閩南山區(qū)高速公路典型類土質(zhì)邊坡滑坡機(jī)理分析與治理

徐立武

(中交一公局廈門工程有限公司，廈門 361000)

閩南山區(qū)主要指廈門、 漳州、 泉州等福建東南部地區(qū)，區(qū)域內(nèi)溝谷縱橫，地形起伏大，以低山剝蝕丘陵、殘坡積臺(tái)地及沖海積平原地貌為主，丘陵段落多為半山，夾雜著谷地，山坡自然坡率約為20°～45°，植被發(fā)育，地下水發(fā)育豐富。由于閩山地區(qū)一般地層巖體結(jié)構(gòu)破碎，巖土體風(fēng)化強(qiáng)烈且深度較大，覆蓋層較厚，巖土體遇水易軟化，在高速公路建設(shè)過程中， 受路基開挖卸荷和大氣降雨等因素影響，經(jīng)常遇見路塹邊坡變形和破壞，特別是土質(zhì)或類土質(zhì)路塹邊坡問題更為嚴(yán)重。

類土質(zhì)邊坡的破壞機(jī)理和模式不同于一般的均質(zhì)土坡和巖質(zhì)邊坡，引起了廣泛學(xué)者和工程技術(shù)人員的重視。此類邊坡的物質(zhì)組成從表面上看屬砂性土或粘性土，但土體中存在軟弱結(jié)構(gòu)面或呈現(xiàn)各向異性力學(xué)性質(zhì)的不連續(xù)面[1]，諸如節(jié)理面、層面、軟弱夾層、風(fēng)化界面甚至老的滑動(dòng)面等[2]，邊坡的變形破壞，大都受這些結(jié)構(gòu)面的控制，特別是邊坡巖體由全-強(qiáng)風(fēng)化組成的類土質(zhì)邊坡，更保留了原巖的結(jié)構(gòu)面，易產(chǎn)生單面平面滑動(dòng)、錯(cuò)落、崩塌等形式破壞[3]。目前，類土質(zhì)邊坡按邊坡物質(zhì)組成、成因機(jī)制和坡體結(jié)構(gòu)特征， 邊坡破壞類型大致可分為圓弧或似圓弧破壞、平面形破壞、折線形破壞、復(fù)合形破壞，或者風(fēng)化剝落、流石流泥和崩塌落石等其他形式破壞[4]。

本文以閩南山區(qū)高速公路一典型類土質(zhì)邊坡滑坡工點(diǎn)為例，對(duì)其變形破壞機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)的分析，并開展針對(duì)性的工程治理方案研究， 對(duì)類土質(zhì)路塹邊坡滑坡機(jī)理研究與工程治理具有一定的參考價(jià)值。

1 工程概況

本邊坡位于漳州境內(nèi)，為高速公路互通匝道邊坡，邊坡高約5 級(jí)，第1、2、3 級(jí)為高速公路路塹高邊坡，坡率1∶1.25，采用拱形骨架結(jié)合綠化防護(hù)；邊坡第3 級(jí)頂部為農(nóng)用機(jī)耕道，寬約6 m，第4、5 級(jí)為機(jī)耕道的邊坡，高約2 級(jí)，坡率1∶1.0，采用普通綠化防護(hù)。 邊坡上部為柚子林，仰坡，自然邊坡高約60 m(高速公路路面起算)，坡頂為反坡。

本段邊坡變形主要發(fā)生在機(jī)耕道上部邊坡， 高速公路路塹高邊坡未發(fā)現(xiàn)變形裂縫及變形發(fā)展情況， 下部路堤邊坡巡查未發(fā)現(xiàn)變形發(fā)展裂縫，如圖1 所示。

圖1 邊坡全貌

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

該場(chǎng)區(qū)屬于剝蝕丘陵間沖洪積平原地貌區(qū)， 山坡稍陡，自然斜坡坡度約為20°～25°，局部25°～30°，場(chǎng)地地形起伏較大，邊坡地形下陡上緩，坡頂為反坡，山坡植被發(fā)育，坡頂為柚子林，呈臺(tái)階狀。

2.2 地層巖性

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)及鉆孔資料，滑坡區(qū)地層條件相對(duì)簡(jiǎn)單，上覆土層主要由殘坡積粉質(zhì)粘土、粘土構(gòu)成，下伏基巖地層由侏羅系梨山組(J1l)砂巖構(gòu)成，主要為全風(fēng)化至碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化砂巖組成， 機(jī)耕道邊坡開挖揭露地層為全風(fēng)化砂巖，典型工程地質(zhì)斷面圖如圖2 所示。

圖2 典型工程地質(zhì)斷面圖

粉質(zhì)粘土：最大揭露層厚7.3 m。褐黃色，濕，可塑，成分以粘粉粒為主，刀切面較光滑。

殘積粘性土：揭露層厚3.9 m。 淺棕黃色、棕紅色，稍濕，硬塑，刀切面較粗糙，砂質(zhì)感強(qiáng)。

全風(fēng)化砂巖：揭露層厚5.1～9.1 m。 灰黃色，巖體完全風(fēng)化，礦物成分基本已風(fēng)化成土狀，巖芯呈散體狀結(jié)構(gòu)，手捏易散，遇水易軟化。

砂土狀強(qiáng)風(fēng)化砂巖：揭露層厚2.2～18.3 m。 灰黃色，組織結(jié)構(gòu)大部分被破壞，礦物成分大部分風(fēng)化成土狀，巖芯呈砂土狀，手捏易散。

碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化砂巖：揭露層厚15.8 m。 灰黃色，裂隙發(fā)育，巖石風(fēng)化明顯，巖芯呈2～6 cm 碎塊狀，裂面見鐵錳質(zhì)侵染，錘擊易碎。

2.3 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)區(qū)地表水不發(fā)育，未見常年性地表流水，區(qū)內(nèi)地表水主要為雨季坡面匯水，調(diào)查期間，受降雨影響，滑坡上部柚子林局部積水。

地下水主要為賦存于第四系洪沖積礫砂層的孔隙潛水及基巖風(fēng)化帶內(nèi)的基巖裂隙水。 孔隙潛水主要受上覆層入滲水及周邊地表水補(bǔ)給，含水層滲透性好，水量較豐富。基巖裂隙水主要接受大氣降水補(bǔ)給，受裂隙開啟性及泥質(zhì)充填物制約，滲透性變差，水量較小。

3 坡體機(jī)理分析

3.1 坡體變形情況

本段邊坡滑動(dòng)變形主要發(fā)生在機(jī)耕道上部邊坡，變形主要分布在第4 級(jí)坡面和坡頂柚子林的自然山體，滑坡變形范圍、周界、后緣錯(cuò)臺(tái)、前緣剪出口相對(duì)清晰，其坡體變形規(guī)模總體可預(yù)判，變形規(guī)模相對(duì)較小，變形范圍呈“三角形”狀(圖1)。

(1)第4 級(jí)坡面變形

本級(jí)邊坡坡面發(fā)生多處淺層坍塌， 表現(xiàn)為大里程方向單級(jí)坡面整體淺表層坍塌變形， 邊坡坡腳局部淺層坍塌，如圖3。 坡面發(fā)展多道豎向裂縫，間距約5～8 m；第4級(jí)邊坡坡腳出現(xiàn)較為明顯剪出口，呈斜向分布，且剪出口巖體存在滑動(dòng)擦痕，如圖4。

圖3 邊坡第4 級(jí)坡腳局部坍塌

圖4 邊坡第4 級(jí)坡面坡腳剪出及滑動(dòng)面擦痕

(2)自然山體變形

本滑坡兩側(cè)周界裂縫明顯， 其中大里程方向基本貫通，裂縫呈下錯(cuò)狀，小里程方向裂縫斷續(xù)，呈張開狀；坡頂自然山體(柚子林)后緣裂縫已貫通，下錯(cuò)約0.5 m，如圖5所示。

圖5 滑坡后緣及周界裂縫

3.2 深部位移監(jiān)測(cè)

邊坡變形后，立即開展了深部位移監(jiān)測(cè)，共設(shè)置3 個(gè)監(jiān)測(cè)孔，1 個(gè)監(jiān)測(cè)主斷面。 監(jiān)測(cè)孔ZK1 布設(shè)于機(jī)耕道，ZK2、ZK3 布設(shè)于滑坡體中部和后部， 其中ZK1 深24 m，ZK2 深33.5 m，ZK3 深33.5 m。 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，ZK3 距孔口0～10 m 有明顯滑動(dòng)變形反應(yīng)，ZK2 距孔口0～12 m 有明顯滑動(dòng)變形反應(yīng)，邊坡滑動(dòng)面位于全風(fēng)化砂巖底界面，屬中層滑坡[5]，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖6 所示。

圖6 深孔位移變形曲線圖

3.3 機(jī)理分析

滑坡的形成和發(fā)展是多種因素共同作用產(chǎn)生的，根據(jù)滑坡場(chǎng)區(qū)工程地質(zhì)特點(diǎn)、變形情況、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，本滑坡發(fā)生變形主要因素如下：

(1)地質(zhì)原因

場(chǎng)區(qū)地層巖性主要為侏羅系梨山組砂巖， 巖體風(fēng)化強(qiáng)烈且深度大，以全風(fēng)化和砂土狀強(qiáng)風(fēng)化地層為主，為類土質(zhì)邊坡，現(xiàn)場(chǎng)原巖結(jié)構(gòu)清晰。邊坡變形主要為耕機(jī)道上部邊坡，主要地層為殘坡積層和全風(fēng)化砂巖，巖體風(fēng)化完全，已風(fēng)化成土狀，手捏易散，呈泥土狀，遇水易軟化，巖土體強(qiáng)度極低，為軟弱易滑地層。

(2)大氣降雨及農(nóng)地灌溉

場(chǎng)區(qū)滑坡為農(nóng)業(yè)種植地，為柚子林梯田，呈多級(jí)臺(tái)階狀，具有較好的積水條件，地表水不易及時(shí)排出。 2019 年3-4 月在大氣降雨和農(nóng)業(yè)灌溉作用下， 地表水持續(xù)下滲進(jìn)入坡體內(nèi)部，使滑坡內(nèi)部巖土體軟化，強(qiáng)度指標(biāo)持續(xù)降低，造成本段山體變形開裂。

(3)人類工程活動(dòng)

由于高速公路坂仔互通匝道和農(nóng)用機(jī)耕道修建，邊坡開挖山體中下部巖體，削弱坡腳支撐形成臨空面，造成上部巖土體沿第4 級(jí)邊坡(農(nóng)用機(jī)耕道)坡腳剪出。

綜上所述，該滑坡位于軟弱易滑地段，巖土體強(qiáng)度極低，后期受大氣降雨和農(nóng)業(yè)灌溉地表水入滲作用，滑坡內(nèi)部巖土體軟化，強(qiáng)度指標(biāo)持續(xù)降低，使邊坡沿全風(fēng)化底界的巖性接觸面發(fā)生滑移變形，前緣剪出，后緣拉裂下挫，為閩南山區(qū)典型的類土質(zhì)邊坡滑坡。

4 穩(wěn)定性分析

通過上述坡體變形情況、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和機(jī)理分析，該滑坡滑動(dòng)面位置及滑動(dòng)機(jī)理清晰，滑坡變形整體性強(qiáng)，可將滑坡滑動(dòng)面按空間力學(xué)性質(zhì)，分為張拉段、主滑段和抗滑段，巖土體和滑動(dòng)面參數(shù)采用滑坡穩(wěn)定性反分析方法，結(jié)合勘察設(shè)計(jì)資料，綜合確定。 滑坡前緣剪出口清晰，后緣拉裂縫貫通，已處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，滑坡此時(shí)穩(wěn)定系數(shù)約為1.0～1.05[5]。

為計(jì)算其穩(wěn)定狀態(tài)， 采用較為嚴(yán)格的剛體極限平衡方法——Morgensten&Price 法， 利用Slide 軟件進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性反演計(jì)算，滑坡穩(wěn)定系數(shù)為1.042，如圖7 所示，反算巖土體和滑帶土強(qiáng)度指標(biāo)見表1。

圖7 穩(wěn)定性分析結(jié)果

表1 巖土參數(shù)及滑動(dòng)面強(qiáng)度參數(shù)

5 應(yīng)急處置及工程治理

5.1 應(yīng)急處置

根據(jù)邊坡變形現(xiàn)狀、范圍、原因與機(jī)理及坡體發(fā)展趨勢(shì)， 為保證下方高速公路邊坡安全穩(wěn)定、 機(jī)耕道安全通行，且為后期工程治理提供有利條件，采用前緣反壓進(jìn)行處置，反壓高度4 m，底部寬度4 m，反壓體采用袋裝反壓，反壓后滑坡的安全系數(shù)計(jì)算為1.12，如圖8。 對(duì)坡體上的滑坡裂縫采用黏土夯填， 表層可采用水泥砂漿抹面封閉，阻止地表水進(jìn)一步入滲軟化巖體。

圖8 反壓后穩(wěn)定性分析結(jié)果

該滑坡受地表水入滲軟化巖體，產(chǎn)生邊坡滑坡，變形發(fā)展較快，采用坡腳反壓對(duì)坡體整體穩(wěn)定，效果明顯，可有利保障了坡體整體穩(wěn)定和主線高速公路的施工安全，但在反壓后，坡體中上部變形依舊有所發(fā)展，只是變形量值有所收斂，對(duì)坡體變形的活動(dòng)，不能根本控制，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行滑坡治理。

5.2 工程治理

該滑坡為典型類土質(zhì)邊坡滑坡病害， 場(chǎng)區(qū)巖土體強(qiáng)度指標(biāo)較低，采用錨索方案預(yù)應(yīng)力張拉難以滿足，滑坡上部為柚子林，征地和棄土難解決，不宜進(jìn)行刷方卸載。

綜合對(duì)比，結(jié)合邊坡地質(zhì)條件、病害特征和穩(wěn)定性狀態(tài)，為有效對(duì)滑坡進(jìn)行根治，保障后期高速公路通車安全和耕機(jī)道通行，本滑坡采用抗滑樁支擋加固措施，抗滑樁設(shè)置在第4 級(jí)平臺(tái)，樁長(zhǎng)22 m，截面尺寸2 m×2.5 m，設(shè)計(jì)滑坡推力T=800 kN， 加固后坡體穩(wěn)定系數(shù)為1.21，如圖9 所示。 滿足公路滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

6 結(jié)語(yǔ)

(1)閩南山區(qū)一般地層巖體結(jié)構(gòu)破碎，巖土體風(fēng)化強(qiáng)烈且深度較大，覆蓋層較厚，巖土體遇水易軟化，在高速公路建設(shè)過程中， 受路基開挖卸荷和地表水入滲等因素影響，上覆風(fēng)化土易沿巖體原生結(jié)構(gòu)面、軟弱夾層和風(fēng)化界面等產(chǎn)生滑動(dòng)，形成類土質(zhì)邊坡滑坡病害，邊坡在設(shè)計(jì)加固時(shí)應(yīng)充分考慮結(jié)構(gòu)面影響。

(2)本文以漳州地區(qū)一典型類土質(zhì)邊坡滑坡為例，詳細(xì)介紹了邊坡坡體變形特征，綜合考慮地質(zhì)條件、地表水入滲、人類工程活動(dòng)3 方面因素，結(jié)合勘察、監(jiān)測(cè)等技術(shù)手段，揭示了該滑坡的變形滑動(dòng)機(jī)理，為大氣降雨和農(nóng)業(yè)灌溉地表水入滲，使滑坡內(nèi)部巖土體軟化，強(qiáng)度指標(biāo)持續(xù)降低， 引起邊坡上覆土體沿全風(fēng)化底界的巖性接觸面發(fā)生滑移變形，為典型的類土質(zhì)邊坡滑坡，對(duì)后期病害有效治理提供了理論依據(jù)。

(3)基于滑坡機(jī)理分析，結(jié)合邊坡地質(zhì)條件、病害特征和穩(wěn)定性狀態(tài)， 前期應(yīng)急處置及時(shí)進(jìn)行坡腳反壓和裂縫夯填等措施，效果明顯，有利保障了坡體整體穩(wěn)定和主線高速公路的施工安全； 后期工程治理綜合考慮邊坡現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，采用抗滑樁支擋加固，能有效根治滑坡，對(duì)山區(qū)高速公路類似邊坡工程機(jī)理分析與治理具有較大的參考意義。