閩北某高速公路滑坡穩(wěn)定分析及防治方案研究

林 海

(福州市勘測院，福建 福州 350000)

隨著我國綜合實力的增強，國民生活水平日新月異的變化，國家基礎交通建設飛速發(fā)展，修建高速公路時，多山區(qū)地帶的高速公路產(chǎn)生許多邊坡治理的問題，高速公路邊坡治理給工程建設增加了難度和費用。邊坡一旦失穩(wěn)，將危及高速公路的正常使用，并對國家財產(chǎn)和人民的生命安全造成巨大的損失。因此，對高速公路邊坡穩(wěn)定性分析和防治方案研究顯得尤為重要，可為邊坡加固和滑坡治理提供實際工程案例分析，并為工程設計及施工提供科學的理論依據(jù)，對滑坡的預測預報也提供了重要的指導作用[1]。

通過大量工程實踐和理論分析表明，造成滑坡的原因有內部因素和外部因素[2-4]。在內部因素中，決定滑坡是否發(fā)生及滑坡類別的主要因素在于邊坡的巖土體性質、地質構造及邊坡的外形。而外部因素則是指人為因素、地震作用、降水作用等，都將誘導并加速產(chǎn)生滑坡。滑坡等地質災害是在各種因素綜合作用下產(chǎn)生的，形成條件和影響因素復雜。地質條件因素是形成滑坡的基礎，外部因素是誘導或觸發(fā)條件，在進行滑坡分析和加固治理方案研究時，應先考慮占主導地位的地質條件因素，再對引發(fā)滑坡等地質災害的外部因素進行具體分析。

位于福建省北部某高速公路滑坡是較為典型的由于高強度降雨和不合理的人類活動等影響因素下而形成的高速公路滑坡，滑坡平面示意圖如圖1所示。1996年工程建設區(qū)域坡體上的森林外包后，大量砍伐山中樹木，形成大面積山體裸露，給大量雨水下滲提供通道，同年在滑坡體下人工開挖灌溉水渠，1998年連續(xù)降雨，導致山體飽水，滑坡出現(xiàn)明顯的活動跡象，整個山體出現(xiàn)開裂下沉，弧形裂隙段長度累計達330 m，裂隙最寬處達0.45 m，可見最深處達1 m。高速公路滑坡一旦失穩(wěn)，將直接危及其毗鄰的高速公路和滑坡周圍的建筑及居民的安全，需立即對該區(qū)域滑坡進行穩(wěn)定性分析及防治加固。

1 滑坡概況

滑坡位于閩北某高速公路的K42+850～K42+970 段，為該高速公路2號橋橋臺區(qū)域。該區(qū)域為階梯狀斜坡地貌，原始地形為西高東低，上緩下陡，坡度約25°～35°，地貌形態(tài)受地質構造和巖性控制，屬剝蝕殘丘地貌。邊坡上部灌木植被生長茂密，雜草叢生。滑坡地貌較明顯，上部有圈椅狀滑坡壁，坡面呈臺階狀。滑坡區(qū)域上覆土層較厚，很少見到基巖出露，地震基本烈度為6度。

滑坡區(qū)分布的地層為：1)表層坡積粉質黏土層(Qdl):褐紅色，可塑～硬塑狀，黏性稍好，局部含有少量碎石，厚度為1 m～3 m不等，位于滑坡的表層，暴雨后多呈飽水狀態(tài)。2)殘積砂質黏性土層(Qel)：灰黃色，可塑～硬塑狀，黏性一般，厚度為2.5 m～5 m不等，位于滑坡的表層；暴雨后多呈飽水狀態(tài)。3)侏羅系上統(tǒng)南圓組(J3n)全、強風化凝灰熔巖地層，為滑坡區(qū)域內的主要地層，分布于滑坡后緣陡壁以下、兩側路塹邊坡段。巖心呈灰黃雜黑褐色，濕，堅硬狀，原巖結構基本破壞，礦物顯著風化變色，局部含有少量碎塊，手捏易散，下部裂隙發(fā)育，且裂隙內填充有褐紅色黏性土，可塑狀，為主要滑動地層。4)侏羅系上統(tǒng)南圓組(J3n)弱風化凝灰熔巖，青灰色，巖芯極破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙面被鐵錳質渲染，質地較堅硬，屬較堅硬巖，TCR約80%，RQD約5%。

該滑坡地下水主要為基巖風化層的孔隙水，水位埋藏普遍較深。接受大氣降水及地下水側向補給；東部坡角處有兩個間歇性泉水出露，流量均不大，其中南側的流量為0.1 L/s～0.3 L/s,在有地表徑流時才有出露；北側的流量為0.01 L/s～0.03 L/s，為連續(xù)降雨才有出露，兩個泉眼的水質均很清澈，無夾雜有泥沙等現(xiàn)象。由此推測泉水的源頭為上部已廢棄的溝渠中積累的雨水，從滑坡體中滲出的可能性不大。場區(qū)地表水主要為坡腳處的一飲水池。根據(jù)水質分析結果，場址區(qū)地下水對混凝土不具腐蝕性。

2 滑坡形態(tài)描述

該滑坡整體形態(tài)呈“簸箕”形(見圖1)，滑坡前緣高程為170 m～178 m，后緣高程為210 m～222 m，高差約50.0 m。橋樁位于滑坡腰部，邊坡坡度約為30°。滑坡前緣寬度約120.0 m，滑坡體最大厚度約14.0 m，順主滑動方向長約145.0 m，體積約1.02×105m3，為一大型土質滑坡。

1)后緣：普遍高差為0.2 m～1.5 m不等，其中西南側和西北側高差稍低，為0.2 m～0.6 m，中間高差較大，后緣總長度為110 m。

2)側緣：南側的側緣現(xiàn)象不太明顯，據(jù)老鄉(xiāng)反映，滑坡初滑之后有裂紋發(fā)育，后經(jīng)雨沖刷之后裂隙消失，北側的側緣在頂部發(fā)育有階梯狀裂隙，下部由于緊貼沖溝，被雨水沖刷較嚴重，現(xiàn)象也不太明顯。

3)滑坡臺地和洼地：滑坡體中的臺地有兩級，級寬5 m～10 m不等，級高為0.8 m～1.2 m，走向為340°～355°，長度40 m～50 m，且每級臺地后壁發(fā)育有裂隙。滑坡體中未見洼地。

4)裂隙：滑坡體中可見有3條長裂隙，短裂隙(<2 m)2處～3處，3條裂隙呈近平行狀，走向340°～355°，寬度5 cm～20 cm，長40 m～50 m，大部分被黏性土和腐殖質填充，可見最深深度為1.2 m。其中南北向裂隙的裂隙面粗糙，張開較大，為張拉裂隙，西南和東南向裂隙的裂隙面較平直，張開稍小，為扭張性裂隙。

5)前緣：滑坡體前部坡度較陡，普遍坡度為20°～25°，局部人工開挖邊坡達30°～40°，據(jù)觀察和調查訪問，現(xiàn)狀下坡體前部基本穩(wěn)定，僅在已廢棄溝渠的局部有坡積土滑入其中。

6)滑動帶特征：由野外地質調繪和鉆孔FHP1～FHP5，F(xiàn)Q159～FQ162，F(xiàn)Q158A～FQ161A表明該滑坡的滑動面未貫通，根據(jù)具有明顯滑動帶特征的鉆孔FHP1和FQ159表明滑動帶深度不一，為11.4 m～12.5 m，為褐紅～灰黃色，為黏性土夾雜砂土狀強風化凝灰熔巖，另含少量1 cm～3 cm碎塊，巖芯中局部可見擦痕，與水平交角為30°(如圖2所示)。

3 滑坡形成機制

大量砍伐山中樹木和坡腳工程建設開挖等人類活動是該公路滑坡形成的主要誘因。在降雨和地下水的作用下，滑坡巖土體逐漸形成軟弱結構面(帶)，邊坡應力失衡，最后沿著軟弱結構面(帶)產(chǎn)生滑移破壞。該滑坡的形成機制如下：

1)內因：上覆較厚坡積粉質黏土、殘積砂質黏性土，下覆厚層全～強風化凝灰熔巖是易滑坡地層，另外該邊坡天然坡度較陡，為25°～30°，接近自穩(wěn)極限狀態(tài)。

2)外因:1996年該滑坡體中的樹木進行了大量砍伐，形成了大面積山體裸露，給大量雨水下滲提供通道，同時滑坡底部開挖水渠，導致底部的卸荷，進一步加劇了滑坡的不穩(wěn)定性。

3)誘因：1998年連續(xù)暴雨是滑坡產(chǎn)生的直接誘因，使得土體飽水，有效應力降低。

因此根據(jù)《公路工程地質勘察規(guī)范》，該滑坡可定性為：滑動面未貫通、推移式、大型、黏性土質滑坡。

4 滑坡穩(wěn)定性分析

4.1 計算工況

外荷載、地震作用、大氣降雨和地下水的水壓力為該滑坡的外荷載，滑坡穩(wěn)定分析按以下3種工況：

一般工況：滑坡體自重+外荷載，取土體天然重度、天然抗剪強度指標。

飽和工況：滑坡體自重+外荷載+暴雨，取土體飽和重度和飽和抗剪強度指標，由于該滑坡曾經(jīng)滑動過，抗剪強度指標采用飽和抗剪強度殘余值。

抗震工況：滑坡體自重+外荷載+地震作用+暴雨，參數(shù)取值同飽和工況。

4.2 滑坡土體重度及抗剪強度指標黏聚力c,內摩擦角φ取值

滑坡土體重度及抗剪強度指標黏聚力c,內摩擦角φ取值主要依據(jù)現(xiàn)場和室內土工試驗確定，土體重度如表1所示。

表1 土體重度取值 kN/m3

4.3 滑坡黏聚力c,內摩擦角φ取值

據(jù)以上分析可知，該滑坡主要滑動介質為強風化凝灰熔巖和其間的褐紅色黏性土夾層，坡、殘積黏性土為上部地層，僅僅在滑坡的后壁和周圈存在滑動帶，其c,φ值對滑坡整體影響有限，下部為基巖地層，為滑坡的下邊界，其c,φ值對滑坡整體沒有影響，因此對于上部坡、殘積黏性土和基巖地層的c,φ值以試驗值或者經(jīng)驗值為主，為非反算參數(shù)，而對于全、強風化地層，尤其是強風化夾黏性土凝灰熔巖地層的c,φ值進行反算，土體抗剪強度指標取值如表2 所示。

表2 土體抗剪強度指標取值

GEO-SLOPE是加拿大GEO-SLOPE公司研發(fā)的一款適用于邊坡穩(wěn)定性分析的軟件，對邊坡穩(wěn)定性可進行詳細的計算及結果輸出，廣泛應用于邊坡穩(wěn)定性分析。利用GEO-SLOPE軟件中的Bishop法計算滑坡穩(wěn)定性，并反求c,φ值，GEO-SLOPE軟件可將Ⅲ-Ⅲ′橫斷面的滑坡體細分40塊(見圖3)。

由于該滑坡天然狀態(tài)下處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定系數(shù)在1.00～1.05之間，根據(jù)相似工程經(jīng)驗和多次試算結果，在一般工況下，給定滑動面的抗剪強度黏聚力c值為11.3 kPa，反算滑動面的內摩擦角φ值。反算的滑坡穩(wěn)定系數(shù)為1.00～1.05，反算結果如表3所示。

表3 滑動面參數(shù)反算結果表

根據(jù)反算結果以及相似工程經(jīng)驗分析，天然狀況下滑動面抗剪強度指標取值如下：c=11.3 kPa，φ=16.15°，此時天然狀況下的安全系數(shù)Fs=1.04，飽和工況下滑動面抗剪強度指標c=10.17 kPa，φ=14.54°，進行飽和工況和抗震工況下穩(wěn)定性計算，得到飽水狀態(tài)下的安全系數(shù)Fs=0.946，地震狀態(tài)下的安全系數(shù)Fs=0.991，說明在連續(xù)降雨和地震的條件下，可能失穩(wěn)，滑坡穩(wěn)定性計算結果如表4所示。

表4 不同工況下滑坡安全系數(shù)

5 防治方案

該滑坡目前雖然穩(wěn)定，但在公路開挖和浸水情況下可能會重新開始滑動，考慮到工程的適宜性、工期和經(jīng)濟性等因素，建議采用以下防治方案[5-6]：

1)減載和反壓措施。由于該滑坡為黏性土質、推移式滑坡，滑動面形態(tài)為上緩下陡，根據(jù)《公路路基設計規(guī)范》宜采用滑坡后緣減重，前緣反壓措施，后緣減載時同時應盡量確保滑坡后部和兩側山體的穩(wěn)定性，防止后緣產(chǎn)生新的滑坡。

2)支擋措施。該高速路段為擬建橋梁路段，為保護橋梁，建議采用抗滑樁支護，由于滑坡的前緣緊靠居民區(qū)，宜設置抗滑樁板墻，具體樁板墻的分布有待于進一步計算。

3)截排水措施。降雨入滲是滑坡的誘發(fā)因素，應布置合理的排水系統(tǒng)，如坡體設置排水溝，坡頂設置截水溝，排水溝和截水溝可根據(jù)場地地形地貌排入自然沖溝或者連接至公路排水系統(tǒng)，并在坡體設置軟式透水管，排出坡體裂隙水，避免坡體長期處于飽和狀態(tài)。

4)裂縫封閉處理。對滑坡體及其后緣的拉裂縫采用黏土夯填密實，再采用混凝土封閉；對排水溝上的拉裂縫進行修補，在排水溝的下沉段設立排水口，防止排水溝因排水不暢積水或水進入滑體。

6 結論

1)閩北某高速公路滑坡的形成和發(fā)展受人類活動(砍伐植被和坡腳開挖)和降雨入滲影響，滑坡土體形成軟弱結構面(帶)，邊坡應力失衡，這是誘發(fā)滑坡的主要因素。另外未設置地表、地下排水系統(tǒng)，則是加劇滑坡的關鍵因素。

2)本文用Bishop條分法對該滑坡的主要滑動層的c，φ值進行了反算，同時對3種不同工況下的滑坡穩(wěn)定性進行分析計算，分析計算結果表明，該滑坡現(xiàn)階段處于暫時穩(wěn)定狀況，但如果在連續(xù)暴雨和地震條件下滑坡的安全系數(shù)將低于臨界值，滑坡將處于不穩(wěn)定狀況，因此必須對該滑坡進行必要的工程治理措施。

3)綜合考慮工程的適宜性、工期和經(jīng)濟性等方面因素，本工程滑坡防治建議采用抗滑樁支護，由于滑坡的前緣緊靠居民區(qū)，宜設置抗滑樁板墻，并應布置合理的排水系統(tǒng)，對滑坡體及其后緣的拉裂縫采用黏土夯填密實，再采用混凝土封閉，對滑坡進行動態(tài)設計和信息化施工，并加強監(jiān)測，有利于順利完成滑坡治理工程。