宜畢高速公路K3段震后邊坡滑坡應急處置研究

魏東旭 朱琦 李廣景 張鑫

摘 要：為了有效控制震后山體滑坡、崩塌現象的蔓延，保證高速公路建設及運營安全，以震后宜畢高速公路K3段為研究對象，開展震后應急勘察工作，采取注漿、排水和反壓等手段對邊坡滑坡進行位移和沉降監測。利用Geostudio中的Slope/W模塊分析加固后的滑坡穩定性，計算邊坡的屈服加速度，提出根據預應力錨索進行加固的治理方案。結果表明，滑坡在地下水和地震的共同作用下產生，土體薄層狀結構及巖層順傾均加劇了滑坡形成，盡管地震作用對邊坡整體穩定性有較大影響，但實施的應急處置措施遏制了滑坡的進一步變形，經過計算，邊坡加固處理后屈服加速度為0.07 g ，安全系數為1.3，符合相關規范要求。可見，邊坡滑坡體位移在震后初期得到了有效控制，治理措施有效提高了該邊坡的穩定性。處置方案對類似高速公路的建設與維護具有借鑒意義。

關鍵詞： 道路工程其他學科;地震;滑坡;應急調查;處置方案

中圖分類號： TU44? ?文獻標識碼：? A

doi：? 10.7535/hbgykj.2020yx06008

Research on emergency treatment of slope landslides at K3

section of Yi-Bi Expressway after earthquake

WEI Dongxu， ZHU Qi， LI Guangjing， ZHANG Xin

（Shandong Provincial Coummunications Planning and Design Institute Company Limited， Jinan， Shandong? 250031， China）

Abstract：

In order to effectively control the spread of landslides and collapses after the earthquake， and to ensure the safety of expressway constructions and operation， the K3 section of Yi-Bi Expressway was taken as the research object to carry out a post-earthquake emergency survey. The displacement and settlement of the slope landslide were monitored by the methods of grouting， drainage and back-pressure. The Slope/W in Geostudio was used to analyze the stability of the reinforced landslide and to calculate the yield acceleration. And the treatment scheme of slope? reinforcement? was proposed by using prestressed? anchor? cables. It is shown that

the landslide is caused by the combined action of groundwater and earthquake， and is exacerbated by the thin layered structure of soil and the layered rock with inclination， although the overall stability of the slope is? impacted? by the earthquake， the emergency treatment scheme can prevent the? landslide from further deformation. The yield? acceleration? after the slope reinforcement is 0.07 g? and the safety factor is 1.3 based on the calculation， which can meet the? requirements? of correlative specifications.

It is thus clear that the slope landslide displacement is effectively controlled in the early post-earthquake period;? the stability of the slope is effectively improved by the treatment measures.

The treatment scheme? ?results? provides a reference for the construction and maintenance of similar expressways.

Keywords：

other subjects of road engineering; earthquake; landslide; emergency survey; treatment scheme

云南地區地勢高，地質構造復雜，高頻率地震多發，地震后滑坡、崩塌等地質災害頻發，嚴重威脅人民生命財產及工程結構的安全? [1-6] 。因此，對震后邊坡進行調查，有針對性地開展震后邊坡應急處理顯得尤為重要。何寧等? [7] 提出了采用廢舊輪胎加筋擋墻結合生態護坡技術治理震后山體滑坡的方法，并指出在余震和降雨情況下會有新的災害發生;余健等? [8] 對蘆山地震后某巨型古滑坡提出了護坡排固的綜合防治措施，認為地面水體下滲會加劇滑坡位移;譚彬建等? [9] 針對汶川地震后某滑坡根據定量計算結果提出了治理措施，為震后滑坡處理提供了參考;吳麗等? [10] 根據邊坡治理工程及震后災區余震不斷等現狀，設計了風險識別的分解模式，并使用風險矩陣圖法進行風險評價，為邊坡余震風險評估提供了新思路;陳紫云等? [11] 以G213國道映秀至汶川公路搶險保通的工程實踐為例，總結了極震區崩塌災害對公路造成的危害，并探討了危巖體防治措施，提出在極震區域需關注余震對危巖體的誘發;楊凱? [12] 針對四川汶馬高速公路地震烈度為Ⅷ度的震后滑坡體綜合治理，確定了合理的滑坡體綜合治理方案。由以上分析可知，針對地震后突發性地質災害進行應急處置非常重要? [13-16] ，但已有的關于余震后邊坡應急處理措施的研究對于監測的關注度還不夠，因此需進一步開展余震對邊坡整體穩定性影響和震后應急措施的研究。

宜賓至畢節高速公路K3段路塹高邊坡，在地震后局部失穩并產生位移，在設計路線一定范圍內的房屋出現開裂。根據該邊坡滑坡的變形特點，筆者結合震后應急調查，對該邊坡失穩進行分析，提出了對高邊坡進行震后進行加固的方案。

1 工程概況

本項目位于宜畢高速公路K3段，屬四級路塹高邊坡，總長約190 m，最大開挖高度43.79 m，原坡體防護措施為錨桿框格梁。

邊坡地貌構造剝蝕丘陵地貌單元，地形陡峭，地勢起伏較大，地形整體南高北低，地面標高593.50～710.60 m，相對高差104.5～117.1 m，山體坡向總體呈北北東向，自然坡度35°，地形屬易滑地形? [1-3] 。

該邊坡所在地區地層巖性自上而下依次為覆蓋層第四系殘坡積（Q? ? dl+el 4）礫質粉質黏土（棕黃色、黃褐色），下伏基巖為奧陶系下統湄潭組、紅花園組（O? ? m+h 1）的全-強風化頁巖（棕褐色）、全-強風化炭質頁巖（灰黑色、灰綠色）及中風化灰巖（青灰色）。其中全-強風化泥質頁巖主要分布在第三、四級坡體，全-強風化炭質頁巖主要分布在第一、三級坡體和坡腳范圍內，其中全風化炭質頁巖為軟弱夾層，且開挖暴露地表后極易風化軟化、崩解，坡體結構為上硬下軟;邊坡巖層優勢結構面350°～356°∠22°～33°，傾向開挖臨空面，屬于典型的煤系地層順層邊坡? [4-5] ，工程地質性質極差。

根據《中國地震動參數區劃圖》（GB 18306—2015），威信縣三桃鄉邊坡區地震動峰值加速度值為0.05? g ，地震動反應譜特征周期為0.40 s，抗震設防烈度為6度，設計地震分組為第一組。該邊坡于2018年5月開始現場施工，2018年12月下旬開挖第一級邊坡。2019年1月15日，威信縣地區（坐標：28.07°N，105.02°E）發生3.1級地震，次日滑體上部形成多條張拉裂縫及錯臺，坡體變形異常，表層出現多級次級小滑坡發育，第二、三級邊坡部分段出現垮塌，邊坡滑坡范圍如圖1所示。

2 震后應急處置及邊坡滑坡情況調查

2.1 應急措施及效果

對震后邊坡滑坡首先采取了相應的應急措施，為防止雨水下滲造成滑動帶進一步軟化，對邊坡、平臺及坡頂裂縫注漿后用素混凝土封堵或者用塑料薄膜蓋住裂縫以及變形區。由于地下水會降低邊坡的穩定性，對該滑坡嵌頂截水溝進行施工，防止嵌頂外側的地表水進入邊坡體內，對邊坡體仰斜式排水管進行施工，對出水較多地段進行加密，排出坡體內的地下水，提高邊坡體的自身穩定性，將坡腳處積水排出，防止坡腳的炭質頁巖進一步軟化。同時在第一級邊坡錨索施工后，立即進行反壓，遏制坡體進一步變形，為后續滑坡的治理工程贏得時間。

由圖2、圖3中的監測結果可以看出，2019年4月5日—19日各監測點均發生了較大的位移及沉降突變，由于受地震作用，巖體結構進一步遭到破壞，

加之該時間段內持續集中強降雨等因素，抗剪強度降低。2019年6月初完成了嵌頂外側及坡面的裂縫封堵、坡腳反壓、增設仰斜式排水孔、坡體預應力錨索張拉等工作后，場區附近先后發生了云南永善縣3.8級、4.1級地震，四川長寧縣6.0級、4.6級地震，四川珙縣5.4級地震。地震后各監測點的位移及沉降曲線均未發生突變現象，監測點累計水平位移有下降趨勢且趨于穩定，表明應急處置措施實施后遏制了滑坡的進一步變形，達到了預期效果。

2.2 邊坡滑坡變形監測

對震后邊坡滑坡進行調查發現，現場有明顯出水點，坡腳長期有水滲出，滑坡分布高程為600～660 m，滑坡體寬為105～120 m，長為190 m，主滑方向為5°左右，路線走向為96°，滑動面傾角為 20°～32° ，滑體厚度為10～25 m，投影面積為15 000 m 2，滑面埋深為15～20 m，滑坡體積約為27×10 4? m 3，為中型中層牽引式基巖滑坡。

為具體掌握滑坡的變形動態? [8] 、確定滑坡范圍、滑坡的主滑方向，在震后應急調查前期對滑坡體進行地表位移觀測，在滑坡體范圍內外布設了22個監測點，形成監測網，對強變形區進行了加密，位移監測平面圖如圖4所示。

由圖2—圖4可知：

1）由位移量較大的監測點JC2-2，JC2-3，JC3-1，JC3-2，JC3-3，JC4-1，JC4-2，JC4-3，JC5-1，JC5-2，JC5-3等位移矢量可知，滑體的滑動方向傾向于路基，主滑方向為5°左右;

2）威信縣地區發生3.1級地震后邊坡監測位移發生了突變，裂縫繼續發育，2019年1月13日-19日累計水平位移超過100 mm，對應為前六天的監測結果，說明地震作用對該邊坡整體穩定性有較大 影響。

3 邊坡滑坡失穩分析及治理方案設計

3.1 邊坡滑坡失穩分析

分析該邊坡的地層構造，場區地質構造作用強烈，褶皺及節理裂隙極其發育，巖體以散體狀-碎裂狀為主，巖體完整性差。滑坡區單斜構造，產狀相對穩定，經基巖露頭量測，巖層產狀為356°∠30°，主要節理產狀有：16°∠20°，240°∠75°，300°∠89°等，線路走向96°，赤平投影分析如圖5所示。

由赤平投影分析可知：邊坡巖層層面及節理1面與坡面傾向呈小角度相交，二者傾向為外傾關系，且傾角小于坡角，對邊坡穩定性影響較大，因此邊坡開挖后，該側邊坡可能會沿巖層層面及節理1面產生滑動。滑坡區為單斜構造，巖層產狀與邊坡坡向呈順傾關系，坡體泥質頁巖及炭質頁巖呈薄層狀構造，坡體薄層狀結構及巖層順傾均加劇了滑坡形成。

該邊坡的穩定性受到地下水的影響，區內降雨量豐富，平均降雨量為1 200 mm，一年中約有230 d處于雨季。邊坡體節理裂隙發育，為雨水下滲提供通道，進一步軟化巖土體及結構面，力學強度降低，自重增大，地下水在后緣裂隙中形成的靜水壓力以及在滑體中形成的動水壓力進一步增加下滑力。

高陡邊坡的開挖以及大里程側的深切溝為滑坡形成提供了臨空面，對邊坡體穩定性影響較大。2019-01-15在威信縣地區發生的3級地震直接加速了該滑坡的形成。

坡體上的砌體結構房屋的震后情況如圖6所示。坡體上分散的砌體結構房屋出現了較多的水平裂縫和垂直裂縫，且裂縫均未從地面起裂，屬于典型的地震誘發的房屋開裂縫特征，因此在地震和強降雨的作用下，形成了現有滑坡。

根據現場地質調查、鉆探及坡體后房屋裂縫情況推斷，由于工程開挖引起的滑坡范圍（坡口線外側約50 m，嵌頂外50～400 m）內的地表裂縫和房屋開裂是受地震作用及深切溝的影響形成的。

3.2 治理方案設計

對該滑坡進行治理，并利用Geostudio軟件對計算滑坡的剩余下滑力。

對該滑坡進行加固設計，并采用傳遞系數法計算加固后滑坡的穩定性。該滑坡在震前1—4級采用錨桿進行加固，震后主要采用預應力錨索進行補強加固，在滑體處1—3級設置預應力錨索，4級設置錨桿。設計方案為1）1—3級：K3+405～K3+520段采用3 排預應力錨索格梁加固，錨鎖長為35.0 m，間距為3 m×3 m，傾角為160°，采用5束錨索，每束錨索為100 kN/m，格梁內掛網客土噴播防護;其余坡面采用掛網客土噴播防護。2）4級：K3+450～K3+500? 段采用3 排錨桿格梁加固，錨桿長為11.0 m，間距為3 m×3 m，格梁內掛網客土噴播防護;其余坡面采用掛網客土噴播防護。3）5級：全坡面采用CF生態網植草防護。利用Geostudio中的Slope/W模塊對該治理方案進行 驗算。

滑坡主滑斷面的確定：滑坡計算的后緣以滑坡最后一條傾向路基方向的貫通性裂縫為準，前緣為坡腳全風化炭質頁巖的應力集中位置。結合現場巖土體性質，主滑帶與巖層產狀大體一致，傾角約為30°。表1給出了穩定性分析中巖土體的相關參數。

滑帶土參數取值對穩定性分析較為重要，對滑帶土參數進行反算，根據現場記錄，2019年4月5日—19日期間，該滑坡的累計水平位移量從283 mm突變為500 mm，最大位移速率達到34 mm/d，平均位移速率為15.5 mm/d，大于10 mm/d，表明滑坡發育階段為劇滑階段，取穩定系數 Fs =0.950。反算滑帶土參數指標是在滑坡治理工程實施前，可能滑面的變形活動特點及相應穩定程度的基礎上，評估滑坡的?現狀穩定系數，把既有錨固工程等結構對地層的加固等效成復合巖土抗剪參數，即綜合抗剪強度參數。在此基礎上計算得到如表2所示的飽水狀態下的滑帶土參數。

設置預應力錨索后的滑坡安全系數為1.3。由于在地震中該滑坡產生了較大的滑動位移，因此需要考慮該滑坡的動力穩定性，采用Quake/W進行分析得到其屈服加速度為 0.07g。考慮到地震烈度為6度時，對應場地的地震波的峰值加速度為0.05g。由于屈服加速度大于0.05g，因此在地震烈度為6度時，該邊坡較大概率不會產生位移。

3.3 優化因素分析

滑坡的治理方案設計需要考慮工程造價、現場施工條件及現場的地質條件等因素。本文的滑坡治理采用了預應力錨索加固設計。

該滑坡所處場地場區地層含水性、富水性較好，另外，工程開挖后的人工坡面成為新的地下水排泄通道，滲透途徑變長，地表水易下滲進入坡體。而在2019年4月5日—19日期間，場區經歷連續集中強降雨，地表水及雨水沿表層土的孔隙及巖層裂隙下滲，邊坡巖土體處于飽水狀態，自重力增大，下伏基巖的頁巖、炭質頁巖，遇水易軟化、崩解，抗剪強度急劇降低，抗滑力減小。因此在滑坡治理中對地下水的處置非常重要。

上覆荷載也是邊坡設計中需要考慮的重要因素，對第四、五級邊坡可適當刷方減載，減小下滑力。另外，該滑坡上存在砌體房屋，盡管在開挖過程中未對邊坡的穩定性造成影響，但是在地震作用下，由于潛在滑動面的存在，會進一步降低該邊坡的穩定性，因此在進行滑坡設計治理時，應拆除嵌頂處因防護補償不足而引起開裂的房屋，并對坡頂進行適當卸載，最大限度降低險情。

該高邊坡加固還 需考慮另外2個問題：1）工程邊坡開挖引起的坡口線外側50 m范圍內的坡體變形;2）高邊坡在一定范圍內受大里程側深切沖溝影響的變形。因此在邊坡加固中也可以在高邊坡坡腳部位設置抗滑樁對坡體的整體穩定性進行支擋加固，考慮到其在地下水的作用下對樁體的錨固力貢獻有限，在抗滑樁前部可設置3排鋼管注漿來提高抗滑樁錨固段的錨固能力。

4 結 語

宜畢高速K3段路基坡體在震后產生滑坡，本文對該滑坡進行震后勘查，并根據地層條件對其進行加固設計。通過分析計算，得到以下結論。

1）該坡體為典型的順層、極軟巖、膨脹巖及煤系地層等復合型邊坡，由于場區降雨量豐富，地下水發育，地形上受深切溝和工程開挖形成的高陡臨空面影響，同時施工期間受多次地震作用，導致了該邊坡的失穩。

2）通過設置預應力錨索，并對邊坡的穩定性進行分析，得到治理后的邊坡安全系數為1.3。進一步對該邊坡的屈服加速度進行計算， 得到屈服加速度為0.07g，結果表明治理措施有效提高了該邊坡的穩定性。

3）通過對滑坡失穩分 析，結合地表變形觀測，在地下水和地震的共同作用下，形成了相應的滑坡，滑坡由于工程開挖引起的范圍為坡口線外側50 m;由于地震后坡體位移發生突變，坡口線外側50～400 m范圍內房屋出現明顯的地震剪裂縫。采取震后應急措施，有效限制了在余震中該滑坡的位移。

4）結合現場實際，在滑坡治理中應綜合考慮滑坡形成因素，重點考慮地下水及現場地層條件對滑坡形成的影響，同時應采取合理的監測措施，加強監測、巡查，確保邊坡體的穩定性。

本文結合宜畢高速公路K3段的坡體震后應急處置方案開展相應研究，分析震后滑坡的產生機理，盡管采取的震后處理措施使滑坡位移得到了有效控制，但研究邊坡穩定性時，僅進行了二維分析，未考慮空間效應對邊坡穩定性的影響，另外現場地表變形觀測受到了傳感器埋設位置和精度的制約，因此在后期研究中應當合理布置傳感器的位置，并增加觀測頻率，或采用分布式光纖監測方法進行持續監測，以克服傳統監測方式的不足。

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