高速公路工程滑坡成因分析及治理

夏洪吉 任天勇

（四川省交通勘察設計研究院有限公司，四川成都 610017）

0 引言

因施工誘發的滑坡多為典型的牽引式滑坡。對滑坡的機理研究，有喬建平等[1]對天臺鄉滑坡的研究，認為雨水下滲使坡體處于超飽和狀態是滑坡發生的主要原因；段建新等[2]對高速公路開挖邊坡誘發牽引式滑坡進行了分析；袁從華等[3]針對牽引式滑坡特征提出了主被動加固的比較分析。這些研究對工程滑坡的預防和治理起到指導和推動作用。同時，工程實例表明，引發工程滑坡的原因往往不是單一的，若對滑坡原因認識不全面就提高了工程滑坡的可能性。

林銳等[4]對施工誘發的混合式滑坡穩定分析后，認為工程滑坡誘因多為施工組織不當。希望參建各方在工程項目建設中結合項目特點，仔細梳理排查不利于邊坡穩定的各項因素，并高度重視臨時工程和施工組織的合理設計和實施，事前預防，確保安全，為避免工程事故的發生提供一定的參考。本文以某高速公路工程滑坡為例，從地質勘察到穩定性分析，對該滑坡進行了全面分析，闡述了引起該滑坡的內因和外在誘發因素，并提出處治措施。

1 工程概況

某高速公路K9+690～K9+775段線路以填方路基形式從坡體中下部通過，邊坡表層2～3m為殘坡積含礫粉質黏土，下伏基巖以泥巖為主，巖層產狀緩傾坡外。受強降雨影響，邊坡后緣開始發生拉裂變形，隨后在持續降雨入滲、浸泡軟化作用下，逐漸形成貫通滑動面，最終邊坡發生滑移。該滑坡軸向長度約100m，平均寬約60m，面積約6.0×103m2，滑體厚度約5.5～6.0m，總方量約3.6×104m3，見圖1。擬建線路以填方路基形式從滑坡體前緣通過，對擬建線路K9+690～K9+775段影響較大。

圖1 穩定性計算簡圖

圖1 滑坡平面圖

根據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2015）工程區基本地震動峰值加速度0.10g，區內基本地震動反應譜特征周期為0.45s。對應的地震基本烈度為Ⅶ度，區域穩定性較好，工程區處于相對穩定的地塊。

工程區屬中亞熱帶西部半濕潤氣候區，降雨量豐盈，雨日頻繁，既是多雨區又是暴雨中心，年降雨量在1200mm以上。

2 滑坡基本特征及形成機理

2.1 滑坡形態特征

地貌上屬構造剝蝕中低山地貌，微地貌主要為斜坡地貌。滑坡總體西北高東南低，地面標高介于1815～1850m，坡向147°，坡度15～25°，局部最陡處約30°。滑坡后緣以陡坎為界，右側以沖溝為界，左側以坡面淺溝為界，軸向長度約100m，寬約60m。

2.2 滑坡物質組成特征

2.2.1 滑體

根據地表調查及鉆探揭露，滑坡體表層為原殘坡積含礫粉質黏土，呈黃褐色，稍濕，可塑，以粉質黏土夾礫石為主，鉆孔揭露厚度約2m；礫石含量5%，粒徑0.2～2cm，下部為基巖滑動后形成的碎裂巖體，滑動面以角礫狀為主。多呈碎裂狀～碎塊狀，局部段保留原基巖完整性，母巖成分以泥巖為主，鉆孔揭露深度5.5～6m。

2.2.2 滑面

根據鉆探巖芯揭露，滑面以粉質黏土夾角礫土為主，含少量碎石，次棱角狀，掰開后光滑面上可見擦痕，滑面厚度2～5cm。

2.2.3 滑床

根據鉆探揭露，滑床以泥巖為主，夾泥質粉砂巖，巖體整體較完整，除層面外主要發育兩組陡傾結構面，層面緩傾、平直、光滑，陡傾結構面起伏、光滑無充填。

2.3 滑坡成因

（1）該滑坡原地貌右側為沖溝，且左側發育坡面淺溝，坡體兩側臨空條件較好；邊坡巖層產狀151∠12°，邊坡坡向147°，巖層緩傾坡外，且巖體發育兩組不利結構面，產狀分別120∠80°和36∠72°，分別形成坡體后部及側向切割面，總體情況不利于邊坡穩定。

（2）便道和涵洞施工時，在坡體前緣和側面形成了臨空面，未及時作回填處理，坡體前緣和側面形成臨空條件，為邊坡的變形提供了有利的發展空間。

（3）由于邊坡前緣臨空，坡體松散堆積體在自重作用下產生變形，坡體后緣開始產生拉裂縫。隨后持續強降雨條件下，一方面降雨沿裂縫入滲，對下部基巖及層面浸泡軟化，尤其基巖頂部風化層裂隙發育，加劇雨水的入滲，致使其力學強度降低，另一方面坡體范圍內巖土體含水率高、質量增大。在上述因素影響下邊坡變形逐步發展并形成貫通滑動面，最終發生滑移。

綜上分析，不利的結構面組合以及巖土體力學強度參數低是內在原因，人工擾動使坡體形成較好的臨空條件和持續降雨是外在誘發因素。

3 滑坡穩定性評價

3.1 穩定性定性分析

發生滑動后，及時作了回填反壓處理，至今未發現進一步變形破壞跡象。根據在滑坡體范圍內及坡體后緣和前緣變形監測，也未發生進一步明顯變形位移。目前在前緣填土反壓下，該滑坡堆積體整體處于基本穩定狀態，但在持續降雨條件下，表層土體在雨水浸泡下有發生蠕滑的可能，坡體較陡處有發生垮塌或滑塌的可能。

該滑坡滑動后，在后緣形成高差5～10m的滑坡壁，坡度70～80°，滑坡壁上部為厚度2～3m的坡殘積含礫粉質黏土層，下部為泥巖，自然坡度15～25°。邊坡表層巖體破碎，有發生掉塊、垮塌可能，加之該邊坡在不利結構面組合切割下，有向坡外發生滑移變形的條件。

此外，根據鉆孔揭露，孔深9～12m段巖體裂隙發育、巖芯破碎，為地下水富集區，地下水長期作用易軟化下伏泥巖，形成軟弱順層結構面，雨季雨水下滲滑面將引發邊坡失穩。

3.2 穩定性定量評價

3.2.1 計算參數選取

滑體重度參數參考附近工點資料確定。滑帶土抗剪強度參數根據經驗并結合推測滑面反算參數綜合確定。根據《公路滑坡防治設計規范》，當滑坡處于整體滑動狀態時，滑坡穩定系數可取0.95～1.00，整體蠕動狀態時取1.00～1.05。本次計算按照《公路路基設計規范》JTG D30-2015及《公路滑坡防治設計規范》JTG/T 3334-2018，穩定性分析采用簡化Bishop法；滑坡推力計算采用傳遞系數法。

（1）簡化Bishop法計算公式：

式中：

Wi——第i土條重力；

αi——第i土條底滑面的傾角；

Qi——第i土條垂直方向外力；

（2）傳遞系數法計算公式：

當時Ti＜0時，應取Ti=0。

式中：

Ti、Ti-1——第i和第i-1 滑塊的剩余下滑分力，kN/m；

FS——穩定安全系數；

Wi——第i滑塊的自重力，kN/m；

αi、αi-1——第i和第i-1滑塊對應滑面的傾角，°；

φi——第i滑塊面內摩擦角，°；

ci——第i滑塊面巖土粘聚力，kN/m；

Li——第i滑塊面長度，m；

Ψi——傳遞系數；

本次以滑坡滑動前原始地形主滑剖面為計算斷面，對土層參數進行反演計算，通過現場勘察可知，該滑坡在暴雨作用下發生滑動。故本次反演通過暴雨工況進行反算，穩定性系數選取為0.95。通過反演分析綜合確定各土層參數，滑體重度：天然狀態γ=24kN/m3，暴雨狀態γ=25kN/m3；粘聚力：天然狀態c=14.5kPa，暴雨狀態c=14.1kPa；摩擦角：天然狀態φ=9°，暴雨狀態φ=8.5°。

3.2.2 計算工況及判定標準

由于本項目地震基本烈度處于Ⅶ度區，邊坡穩定性計算應考慮正常工況（天然）和非正常工況Ⅰ（暴雨或連續降雨狀態）、非正常工況Ⅱ（地震工況）三種工況[5]。

本項目為高速公路，參照《公路路基設計規范》（JTG D30-2015）表7.2.2滑坡穩定安全系數Ks，在天然工況下安全系數取1.25，在暴雨工況下，安全系數取1.15。在地震工況下，安全系數取1.1。

3.2.3 穩定性計算結果

（1）整體穩定性計算。

選取典型剖面進行計算，計算模型見圖2，計算結果見表1。

圖2 填方加載后計算簡圖

表1 穩定性計算結果

（2）局部穩定性計算。

對滑坡局部穩定性采用理正巖土，自動搜索最危險滑裂面，分別按天然工況、暴雨工況、地震工況等三種工況進行計算，計算參數及結果見表2。

表2 滑坡局部穩定性計算表

穩定性計算結果表明：現階段該滑坡整體在天然工況下處于穩定狀態，在暴雨及地震工況處于基本穩定狀態，但安全儲備不足。滑坡體局部在天然及地震工況下處于欠穩定狀態，在暴雨作用下處于不穩定狀態。

因此，在持續降雨條件下，滑坡體表層土體在雨水浸泡下有發生蠕滑的可能。坡體較陡處有發生垮塌或滑塌的可能，加之該滑坡體處于路基填方路段，施工擾動及填方加載可誘發新的滑坡，建議采取必要抗滑支擋措施進行處置，并結合抗滑支擋措施進行填筑后下滑推力計算，以滿足路基填筑后抗滑及抗傾覆穩定性要求，同時加強截、排水及變形監測。

4 處治方案

處治時，非正常工況主要考慮暴雨情況，參照《公路路基設計規范》（JTG D30-2015），在暴雨工況下安全系數取1.15。本工點為填方路基，計算填方加載后暴雨工況下剩余下滑力為530kN，主動土壓力為337kN，因此以剩余下滑力530kN作為設計依據。

（1）為確保路基填方后坡體穩定，在路基左側一級填方坡腳處設置抗滑樁，圓樁樁徑2.2m，間距4m。

（2）滑坡后緣有明顯錯臺，高度達7～9m且坡率較陡，基巖裸露且傾向坡外，上覆2～3m厚硬塑粉質黏土，后緣坡體從錯臺部位滑出的風險較高。因此沿后緣裂縫設置三排鋼花管并連接系梁，鋼管長度約10～12m，嵌入中風化基巖深度不小于3m。

（3）滑坡周界外5m設置一道截水溝，并順接路基右側邊溝。

5 結束語

本例中不利的結構面組合以及巖土體力學強度參數低是坡體失穩的內在原因，人工擾動使坡體形成較好的臨空條件，持續降雨是坡體失穩的外在誘發因素。如果在設計階段或施工期間能夠通過調查分析或其他手段發現和查明不利于坡體穩定的內部原因，在設計時根據不利內部條件，結合氣候等不利外部因素，綜合分析后選擇合理方案，并提前施工截水溝以及必要的臨時排水設施，是可以避免坡體因兩面臨空和巖土體力學強度參數降低而形成有利于滑動的條件，從而保證坡體穩定，避免坡體失穩，在設計階段和施工期間的施工組織設計中應對此點引起重視。