析，總結出形成滑坡災害的內因為基巖面較陡、覆蓋層較厚且自穩性差，外因為遇連續降雨的同時邊坡開挖形成臨空面，內外因并存是形成滑坡災害的主要因素。

4.1 內因

（1）滑坡體主要為坡積碎石層及含礫粉質黏土層，厚度較大，最厚達30 m，且其上部結構松散，自穩能力差;

（2）碎石層透水性較好，且顆粒大小不均勻，局部含礫粉質黏土層，透水性較差，浸水之后成為飽水軟弱帶，抗剪強度低;

（3）其下伏基巖面坡度為25°～30°，局部可達39°，不利于其上部土層的穩定。

以上三點為邊坡變形提供了基礎條件。

4.2 外因

（1）開挖路塹邊坡坡腳，形成高、陡的臨空面，同時破壞了土體原有平衡，坡腳缺少了原有土體支撐，阻滑能力降低，為形成滑坡提供空間條件。

（2）滑坡場區降雨量大、持續時間長，同時滑坡區的地形較陡，后緣有較大匯水面積，當遇暴雨時，地表水排不及時，易匯集于坡體表面滲入坡體中。位于坡體中的地下水使坡體處于保水狀態，增加坡體自重;受雨水浸泡后，土體強度降低，形成軟弱夾層，加劇了土體間的潛蝕軟化作用，土體力學指標顯著降低，對邊坡的整體穩定性產生了較大的影響。另外，地下水水力坡度較大，其循環交替作用強烈，在坡體中形成一定的動水壓力，也是滑坡產生的不利影響因素之一，因此強降雨是變形發生發展的直接因素。

5 治理方案

5.1 穩定性分析

5.1.1 定性分析

通過分析該滑坡的變形破壞形式以及其發育的特點和規律，可認為該滑坡主體處于擠壓變形階段，即處于極限平衡停滑狀態或在緩慢下滑狀態。受滑坡體脆弱的地質條件影響，如果未能及時實施有效的支擋加固工程措施，將會進入滑動階段及巨滑階段，其邊坡變形破壞勢必會繼續向上牽引發展和擴大。

由于邊坡需繼續下挖，且處于雨季時期開挖，強降雨將對坡體穩定產生影響，雨水下滲將對坡體巖土體物理力學指標產生不利影響，可能誘發滑坡病害加劇，甚至引發更大范圍和更深層次的整體式滑動破壞。

5.1.2 定量分析

強度參數根據反演分析并結合工程地質類比綜合確定。

結合最終確定的滑面分布的空間位置，并依據滑坡發展情況、地質條件及當前狀態，采用傳遞系數法進行滑坡穩定性分析和參數反演計算，計算公式如下：

注：參數意義參照《公路滑坡防治設計規范》（ JTG/T3334 - 2018）

根據反算分析，滑坡處于擠壓階段，正常工況安全系數為1. 054，非正常工況1：Fs=1.02。結合工程類比，最終確定的巖土體物理力學指標參數詳見表1。

根據《公路路基設計規范》（D30 - 2015），該滑坡治理后穩定安全系數按照正常工況1. 20、非正常工況1.10控制。各剖面工況剩余下滑力見表2。由于地震烈度為7度，根據《公路工程抗震規范》（JTGB02 - 2013）的要求，可不進行抗震驗算。

深層滑面，將根據不同治理方案，分別計算剩余下滑力。

5.2 工程措施

該滑坡規模較大，且有向上牽引發展趨勢，不適合卸載清方方案，因此治理階段設計圓樁、方樁兩個方案進行比選。

5.2.1 方案一：圓樁+預應力錨索框架（見圖6）

（1）支檔：在三級邊坡中下部設置φ2.5m、長度為36 m、樁間距為4m的圓形抗滑樁，共19根;樁頂設置2根長分別為45 m、40 m的預應力錨索，錨固段、錨固力、張拉力設計值分別為10 m、750 kN、500 kN;懸臂段設置強度等級為C30的樁間擋土板，護壁強度等級≥C20。

（2）樁頂以上按照1：1.5放坡，采用預應力錨索框架支護，錨索長度為42 m，錨固力為750 kN，張拉力為700 kN。

（3）抗滑樁以下按照1：1.75放坡，采用噴播植草防護及路塹擋墻防護。

（4）該斷面錨索施工之后，設樁位置剩余下滑力約為1 625 kN/m。

（5）治理完畢后，正常工況安全系數為1.23，非正常工況1穩定安全系數為1.1 5。

優點：施工較快，施工安全風險較低。缺點：造價較高。

5.2.2方案二：方樁+預應力錨索框架（見下頁圖7）

優點：土石方開挖量及征地面積較小，造價較低。

缺點：方樁采用人工挖孔施工，有一定安全風險，且施工周期較長。

5.2.3 方案推薦

從經濟、安全、施工工期等方面對上述兩個方案進行綜合比選后，將方案一作為推薦方案，共設置36根圓樁。

5.2.4 排水、裂縫處理及監測措施

在施工防護措施實施之前，先對坡體裂縫采用黏土夯填封閉處理，避免雨水下滲;邊坡坡頂及裂縫外側分別設置一道截水溝，截水溝與涵洞及山間沖溝順接;樁頂及各級平臺均設置截水溝。在坡面設置深層排水管，間距為5m。施工過程中，根據開挖揭示地質情況及地層富水狀態等實際情況，調整深層排水孔位置、數量及深度，確保坡體排水效果良好。

5.2.5 監測措施

布設深部位移監測斷面2條，共8個點，孔深為40 m，監測周期為治理期一年，工后兩年;在地表布設地表位移監測點，監測周期為治理期一年，工后兩年。在每根抗滑樁頂部設置位移監測點，對抗滑樁位移情況進行監測，樁頂錨索設置錨索測力計，監測錨索受力變化情況，應注意保護壓力傳感器外露測線，防止其老化，監測周期為治理期一年，工后兩年。

6 結語

通過地質勘察，獲得了該滑坡地質資料，分析了滑坡的成因及發展趨勢，對滑坡的穩定性進行了定性及定量評價，并制定了合理的治理方案，得到如下結論：

（1）滑坡縱向長度為102 m，沿滑動方向約為140 m，高74 m，平均厚度約16 m，滑坡面積約9 100 m2，體積約1 4萬m3，屬于牽引式中型中層堆積土滑坡。滑坡區基巖面較陡、堆積層厚度較大且自穩性差是滑坡形成的主要因素，人工開挖形成臨空面及連續強降雨則是其形成的誘發因素。

（2）根據滑坡的地質條件、各工況的穩定狀態及與高速公路的影響關系等因素，在滑坡體中部設置圓形抗滑樁，樁頂以上采用卸載放坡，并設置預應力錨索框架梁防護的工程措施，輔以排水、裂縫封閉等措施。目前該滑坡已治理完畢，并經歷一個雨季，根據監測結果，樁頂及邊坡變形在規范允許范圍之內。

（3）準確的地質資料是合理制定邊坡處治方案的基本條件，應重視邊坡工程地質勘察，確保邊坡設計基礎資料的準確性。本文涉及的滑坡地質條件復雜，若能在施工前探明堆積體厚度、基巖面角度等重要因素，及時調整設計方案，或可避免不必要的損失。

（4）堆積體陡傾邊坡設計應充分考慮邊坡施工過程坡腳開挖以及連續降雨的影響，臨空面及連續降雨都是引起滑坡的重要因素，應在設計中提前考慮施工因素。同時，路線設計應盡量繞避深厚層堆積體等潛在滑坡體，無法繞避時，要先加固后開挖。施工時應盡量減少坡腳擾動，并做好臨時截排水措施，防止雨水入滲。

參考文獻

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作者簡介：劉卓華（1987-），碩士研究生，主要從事高速公路建設管理工作;

楊海鋒（1984-），碩士研究生，主要從事公路勘察設計研究工作。