某高速公路土- 巖二元結構滑坡形成機理與治理研究

郝颶 彭坤杰

（中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢 430056）

近年來，我國公路交通發展迅猛，山區路網不斷豐富加密。某高速公路位于西北山區，項目沿線廣泛分布巨厚黃土，形成了大量土-巖二元結構路塹邊坡。由于黃土獨特的沉積環境與形成機理[1]，使其具有多空隙、弱膠結、節理裂隙發育等特點，易形成滑坡、崩塌等地質災害，特別是土-巖二元結構邊坡，受其水文地質結構影響，成為滑坡形成的高發類型，嚴重影響公路交通建設。

1 滑坡概況

1.1 滑坡形態特征

該滑坡位于某高速公路ZK265+510～ZK265+750 段左側路塹區域，屬于黃土塬梁地貌，總體地勢為東高西低，地形上陡下緩，局部發育小型沖溝，坡面植被茂盛。滑坡體后緣背靠黃土梁，前緣路塹邊坡一級平臺，平面呈圈椅狀。其主滑方向與路線垂直，滑體長約245m，寬約124m，高約50m，方量約60 萬m3，屬中型滑坡，滑坡平面詳見圖1。

圖1 滑坡平面圖

1.2 滑坡變形破壞特征

滑坡區為高速公路路塹邊坡，原設計為三級挖方邊坡，坡面采用拱形骨架防護。該邊坡已開挖完成，但防護、排水措施未及時施作。進入雨季后，受持續強降雨影響，該段邊坡失穩滑移。

滑坡周界較為清晰，后緣張拉裂縫基本貫通，兩側沖溝處可見羽狀剪切裂縫，縫寬2～5cm，坡體局部形成錯臺，存在淺表層溜滑跡象。地表位移監測成果表明坡體處于蠕滑狀態。

1.3 滑體物質組成與結構特征

地質勘探、調繪成果表明，滑坡物質主要由4 部分構成，即黃土狀土、新黃土、古土壤、礫巖。現分述如下：

1.3.1 黃土狀土（Q4del）：淺黃色，土體結構疏松，以粉粒為主，土質不勻，針狀孔隙發育，局部可見少量鈣質結核，原巖為新黃土夾古土壤。

1.3.2 新黃土（Q3eol）：淺黃色，土體結構較密實，以粉粒為主，土質均勻，具強烈濕陷性。

1.3.3 古土壤（Q2eol）：以夾層形式分布于新黃土中，褐紅色，土質不均，黏粒為主，具團粒結構，含少量鈣質結核。

1.3.4 礫巖（K1Z1）：為滑床下方穩定底層，強風化層以泥質膠結為主，中風化層以鈣質膠結為主，其中卵石粒徑2～7cm，含量約占55%，強度較低。

1.4 滑面、滑床

滑體主要由新黃土構成，滑面形態在主滑方向上呈圓弧形，主要沿新黃土貫通裂縫、軟弱夾層以及土巖接觸帶分布。滑床為底伏的強～中風礫巖，前緣剪出口局部可見光滑滑面，擦痕較清晰。

2 滑坡形成機理

滑坡區位于陜北臺凹的彬邑凹陷帶內。在黃土沉積過程中，因地殼間歇性抬升，導致本地區侵蝕基準面不斷下移，溝谷持續下切，形成了如今溝壑縱橫、支離破碎的黃土塬梁地貌[2]，滑坡所處的地段為沿黃土塬梁山脊線側面分布的斜坡地形，在較平緩的基巖臺階上堆積形成了巨厚黃土，下部基巖面位于一級平臺處，巖性為強風化礫巖。

由于黃土具有大空隙、濕陷性等特點，遇水易潰縮變形，進而發展成排泄通道，并不斷向下延伸；同時，底伏的基巖由于結構致密，具有相對隔水作用。降雨沿黃土空隙、裂隙、陷穴等排泄通道不斷下滲，于土-巖二元結構接觸面處匯集。一方面，接觸面處黃土遇水泥化，抗剪強度降低，形成軟弱帶，另一方面，受地下水反復匯集、排泄影響，土-巖接觸面動水壓力波動較大，土體顆粒間有效應力隨之銳減，抗滑性能進一步下降，多重因素綜合作用下，剪切應力沿此帶集中，并不斷向后延伸，在施工擾動等因素疊加影響下，最終與后緣地表水排泄通道貫通，形成滑帶，坡體失穩滑移。

3 滑坡穩定性分析

該滑坡周界明顯，后緣裂縫持續延伸發展，前緣鼓脹隆起，同時地表位移監測結果反映坡體最大變形速率15mm/天，表明坡體蠕滑中，即處于不穩定狀態。

由于滑坡規模較大，為全面客觀分析坡體穩定狀態，沿主滑方向布置A-A’、B-B’兩個工程地質斷面，采用不平衡推力法進行計算，計算模型見圖2、圖3。

圖2 A-A’剖面計算模型

圖3 B-B’剖面計算模型

穩定性計算參數結合本地區類似工程經驗，對室內土工試驗參數修正后，綜合確定，見表1。

表1 計算參數

滑坡區抗震設防烈度為7 度，設計基本地震加速度值為0.10g。由于本段路塹邊坡前后銜接隧道和橋梁，故除須按照天然、暴雨工況計算外，還應考慮地震影響。

根據公路行業現行相關規范，結合工程重要性，確定天然工況下穩定安全系數為1.3，暴雨工況下穩定安全系數為1.2，地震工況下穩定安全系數為1.15。計算結果見表2。

表2 穩定性計算結果

以上計算結果表明，A-A’斷面，在天然工況下處于基本穩定狀態，但不滿足規范要求，在暴雨工況和地震工況下均處于不穩定狀態；B-B’斷面，天然工況下處于穩定狀態，基本滿足規范要求，暴雨工況下處于不穩定狀態，地震工況下處于基本穩定狀態，亦不滿足規范要求；計算結果與坡體現狀變形破壞特征和定性分析結論一致。

4 治理措施

4.1 治理思路

為保證高速公路施工和運營安全，滑坡治理應因地制宜，采取技術可行、經濟合理、安全可靠、施工方便、可操作性強的工程措施。

由穩定性計算結果可知，A-A’斷面在三個工況下，剩余下滑力均較大，僅依靠抗滑支擋措施，會導致工程規模巨大，一方面經濟性較差，另一方面會同步增加施工難度和安全風險。故該滑坡治理采用完善排水、減載先行、加固在后的治理思路，以確保通車后的長期穩定。考慮到坡面防護措施已損毀開裂，擬采取封閉裂縫、局部削坡減載+剪出口支擋措施；鑒于滑坡區降雨較多，輔以完善的排水措施。

首先對A-A’、B-B’斷面削坡減載，確定剩余下滑力，具體計算模型見圖4、圖5。

圖4 A-A’剖面削坡減載計算模型

圖5 B-B’剖面削坡減載計算模型

削坡減載后剩余下滑力計算結果見表3。

表3 削坡后穩定性計算結果

以上計算結果表明，削坡后剩余下滑力明顯降低,順利實現減載目標。該滑坡治理以暴雨工況為最不利工況進行設計。為充分利用坡體自身抗滑力，同時達到經濟合理、節省投資的目標，A-A’剖面尾部設置抗滑樁、B-B’剖面尾部設置抗滑擋墻。

4.2 綜合治理措施

根據以上計算分析和治理思路，確定治理方案如下：

4.2.1 封閉裂縫：治理前采用三七灰土封閉裂縫，并做好臨時排水措施，及時排出坡外匯水。

4.2.2 削坡減載：自滑坡后緣附近削坡減載，邊坡中上部設置寬平臺，寬度5～20m，邊坡開挖坡率1:1.5。

4.2.3 坡面防護：邊坡減載與防護同步實施。第一級邊坡防護措施修復后予以保留；最上一級邊坡設置骨架護坡避免沖刷；其余坡面采用三維網植草保證景觀效果。

4.2.4 剪出口支擋防護：ZK265+510～ZK265+705 段一級平臺剪出口設置抗滑樁，樁截面1.8×2.4m，樁間距為5m，樁長為17m；ZK265+705～ZK265+750 段設置抗滑擋墻，墻高6.5m，基礎埋入基巖不小于1.5m。

4.2.5 截排水措施：塹頂及平臺布設永久截水溝和急流槽，攔、排地表水。

圖6 A-A’典型設計斷面圖

圖7 B-B’典型設計斷面圖

5 結論

5.1 該滑坡治理完成后，已經歷兩個雨季，期間多次降雨。現場長期位移監測結果表明，坡體未再出現變形、開裂跡象，處于穩定狀態，治理效果良好。

5.2 土-巖二元結構邊坡，受其特殊水文地質結構影響，易形成滑坡災害，路線設計階段應提高地質因素在路線方案統籌中的地位，盡量降低此類邊坡規模和數量，邊坡系統設計時亦應充分考慮不利工況，采用針對性防護方案，避免后期安全隱患。

5.3 本類型滑坡防范重點是做好排水工作，特別是臨時排水，應加強施工過程控制，開挖一級，排水、防護措施及時跟進一級，可有效避免滑坡形成。

5.4 滑坡治理應因地制宜、逐段分析，避免全坡采用單一強支擋措施，應綜合分析、治理，以實現安全、經濟、高效目標。