雅安境內(nèi)某國道路基邊坡變形分析及處治措施

李國兵,李存俐

（四川省林業(yè)和草原調(diào)查規(guī)劃院，四川 成都 610081）

滑坡是山區(qū)公路邊坡工程中常見的地質(zhì)災(zāi)害，邊坡一旦失穩(wěn)，道路中斷，會給工程建設(shè)和生產(chǎn)生活帶來巨大的損失。滑坡治理涉及地質(zhì)、路基、路面、交通安全工程等多個(gè)專業(yè)領(lǐng)域，應(yīng)視為一項(xiàng)以安全、保通為主要約束條件，以病害永久處治為最終目標(biāo)的“系統(tǒng)工程”[1]。本研究以雅安境內(nèi)某國道滑坡為研究對象，通過現(xiàn)場調(diào)查并結(jié)合地勘資料，分析滑坡成因，對典型斷面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，并提出了合理的處治方案。

1 滑坡區(qū)概況

1.1 構(gòu)造及地形地貌

研究區(qū)地處龍門山NE向構(gòu)造帶、鮮水河NN向構(gòu)造帶、川滇SE向構(gòu)造帶所組成的西南“Y”字形構(gòu)造格局中心的東部塊體西邊緣，位于寶興背斜南東翼，構(gòu)造以NE向結(jié)構(gòu)面為主。受區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造控制，基巖裂隙以北東向節(jié)理和NNE向與NWW向的共軛節(jié)理較發(fā)育，裂隙率每米為1～2條。區(qū)域穩(wěn)定分區(qū)屬次穩(wěn)定區(qū)的中等穩(wěn)定分區(qū)，該變形體位于雅安天全縣城對面，天全河左岸，位于某國道KX+887-KX+927段，地貌總體表現(xiàn)出南東高北西低的特征。該變形體后緣山體海拔最高790 m，海拔最低725 m，相對高差為35～65 m，自然坡度30°～35°。地表多為旱地、植被，變形體左側(cè)有排水溝，下方有兩戶人家，如圖1所示。

圖1 滑坡區(qū)平面示意圖

1.2 地層巖性

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及現(xiàn)場調(diào)查，該區(qū)域覆蓋層主要為第四系殘坡積層（Q4el+dl）的粉質(zhì)黏土，碎石含量僅占15%，呈可塑狀，一般厚度約5.0～8.0 m，最大厚度可達(dá)12.0 m。下伏基巖地層為白堊系夾關(guān)組（K2j），風(fēng)化程度高，巖性為棕紅色層狀泥巖和砂質(zhì)泥巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，遇水呈土狀。巖層傾角為60°～67°，傾向與坡向大角度相交，其巖體邊坡的整體穩(wěn)定性較好。在公路沿線可見基巖出露。

潛在滑坡體主要分布在KX+887-KX+927段坡體以外的斜坡地帶，地表以粉質(zhì)黏土為主，多為可塑結(jié)構(gòu)，邊坡下部粉質(zhì)黏土為軟塑結(jié)構(gòu)。其中粉質(zhì)黏土呈棕紅色，含5%～10%碎石與角礫，表現(xiàn)出濕潤至飽和、可塑-軟塑特征。一般厚度為1.0～3.0 m，最大厚度可達(dá)8.0 m，主要分布在公路邊坡的斜坡地段。滑帶土主要為含角礫的粉質(zhì)黏土，飽和，可塑。角礫呈棱角狀，光滑面和擦痕較明顯。主要分布在粉質(zhì)黏土與強(qiáng)風(fēng)化的泥巖之間，一般厚度為5～10 cm。潛在滑床為厚度變化不大的強(qiáng)風(fēng)化泥巖。

1.3 氣象水文條件

1.3.1 氣象

天全河流域?qū)偎拇ㄅ璧貋啛釒駶櫄夂騾^(qū)，氣候具有冬無嚴(yán)寒、夏無酷熱、降水豐沛、雨日多的特點(diǎn)。流域內(nèi)降雨在年內(nèi)分配不均勻，雨量集中于汛期。5—10月降雨量占年降雨量的80.4%，12—3月枯水期占年總量的9.5%。年平均氣溫15.1 ℃，歷年極端最低氣溫-6.7 ℃，歷年極端最高氣溫36 ℃。多年平均降水量為1 682.4 mm，多年平均降水日數(shù)為235.7 d，多年平均雷電日數(shù)29.4 d，平均風(fēng)速1.0 m/s，最大風(fēng)速為25 m/s。

1.3.2 水文

坡體地表水源主要為坡面水，主要滲水源為降雨。變形區(qū)地下水主要有第四系松散堆積層中的孔隙潛水和基巖裂隙水。①第四系松散堆積層主要由粉質(zhì)黏土和全風(fēng)化的碎屑土組成，其賦存條件較好，孔隙潛水豐富，主要接受降水補(bǔ)給。公路外側(cè)斜緩坡地的粉質(zhì)黏土含水量大，粉質(zhì)黏土呈可塑狀，開挖探槽后立即可見積水；②基巖裂隙水主要賦存于砂質(zhì)泥巖及泥巖裂隙中，變形區(qū)砂泥巖巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，裂隙發(fā)育，基巖裂隙水較豐富。在變形區(qū)的下部可見泉水出露。

1.4 地震

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015），該區(qū)域地震動峰值加速度為0.15 g，基本烈度Ⅶ，抗震設(shè)防烈度7度[2]。

2 滑坡區(qū)變形特征

變形拉裂縫分布在路基上，長42～45 m，下沉外移3.0～5.0 cm，拉裂縫寬2.0～3.0 cm，滑移高差3.0 cm。外側(cè)擋墻及防護(hù)欄外傾3.0～5.0 cm。變形坡體在平面上呈上小下大的扁平圈椅狀展布。變形坡體長約136 m，寬40～50 m，主滑方向N32°E。變形坡體面積約6 120 m2，加權(quán)平均厚度約11.2 m，變形坡體體積約6.85×104m3，為中型中層牽引式滑坡。坡體上覆粉質(zhì)黏土厚2～10 m，下伏強(qiáng)風(fēng)化泥巖，厚約5 m，以下為中風(fēng)化泥巖。

3 滑坡成因機(jī)制分析

2012年8月底至9月中上旬，雅安地區(qū)出現(xiàn)連續(xù)降雨天氣，全縣普降大暴雨。受強(qiáng)降雨的影響，致使某國道KX+887-KX+927段外邊坡坡體出現(xiàn)變形，導(dǎo)致道路中斷、路基沉陷、路面開裂。因此，強(qiáng)暴雨是該段路基變形的主要原因。

3.1 變形體內(nèi)部土體結(jié)構(gòu)的差異致使地表水排泄不通暢

該段路基覆蓋層主要為第四系殘坡積層（Q4el+dl）的粉質(zhì)黏土，一般厚度1.0～3.0 m，最大厚度達(dá)5.0～8.0 m。下伏為白堊系夾關(guān)組（K2j）強(qiáng)風(fēng)化泥巖，該層巖石具有隔水作用，呈弱透水性，不能及時(shí)排泄地下水。增加邊坡土體自重，降低弱透水層的抗剪強(qiáng)度，致使土層蠕滑變形。

3.2 變形坡體成因分析

（1）坡體內(nèi)部巖性物質(zhì)與土體結(jié)構(gòu)差異性是坡體變形的內(nèi)因。變形體覆蓋層為第四系殘坡積層（Q4el+dl）的粉質(zhì)黏土，下伏泥巖具有隔水作用。

（2）持續(xù)的大暴雨天氣是坡體變形的主要激發(fā)因素。

（3）變形路段外側(cè)邊坡坡度達(dá)30°，其土體內(nèi)地下水排水不順暢的情況下，滲透到土體，增加土體自重，覆蓋層沿巖土接觸面產(chǎn)生濡滑變形，致使外擋墻外移。

因此，影響該段坡體穩(wěn)定的因素，既有其自身穩(wěn)定性條件的內(nèi)因，也有外部影響的因素。自身穩(wěn)定性因素包括地形地貌、物質(zhì)結(jié)構(gòu)及巖土物理力學(xué)性質(zhì)、軟弱層特征、水文地質(zhì)條件等多方地質(zhì)環(huán)境；外部因素包括大氣降水、地表徑流、施工建設(shè)等對邊坡穩(wěn)定性有不利影響的因素。該路段有1條橫向裂隙，見表1。

表1 裂縫特征表

4 穩(wěn)定性分析

4.1 滑面確定及計(jì)算公式

經(jīng)勘探鉆孔取芯確認(rèn)，潛在滑體內(nèi)最不利的滑動面為巖土接觸面。斜坡整體呈上陡下緩。潛在滑坡體主要物質(zhì)組成為粉質(zhì)黏土。下伏強(qiáng)風(fēng)化基巖為泥巖。在滑體與基巖之間明顯存在一層軟弱帶，為可塑-軟塑層之間的粉質(zhì)黏土（含角礫粉質(zhì)黏土），由此確定的滑帶及滑面：

4.1.1 根據(jù)地質(zhì)調(diào)查和鉆探分析，土質(zhì)邊坡的潛在滑動面為巖土界面，潛在滑面為折線

基本假定如下：

（1）沿橫斷面方向取1.0 m寬的土條作為計(jì)算的基本斷面，兩側(cè)的摩阻力不計(jì)；

（2）滑坡的每一分條假定為整體滑動；

（3）滑坡推力的作用方向平行于滑動面；

（4）推力的應(yīng)力分布為矩形。

4.1.2 計(jì)算條塊劃分原則

邊坡穩(wěn)定性計(jì)算條塊劃分主要原則是：在地面線坡角顯著變化處、潛在滑面的傾角變化處。

4.1.3 計(jì)算方法

邊坡潛在滑面多呈折線形，采用折線滑動法（傳遞系數(shù)法）計(jì)算邊坡穩(wěn)定性系數(shù)，土條劃分如圖2所示，計(jì)算公式（1）～（6）采用《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021—2001）條文說明5.2.8[3]。

根據(jù)《滑坡防治工程勘察規(guī)范》（DZ/T 0218—2006）12.4.5條的相關(guān)說明，當(dāng)滑坡體滲透系數(shù)小于1.0×10-7m/s時(shí)，滑體不計(jì)滲透壓力。

滑坡推力按式Pi=Pi-1ψi-1+FstTi-Ri計(jì)算。

式中：Pi、Pi-1分別為第i計(jì)算條塊、第i-1計(jì)算條塊的剩余下滑力（kN/m），如果Pi-1＜0，則計(jì)算Pi時(shí)式中Pi-1取0；Fst為滑塊剩余下滑力計(jì)算安全系數(shù)；式中其余符號意義同前。

計(jì)算剖面采用勘察成果中A-A’剖面，如圖2所示。

圖2 A-A’剖面

4.2 計(jì)算參數(shù)和工況

4.2.1 計(jì)算參數(shù)

邊坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)主要有：土體的容重（r）、土的粘聚力（c）和內(nèi)摩擦角（φ）。

（1）土體容重。根據(jù)巖土性狀特點(diǎn)，結(jié)合室內(nèi)試驗(yàn)資料成果綜合取值：取加權(quán)容重（塊石容重23.5 kN/m3）。經(jīng)計(jì)算KX+887-KX+927邊坡天然狀態(tài)為19.9 kN/m3，飽和狀態(tài)為20.2 kN/m3。

（2）潛在滑動面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。邊坡土體目前無變形跡象，在開挖前處于穩(wěn)定或基本穩(wěn)定狀態(tài)，潛在滑動面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)實(shí)驗(yàn)值，見表2；邊坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)取值，見表3。

表2 邊坡推力實(shí)驗(yàn)參數(shù)表

表3 邊坡推力計(jì)算參數(shù)取值表

根據(jù)土質(zhì)邊坡的工程地質(zhì)特點(diǎn)，類比同類工程的治理經(jīng)驗(yàn)，對本邊坡治理工程巖土參數(shù)取值見表4。

表4 邊坡防治工程巖土參數(shù)建議值

4.2.2 計(jì)算工況

根據(jù)場地情況，滑坡穩(wěn)定性、下滑力計(jì)算選擇工況Ⅰ天然狀態(tài)、工況Ⅱ暴雨?duì)顟B(tài)、工況Ⅲ地震工況3種方式進(jìn)行計(jì)算，見表5。

表5 滑坡下滑力計(jì)算工況類型表

4.3 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)《滑坡防治工程勘察規(guī)范》（GB/T 32864—2016）13.2.2條規(guī)定滑坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分，見表6[4]。

表6 滑坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分表

根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》土質(zhì)邊坡高度H≤10 m，破壞后果為嚴(yán)重，邊坡工程安全等級為二級，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.2[5]，計(jì)算得出邊坡穩(wěn)定性結(jié)果，見表7。結(jié)果表明，A-A’剖面（KX+887-KX+927段邊坡）在第Ⅰ、Ⅲ工況下均處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，在Ⅱ工況下處于不穩(wěn)定狀況，安全儲備極為不足。

表7 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算表

4.4 滑坡推力計(jì)算結(jié)果

采用滑坡推力公式計(jì)算得出滑坡推力，計(jì)算結(jié)果見表8。

表8 滑坡推力計(jì)算結(jié)果表

5 處治方案及效果

設(shè)置抗滑樁與擋土板阻滑：在路基右邊緣外側(cè)設(shè)置9根抗滑樁，其中A型2根，B型3根，C型4根，抗滑樁平面尺寸為A型1.5 m×2.0 m，B型1.8 m ×2.5 m，C型2.0 m×3.0 m，樁間距為5 m。樁底嵌入中等風(fēng)化基巖（即持力層）深度不低于樁長的1/3。人工開挖樁施工時(shí)，必須注意施工安全，邊挖邊做好混凝土護(hù)壁，并分段施工、分段開挖，加強(qiáng)施工觀測，一旦出現(xiàn)險(xiǎn)情，及時(shí)采取應(yīng)急措施。擋土板與抗滑樁外側(cè)對齊，位于地面線以上的擋土板應(yīng)設(shè)置泄水孔，間距2～3 m，呈梅花形布置。由于水對滑坡穩(wěn)定有重要影響，應(yīng)在滑坡邊界外側(cè)5 m設(shè)置環(huán)狀截水溝，截水溝應(yīng)漿砌并嵌入坡面線內(nèi)，以利美觀。坡體水田應(yīng)變?yōu)楹档兀厮翍?yīng)廢除。同時(shí)對該路段路基邊溝進(jìn)行漿砌，做好溝底、溝壁的防滲處理，防止邊溝水滲入坡體。滑坡處治完成后，通過多年坡體變形觀測，滑坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。原有變形裂縫得到了控制，也沒有新增變形裂縫出現(xiàn)。

6 結(jié)語

（1）通過調(diào)研雅安境內(nèi)某國道滑坡的基本特征，分析其成因，研究認(rèn)為滑坡的失穩(wěn)與滑坡體巖性、地形條件、水的作用、人類工程活動等有關(guān)。

（2）采用綜合野外與室內(nèi)分析的典型滑面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，定量評價(jià)了滑坡在各種工況下的穩(wěn)定狀況，提出了以抗滑樁與擋土板阻滑相結(jié)合，截?cái)嗥旅嫠头乐蛊麦w水下滲的綜合治理方法。