彌勒某高速公路互通匝道土質滑坡分析及治理

朱經亮， 許 波， 張偉剛

(1.華設設計集團股份有限公司，江蘇 南京 210014； 2.蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 210014)

1 工程概況

G8012彌勒至楚雄高速公路彌勒至玉溪段SJ-2標段是《國家高速公路網(2013—2030年)》中廣昆高速聯絡線(編號G8012)彌勒至楚雄高速公路的重要組成部分，同時也是云南省滇中城市大外環的重要組成部分[1]。本項目采用雙向六車道高速公路標準建設，設計速度為100 km/h，路基寬33.5 m。路線全長39.506 km(長鏈為24.877 m)。

新哨互通位于新哨鎮習崗哨村北側，設置于本項目起點處，被交路為廣昆高速，交叉樁號為K1+277.277，為十字形樞紐式立體交叉，主線上跨廣昆高速。新哨樞紐主要為實現廣昆高速及新哨連接線間路網交通量轉換而設置的，占地面積為635.48畝。

H匝道HK0+375～HK0+500段挖方邊坡已完成施工，邊坡開挖約16 m；J匝道JK0+410～JK0+540段挖方邊坡局部已開挖2～4 m[2]。

JK0+400～JK0+550 段下穿匝道橋，橋梁樁基已施工完畢，在開挖承臺基坑后清理表面土層時，該段右側山體發生坍塌下滑，如圖1所示。

圖1 滑坡平面圖

2 工程地質條件

2.1 地形地貌

滑坡所處山體斜坡多開墾為農田，地面高程 1 410～1 440 m，相對高差約 30 m，自然坡度12～18°。工程施工前原始邊坡較緩，無地裂縫，總體呈穩定狀態。

山頂設置一高壓線塔，現狀基礎穩定。無其他重要設施。

2.2 氣象

項目區總體氣候溫和、雨量充沛。年平均氣溫15.7～19.2 ℃，月最高氣溫為6月份達33.9 ℃，月最低氣溫為1月份達-2.5 ℃。年平均降水量為795～1 689 mm，年平均蒸發量為1 012～1 846 mm，年平均相對濕度為78%～83%，月最大降水量為204.2～308.2 mm，一般發生在7月份或8月份，月最小降雨量為10.9～18.1 mm，一般為1月份或2月份。

2.3 區域地質構造及地震

(1) 區域地質構造：場區內斷裂不發育，未發現有全新世活動性斷裂帶通過，巖層呈單斜構造。

(2) 地震：根據《中國地震動參數區劃圖》(GB 18306—2015)[3]，場區地處云南省彌勒新哨鎮，Ⅱ類場地地震動峰值加速度值為0.15 g，地震動反映普特征周期0.45 s，抗震設防烈度為7度。

2.4 地層巖性

彌勒地區分布較廣泛較厚層高嶺土，為云南典型高嶺土分布區之一，但多未達到開采規模。同時，場區分布淺薄層紅黏土。均具有不同程度的膨脹性。

①粉質黏土：褐紅色、灰黃色，可塑，稍濕，切面較粗糙，局部含有砂巖、白云巖風化碎屑，分布于斜坡表面，局部表層開墾為農田，厚0～3.6 m，具弱～中等膨脹性。承載力特征值為140 kPa。

②黏土：灰色、灰藍色，硬塑，稍濕，切面光滑，韌性較好，厚2.1～10.4 m， 具弱～中等膨脹性。承載力特征值為180 kPa。

③煤層：黑色,中密，稍濕，手摸污手，局部見有機質、植物碎屑，厚2.6～9.0 m，承載力特征值為200 kPa。

④粉質黏土：灰色，稍濕，硬塑，切面較粗糙，韌性較好，厚2.5～5.0 m，具弱～中等膨脹性，承載力特征值為230 kPa。

⑤砂質土：灰色、灰綠色，中密，稍濕，細砂結構，厚度大于5 m，承載力特征值為300 kPa。

⑥砂礫土：灰色、褐灰色，密實，稍濕，礫砂結構，承載力特征值為320 kPa。

2.5 水文地質條件

2.5.1 地表水

場區地表水不發育，以地表面狀流水及季節性沖溝流水為主，未見有常年性地表水體。

2.5.2 地下水

場地地下水主要為第四系地層孔隙潛水，含水量較豐富。根據鉆探揭示，坡體中上部水位埋深為6.7～11.3 m，下部及1-1′斷面附近水位埋深變淺，為0～5.2 m。調查期間，滑坡體區域局部沿1-1′斷面附近有地下水滲出。

3 滑坡變形特征及成因分析

3.1 滑坡特征

該滑坡地貌特征較為明顯，平面上滑坡體呈扁平的扇形，周界清晰，橫向平均寬約130 m，軸向長約70 m。滑坡體厚6～8 m，總體積約6.86×104m3，滑動方向約343°。前緣伸入H、J匝道挖方路基，后緣與周圍斜坡坡度變陡，大體呈圈椅狀。滑坡前緣受施工開挖影響，H匝道左側、J匝道右側邊坡局部見坍塌現象，未見地表隆起，既有橋梁樁基經檢測未破損。滑坡體中后緣局部尚殘留滑坡臺地。

滑坡體上為耕地，因工程需要已完成征地，現有邊坡植被不發育，自然坡面12°～18°。

滑坡體物質為粉質黏土、黏土及煤層。

3.2 滑坡結構

3.2.1 滑體結構

滑體主要由褐紅、灰黃色可塑狀粉質黏土(含角礫)、灰色、灰藍色硬塑狀黏土及中密狀煤層構成。滑坡體前緣J匝道路基段開挖探坑深度約為4 m，含孔隙水較明顯。滑坡中部地段滑坡體粉質黏土呈稍濕～濕狀。滑坡體在后緣相對較薄，局部有滲水現象。主滑體大致位于HK0+375～HK0+500 段左側及JK0+430～JK0+540段右側山坡。

3.2.2 滑動帶(面)特征

據野外調查、鉆孔資料和地下水出露位置觀察分析，滑動帶(面)主要分布在①層與②、③層分界面附近的粉質黏土和黏土、煤層交界處。滑動帶巖土為黏土、粉質黏土及煤層，厚度在0.05～0.15 m。滑面形態主要受土層分界面的控制，傾角一般為15°～25°，后緣稍陡約達30°。大部分地段滑動帶土不甚明顯，但滑體底部局部見鏡面或擦痕。

圖2 滑坡主軸地質剖面圖

3.2.3 滑床結構

3.3 滑坡成因分析

其成因分析如下：

3.3.1 內因

場區上部分布厚層膨脹性土，即①層紅黏土及②層高嶺土，其中：①層紅黏土為粉質黏土，褐紅色、灰黃色，可塑，其自由膨脹率為19%～70%，平均44.4%，具弱～中等膨脹性，膨脹率力13～53 kPa，平均23.6 kPa；②、④層高嶺土為黏土，灰色、灰藍色，硬塑，其自由膨脹率為26%～82%，平均53.9%，具弱～中等膨脹性，膨脹率力16～67 kPa，平均46.1 kPa。②、④層膨脹土體內間夾煤層，可見樹木較大枝干未完全碳化，紋路稍清晰，該層原始狀態中密，開挖失水后呈松散狀，偶有自燃現象。

場區上部土層總體具遇水快速崩解軟化膨脹、失水易開裂的特點，不利于邊坡的穩定性。同時滑坡前緣附近地下水位埋深不大，土體受地下水影響，強度降低，為坡體滑動提供了條件。

3.3.2 外因

該滑坡形成外因主要為氣象水文及人為因素。

首先，滑坡前緣工程開挖，形成臨空面，造成地下水位下降，膨脹土收縮開裂。其次，在降雨過程中，雨水沿坡面及開裂面下滲，使膨脹土吸水膨脹的同時，軟化了膨脹土，在上部土層形成一飽水體，在靜水壓力、動水壓力及自身重力的作用下，導致坡腳失穩產生滑塌。如此往復失水、飽水，不斷牽引中后部土體沿相對軟弱面向斜坡低地滑動，最終形成滑坡體。

3.4 滑坡類型及規模

按《公路滑坡防治設計規范》(JTG/T 3334—2018)中對滑坡的劃分規定[4]，該滑坡體是由于工程開挖造成坡腳失穩后牽引后部土體產生的，屬牽引式滑坡；總體積約6.86×104m3，屬中型滑坡；滑坡面埋深為6～8 m，屬中層滑坡；土體具弱～中等膨脹性，屬膨脹土滑坡。

綜上所述，該滑坡屬牽引式中型中層膨脹土滑坡。

4 穩定性分析

4.1 工況及計算方法選擇

根據《公路路基設計規范》(JTG D30—2015)[5]，分別從天然、暴雨或持續降雨、地震等3個工況對滑坡穩定性進行驗算，計算方法選擇不平衡推力法。

4.2 參數選取

由于該滑坡為工程滑坡，滑體多為粉質黏土、黏土，根據現狀調查情況，滑坡參數反算時選取現狀穩定系數K=1.15進行反算。本次滑坡穩定性分析所選取的滑帶土力學參數主要通過室內試驗成果、滑坡反算及地區經驗來綜合取值。滑帶土力學參數詳見表1。

表1 滑帶土力學參數選取表

4.3 滑坡穩定性驗算

依據《公路路基設計規范》(JTG D30—2015)，選擇不平衡推力法(傳遞系數)，分別在天然(工況Ⅰ)、暴雨或持續降雨(工況Ⅱ)、地震(工況Ⅲ)下，進行滑坡穩定性驗算。選擇滑坡主軸斷面 2-2′進行穩定性驗算，其計算斷面示意圖如圖3所示。

圖3 2-2′穩定性驗算斷面

根據《公路路基設計規范》(JTG D30—2015)，計算公式為：

Εi=Qisinαi-Qicosαitanφi-cLi+Εi-1ψi-1

ψi-1=cos(αi-1-αi)-tanφisin(αi-1-αi)

式中：Qi為 第i土條重力；αi、αi-1為第i、i-1土條底滑動面的傾角；Εi-1為第i-1土條傳遞給第i土條的下滑力；Li為第i滑塊滑面長度；ψi-1為傳遞系數。

根據上述公式，滑坡穩定性分析參數詳見表2、表3，剩余下滑力計算結果詳見表4。

表2 穩定性分析參數選取表

表4 剩余下滑力計算結果表(考慮膨脹力)

4.4 穩定性分析

通過滑坡穩定性驗算，本區邊坡在開挖之后，天然、暴雨及地震工況下都處于不穩定狀態。橋墩基礎及路基開挖使坡體前緣臨空，在邊坡土體反復失水、飽水情況下易發生滑動破壞。

橋梁與路基從滑坡前緣通過，受滑坡影響較嚴重，應采取必要的防護處置措施。[6]

5 滑坡治理設計

該段為路塹邊坡，原地面地質情況較差，開挖后出現滑坡現象。根據地調及勘察成果，滑坡前緣無隆起。因J匝道還需進一步下挖至④層，推測的滑動面位于④層及以上土體中，從滑坡后緣至前緣擬開挖邊坡坡腳，總體呈圓弧狀。

為加強路基邊坡穩定及保護橋梁樁基及既有高壓線塔基安全，應對該兩處邊坡進行支擋加固及防護處理[7]。根據剩余下滑力大小對抗滑樁結構尺寸等進行驗算，采用抗滑樁進行支擋，采用如下措施：

(1) 在山頂高壓線塔基在滑坡方向設置一排3根橫向鋼管樁進行防護，防止滑坡規模擴大對塔基造成影響。

(2) HK0+375～HK0+500 段左側長約125 m，JK0+420～JK0+530右側長約110 m，清除現場已滑坡體[8]。放緩邊坡，削坡減載：路塹第一級邊坡高6 m，坡率為1∶2，平臺寬度為6 m，第二級邊坡坡率為1∶2。

(3) 在第一級邊坡平臺處設置一排抗滑樁，樁體采用C30混凝土澆筑，樁身截面為矩形，截面尺寸為1.5 m×2.0 m，樁間距為5 m，樁底進入滑動面以下1.5倍滑動面深度。沿JK0+420～JK0+530段布設23根抗滑樁。

(4) HK0+375～HK0+500段除了要對邊坡進行抗滑防護外，還需保護跨線橋橋臺，故往J匝道方向延伸布設2根，共需布設26根抗滑樁。其標準同J匝道布設。

(5) 坡面采用現澆混凝土拱形格+支撐滲溝進行防護。坡頂至截水溝外邊緣范圍內，先開挖表土30 cm，然后鋪設一層防水土工布，最后將30 cm表土回填，同時對整個滑坡范圍內產生的地表裂縫采用水泥漿進行封填，以減少雨水下滲。

(6) 對抗滑樁、滑坡體進行監測。

(7) 對同一山體臨近H匝道既有未失穩路塹邊坡進行監測。

6 結 論

(1) 彌玉高速新哨互通H匝道HK0+375～HK0+500 段左側、J匝道JK0+420～JK0+530右側邊坡產生滑塌主要因素是場地分布厚層高嶺土，其遇水膨脹、失水開裂的特性，使坡腳開挖產生臨空面后很容易造成滑塌，且滑塌范圍隨上部土層往復失水、飽水而不斷牽引擴大。

(2) 結合邊坡穩定驗算，推測滑動面，并通過合理的參數選取，計算滑坡體推力，在此基礎上選用合適的處理措施，可有效處理滑坡病害。

(3) 滑坡處置需考慮對周邊既有建(構)筑物的影響，如無法遷改，則在對滑坡發展趨勢預判的基礎上，設置必要的防護措施，以保證其安全。

(4) 經處置后的滑坡體及臨近坡體設置監測措施，可驗證滑坡處置效果，同時可確保后續施工及運營的安全。