湘潭地區(qū)類土質(zhì)邊坡失穩(wěn)機(jī)理分析及治理方案

屈添強(qiáng)，張聯(lián)志，潘 卓，曾曉霞

1.湖南省有色地質(zhì)勘查局二總隊，湖南 湘潭 411102；2.湖南省自然資源事務(wù)中心，湖南 長沙 410004

0 引言

巖漿巖在湘潭地區(qū)多有分布，屬印支期和燕山期產(chǎn)物，呈侵入體產(chǎn)出。造巖礦物主要為長石、石英、云母等，周圍圍巖變質(zhì)作用明顯。全風(fēng)化花崗巖體和花崗巖風(fēng)化形成的殘積土組成了一種特殊的類土質(zhì)邊坡。不同于一般均質(zhì)土邊坡和巖質(zhì)邊坡，這類邊坡由于其物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)出臨時自穩(wěn)性較好、抗雨水沖刷能力較差、崩滑面較淺、逐段漸進(jìn)式破壞、變形破壞發(fā)展迅速等特有的工程特性。

受持續(xù)性強(qiáng)降雨影響，2016 年7 月19 日湘鄉(xiāng)市月山鎮(zhèn)紫云村馬頭上組S311 公路邊坡發(fā)生土石滑塌，堆積體掩埋了省道近100 米，造成了較長時間交通阻斷。本文以S311 公路邊坡為典型案例，根據(jù)邊坡物質(zhì)結(jié)構(gòu)、破壞特征進(jìn)行了失穩(wěn)機(jī)理分析，并根據(jù)類土質(zhì)邊坡特有的工程特性提出了相應(yīng)的治理方案。

1 地質(zhì)環(huán)境條件和基本特征

1.1 地質(zhì)環(huán)境條件

S311 段邊坡屬典型的剝蝕丘陵地貌，地形總體為南高北低，東西兩側(cè)相對為緩坡地形，植被覆蓋茂密，海拔標(biāo)高112～165m，相對高差50m，地形坡度一般＞35°，局部坡度達(dá)75°，最高點(diǎn)為南部山頂標(biāo)高165m，最低點(diǎn)為省道S311 北側(cè)溝渠標(biāo)高112m。

區(qū)內(nèi)主要地層由新至老主要為第四系殘積土（Qel4）、全風(fēng)化二長花崗巖（Q1-a5）、強(qiáng)風(fēng)化二長花崗巖（Q1-a5）、中風(fēng)化二長花崗巖（Q1-a5）。

1.2 邊坡形態(tài)特征

災(zāi)害點(diǎn)位于S311 公路湘鄉(xiāng)市月山鎮(zhèn)紫云村馬頭上段南側(cè)邊坡，邊坡形態(tài)呈不規(guī)則扇形，東西兩側(cè)以坡體發(fā)育裂縫、陡坎為界，前緣以山坡坡腳及滑坡堆積體為界，分界較為明顯。邊坡整體坡度約45°，邊坡后緣與前緣垂直高差近40m。邊坡坡體主要由第四系殘積土及風(fēng)化二長花崗巖組成，坡向345°，橫向?qū)?5m，縱向長60m，分布面積5200m2，平均厚度約5m，體積約2.6×104m3。

1.3 邊坡變形特征

受2016 年7 月連續(xù)性強(qiáng)降雨影響，7 月19 日該處突發(fā)邊坡滑塌，造成下方土石堆積，20 日滑塌繼續(xù)發(fā)展，拉動后部不穩(wěn)定坡體發(fā)生第二次滑塌，堆積物堆沖至省道S311 上，之后邊坡變形減緩，坡體后部未見明顯變形，但坡體東西兩側(cè)均出現(xiàn)新的開裂變形，且裂縫有往后發(fā)展的趨勢。

1.4 邊坡物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

邊坡滑體物質(zhì)主要由第四系殘積土和表層全風(fēng)化的二長花崗巖組成，主要成分為花崗巖石英粒、含高嶺土團(tuán)塊及云母質(zhì)，呈黃褐色～黃棕色，滑體在后部及兩側(cè)較薄，中部較厚，平均厚度約5m。滑帶為含砂礫殘積土和破碎強(qiáng)風(fēng)化二長花崗巖，黃褐色，厚度0.2～0.5m，多為碎塊狀，結(jié)構(gòu)極松散。滑床由較穩(wěn)定的全風(fēng)化-強(qiáng)風(fēng)化花崗巖組成，工程地質(zhì)條件相對較好。

2 邊坡失穩(wěn)形成機(jī)理和破壞模式分析

針對類土質(zhì)邊坡的特點(diǎn)，從地形地貌、地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、人類活動等方面進(jìn)行分析，研究邊坡失穩(wěn)成因。

2.1 邊坡失穩(wěn)機(jī)理

影響該處邊坡穩(wěn)定性的主要因素是降雨，其次為人類工程活動、巖土體性質(zhì)、地形地貌等因素。

該區(qū)屬剝蝕丘陵地貌，地形起伏較大，邊坡坡度一般＞35°，上覆第四系殘積土和全風(fēng)化花崗巖表層土體結(jié)構(gòu)松散，孔隙率高，滲透系數(shù)高，下伏強(qiáng)-中風(fēng)化花崗巖由于地質(zhì)構(gòu)造的影響使得局部巖體破碎，且節(jié)理裂隙發(fā)育，工程力學(xué)性質(zhì)差。在連續(xù)性強(qiáng)降雨下，大量雨水沿孔隙和裂隙面滲入坡體，導(dǎo)致坡體的容重迅速增大，降低巖土體的抗剪強(qiáng)度，同時浸潤軟化滑帶附近的巖土體，再加上修建S311 時人工切坡使得坡腳產(chǎn)生了高陡臨空面且未進(jìn)行合理有效的支護(hù)，在重力、地下水及降雨因素的共同作用下，造成了邊坡失穩(wěn)。

2.2 破壞模式

該處坡體破壞表現(xiàn)為前緣先發(fā)現(xiàn)拉張裂縫，使整個坡體向下滑動，下部下滑力增大。由于前緣存在較高的臨空面，在長時間降雨或暴雨誘發(fā)下，前緣局部產(chǎn)生小型崩塌，后部坡體失去支撐面，破壞坡體原有平衡狀態(tài)，導(dǎo)致整個坡體失穩(wěn)。其破壞模式為牽引式破壞。

3 治理方案

該處邊坡滑動面不深、但坡度較陡，采用抗滑樁治理效果不明顯。綜合考慮采用“清坡、放坡+格構(gòu)錨桿+擋土墻+鋼管樁+截排水溝+復(fù)綠工程+監(jiān)測”結(jié)合的防治方案。此方案針對性強(qiáng)，治理效果好，且格構(gòu)框格中可以進(jìn)行復(fù)綠，符合生態(tài)治理的宗旨。

3.1 清坡+四級放坡工程

由于花崗巖類土質(zhì)邊坡具有較強(qiáng)的臨時自穩(wěn)性，給邊坡陡開挖留下足夠的施工時間。設(shè)計先清除邊坡松散堆積體和表層松散土體，再對坡體進(jìn)行四級放坡處理，第一、二級邊坡坡比1：1.5，第三、四級邊坡坡比1：1.0，各級之間設(shè)2.0m 寬馬道。

3.2 錨桿格構(gòu)工程

花崗巖殘積土邊坡不同于一般殘積土邊坡，其顯著特征為邊坡坡體中存在結(jié)構(gòu)面，這使得花崗巖類土質(zhì)邊坡開挖卸荷效應(yīng)較一般均質(zhì)土邊坡更強(qiáng)。因此在邊坡下級開挖前，需要對上一級邊坡進(jìn)行有力支護(hù)。設(shè)計對開挖坡面進(jìn)行格構(gòu)錨桿支護(hù)，并布設(shè)坡面排水系統(tǒng)。錨桿根據(jù)坡面形態(tài)布設(shè)，法向間距3.0m，排距3.0m，長度6.0～9.0m。

3.3 擋土墻工程

類土質(zhì)邊坡抗沖刷能力差，邊坡坡腳易首先出現(xiàn)局部剪切變形，并逐段向上發(fā)展引發(fā)邊坡整體失穩(wěn)，因此需加強(qiáng)支擋護(hù)腳設(shè)計。在邊坡坡腳處布設(shè)重力式擋土墻，高4.2m，頂寬1m，底寬2m，埋深1m。

3.4 鋼管樁工程

邊坡后緣西側(cè)覆蓋層厚，為確保穩(wěn)定，在后緣西側(cè)變形區(qū)域設(shè)全埋式注漿微型鋼管樁支護(hù)，鋼管樁樁長12m，采用Φ108×5 的無縫鋼管，按三排梅花形布置，橫向間距1.0m，排距0.4m。采用截面為1.0m×0.5m 的冠梁將三排樁頂連接。

3.5 截排水溝工程

類土質(zhì)邊坡開挖卸荷效應(yīng)明顯，易在坡上方形成張性裂縫，遇降雨充水后產(chǎn)生靜水壓力，進(jìn)一步造成坡體抗剪強(qiáng)度降低，因此特別要做好邊坡外圍截水和坡面排水工程。在周界外圍設(shè)置截水溝，在每級馬道內(nèi)側(cè)設(shè)A 型排水溝，在擋土墻底部設(shè)B型排水溝。截排水溝均采用C20 砼澆筑，截水溝底寬0.4 m，頂寬0.6m，深0.4m；A 型排水溝截面尺寸0.4m×0.4m；B 型排水溝截面尺寸0.5m×0.5m。

3.6 坡面防護(hù)工程

如前所述，類土質(zhì)邊坡抗沖刷能力差，在強(qiáng)降雨沖刷作用下坡面易形成溝槽，造成邊坡穩(wěn)定性下降。應(yīng)加強(qiáng)坡面抗沖刷防護(hù)，在對坡體進(jìn)行格構(gòu)錨桿支護(hù)后，在格構(gòu)梁框格中采用噴播綠化護(hù)面，并對各級放坡馬道進(jìn)行碎石硬化。

3.7 監(jiān)測工程

為了保證邊坡在工程施工過程以及運(yùn)行過程中的安全，在治理工程施工期間及竣工后1 年內(nèi)監(jiān)測地表沉降位移、裂縫發(fā)展以及支檔結(jié)構(gòu)的水平垂直位移，以判斷邊坡穩(wěn)定性及設(shè)計合理性和結(jié)構(gòu)的安全性。

4 結(jié)論

（1）省道S311 邊坡為湘潭地區(qū)典型的類土質(zhì)邊坡，花崗巖殘積土邊坡具有臨時自穩(wěn)性較好、抗雨水沖刷能力較差、崩滑面較淺、逐段漸進(jìn)式破壞、變形破壞發(fā)展迅速等特性。

（2）邊坡失穩(wěn)的破壞模式為牽引式破壞，邊坡穩(wěn)定性的主要影響因素為連續(xù)性強(qiáng)降雨，其次為人類工程活動、巖土體性質(zhì)等。

（3）根據(jù)花崗巖類土質(zhì)邊坡的工程特性，針對性提出“清坡、放坡+格構(gòu)錨桿+擋土墻+鋼管樁+截排水溝+復(fù)綠工程+監(jiān)測”的綜合防治工程。