公路滑坡災害成因及穩定性分析與處治

董志強

（甘肅省臨夏公路事業發展中心，甘肅 臨夏 731100）

0 引言

近年來，隨著我國公路里程的增加，公路災害在不斷增加，所造成的損失也越來越大。我國山區公路較多，地質條件復雜，再加上氣候多變、開挖擾動等因素，容易造成滑坡等災害的發生，給公路的安全運行帶來嚴重影響。如何進行災害處治是當前迫切需要解決的問題。本文從G310線某處水毀滑坡災害治理現狀調查、原理分析、力學評價、措施制定、預防監測等方面出發，對常規水毀滑坡災害治理方式進行進一步研究，為以后有效治理此類災害提供借鑒和參考。

1 災害路段概況

發生災害路段位于G310線（原S309線臨夏至大河家二級公路）K1908+931～K1909+176段，后期通行中，坡體產生變形，隨后滑塌，多次滑動后，坡體支離破碎，裂縫、錯臺發育，滑坡后緣裂縫寬度范圍10～20m，中下部錯臺裂縫一般寬度為30cm；北側邊界錯臺1～2.0m，多有流泥現象；南側邊界裂縫發育，錯臺約0.3～1.8m，為中層中型滑坡，災害路段現有擋墻、舊路路面被推裂,如圖1所示。

圖1 K1908+931～K1909+176段滑坡災害路段

2 災害成因分析

2.1 災害路段自然地理條件

2.1.1 位置

災害發生路段位于甘肅臨夏州境內癿藏梁隧道出口癿藏鎮附近，距離癿藏鎮2km，距離臨夏州城區僅20km，交通較為便利，G310線臨大二級公路從滑坡前緣通過。

2.1.2 氣象條件

災害所在路段氣候以溫涼為主，四季不分明，降水南多北少，具有大陸性季風氣候和高原邊緣氣候的特色；年平均氣溫5.2℃，年平均降水量593.1～653.7mm，降水量分布不均勻，主要在第三季度，全年降水量西部及南部較多，東北部地區偏少，蒸發量年度平均值900mm左右。

2.1.3 水文條件

災害發生地區無固定沖溝發育，無地表徑流，僅在雨季由上部村莊排水渠滲漏形成暫時性流水浸入坡體形成局部徑流，經過鉆孔勘探，當地的地下水埋置深度在1.2～6.3m，主要賦存于全新世坡積粉質黏土體內(Q4dl)。

2.1.4 地形條件

災害發生地區地形由西南向東北傾斜，西南高、東北低，西南部為高寒陰濕地區，中部為二陰山區，東北部為高寒干旱山區，平均海拔2200m左右，地區內地貌主要為山嶺。

2.1.5 地層巖性

從下到上依次為粉質黏土(Q2al+pl)，層厚4.0～28.0m，未揭穿；砂礫(Q3al+pl)，層厚0.20～1.40m；粉質黏土(Q4dl)，層厚2.4～11.0m，一般平均厚度約3.0～4.0m；滑坡堆積物(Q4al+pl)，為表層全新統坡積滑動后產物，層厚1.10～8.80m。

2.1.6 地下水

滑坡區地下水主要為第四系松散巖類孔隙水，松散孔隙水為降水下滲匯集而來，從土層分界線或地形低洼處以泉水形式排泄，局部水量較大，pH值位于6.6～8.5之間，其對鋼筋混凝土結構物具有弱腐蝕性。

5～6月份勘察期間6個鉆孔中均揭露地下水，穩定水位分別為1.0～10.2m之間，水量較大；11～12月份勘察期間，15 個鉆孔中均揭露地下水，穩定水位分別為1.2～6.3m之間，水量較大。

2.1.7 地震條件

工程區抗震設防烈度為Ⅶ度，選定災害發生地地震動反應譜特征周期值為0.40s，地震動峰值加速度為0.10g，按相關規范要求，此處建造的構造物應采取一定的防抗震措施。

2.2 災害形成因素

2.2.1 地理因素

因所在地段為陰山背坡區域，蒸發量較小，補給來源較多，水量飽和度較高，加之山坡橫坡較緩，前緣臨溝，路基范圍內又進行開挖，形成臨空區域，致使該段山體發生滑動。

2.2.2 氣候因素

第二季度上旬開始，冬季封存的大量地下水開始消融釋放，使土體含水量不斷增加，土體抗滑能力下降，進入7、8月份以來，遇到近年來罕見持續性強降水，持續性強降雨產生的地表徑流一方面補給地下水，使地下水位迅速升高，另一方面沖蝕浸泡土體，致使上部土體飽和，強度減小，并在靜水及動水壓力的共同作用下坡體發生變形失穩、流泥。

2.2.3 地質因素

斜坡土體地層特點為滑體土體上部較破碎、松軟、透水性強；滑帶土體為粉質黏土及淤泥質土的混合物，其透水性較強，但滑床透水性較差，因滑帶及滑坡透水性不同，整體力學性能也不同，在交界面容易發生災害。

2.2.4 水文因素

災害區降雨量較豐富，當降水沿地表下滲至中更新世粉質黏土接觸面后，一是使土體中的接觸面軟化強度發生顯著降低；二是對滑面起到潤滑作用，降低抗滑阻力；三是增加土體重量，不利于斜坡穩定。強降雨或長期降雨致使土體含水量增大，土體抗滑能力下降，是斜坡整體下滑失穩的直接原因。

2.3 災害形成階段

本次災害形成的過程可以歸納為以下幾個階段：

（1）第二季度及第三季度，雨季大量的降雨致使土體含水量巨幅增加，導致大量水分長期存儲于土體中。

（2）國慶前后早晚氣溫降至0℃以下，致使前期土體中存儲的水分未能有效揮發，冬季土體發生凍脹，土質變得蓬松，力學性質改變。

（3）春季溫度回升后，冬季凍脹的土體開始消融，大量消融的積水匯集于土體中，不能及時排出，局部土體已達到飽和度，滲透匯集形成地表水，上面土層形成差異化結構面。

（4）隨著消融的積水增多，不同強度土體體積逐漸增大，并形成整體運動趨勢，土體相接處形成滑動面，在土體自重的作用下，最終上層土體沿著滑動面開始整體下滑，導致災害發生。

3 滑坡體穩定性分析及評價

3.1 穩定性分析

K1908+931～K1909+176段滑坡體在2017年第三季度降雨作用下開始發生緩慢變形，在次年第一季度開始逐步發展到整體下滑程度，穩定系數降至0.95以下，在溫度升降、地質構造變化、降雨等因素影響下，該滑坡體繼續產生變形，并不斷擴大，在2018年第三季度中旬變形范圍明顯增加，影響公路車輛通行安全。

3.2 滑動面及驗算方法選定

滑動面的確定主要通過對現有滑坡體的地質調查，查明滑坡體巖土結構，開挖坡面有多處裂縫及擋墻和老地層頂部剪出口，依據現有多處剪出口、滑坡后壁、裂縫及鉆孔巖性特征等綜合因素，確定K1909+256處為滑動面；采用塊體極限平衡法進行滑動面穩定性驗算，采用摩根斯頓-普萊斯法對穩定系數進行計算及核驗[1]。

3.3 計算工況

依據《公路路基設計規范》（JTGD 30-2015）相關規定，采用以下三種工況進行滑動面穩定性計算：

工況1：自然狀態（正常工況）；

工況2：暴雨（地表+地下水作用）（非正常工況Ⅰ）；

工況3：地震作用（非正常工況Ⅱ）。

3.4 參數分析選用

參數分析包括巖土體力學參數（如表1所示）、滑動帶強度參數（如表2所示）、地震參數、穩定性標準（如表3所示）和安全系數。

表1 巖土體力學參數

表2 滑動帶強度參數

表3 穩定性標準劃分

本次計算僅考慮水平地震作用，地震作用綜合系數取0.25，地震動峰值加速度取0.10g，地震重要性修正系數取1.3，水平向地震系數取0.1。

根據災害路段實際情況、公路車輛通行情況、未來的交通量增長情況及氣象水文等因素，依據《公路路基設計規范》（JTGD30-2015）要求：安全系數工況1取1.25，工況2取1.20（考慮地下水滲流的復雜性），工況3取1.10。

3.5 穩定性計算分析及評價

對上述選定參數應用塊體極限平衡法及摩根斯頓-普萊斯法進行計算，結果如表4所示。

表4 滑坡穩定性計算

根據計算結果，此滑坡段落已滑塌，呈不穩定狀態，需要進行處治。

4 災害處治措施與后續監測

4.1 災害處治措施

考慮滑坡發生因素、災害現場實際狀況、處治實施條件等因素，本次災害處治采用“邊坡處治+前緣坡面支撐滲溝+仰斜式泄水孔+滑坡坡面設置樁板墻”的方式進行處治，具體為：

（1）邊坡處治：邊坡按照從上到下的順序進行開挖，邊開挖邊防護，樁板墻后平臺寬3.0m，其上按坡率1∶1.5分級刷坡，每級坡高8m，分級處設置2m寬平臺；刷方坡面均采取草灌結合進行綠化。

（2）設置樁板墻：該災害段設置樁板墻，其中抗滑樁布設方向同路線走向，抗滑樁中心距水溝外緣均為3.2m；抗滑樁共設置1134m/77根，截面尺寸2.4m×1.8m，抗滑樁中心間距5m；樁板墻施工前坡腳采用袋裝土碼砌反壓，反壓頂寬3m，坡高3m，按1∶1碼砌至既有路面[2]。

（3）截排水處治：樁板墻后每間隔10m設置一道支撐滲溝，設置長度（平距）均為20m，支撐滲溝埋置深度（刷方坡面或地面至滲溝基礎頂面）1.75m，支撐滲溝內布設沿線路縱向間距10m的仰斜式排水孔，每孔長度均為15m，樁頂平臺及兩級刷方坡面間平臺均設置平臺排水溝，平臺向內設置3%的橫坡，樁頂平臺排水溝下設置一道縱向滲溝，滲溝埋置深度不＜1.7m，平臺排水溝匯水經由吊溝排入邊溝，其余地方采用C20混凝土進行硬化處理。

4.2 后續監測

為確定災害治理后新建結構物的工作狀態及結構性能，對結構物工作期間出現的強度、剛度及穩定性等問題進行研究解決，對已出現問題的發展趨勢和導致的后果進行研判，同時對滑坡失穩征兆和結構物破壞征兆進行預警，并了解工程施工后滑坡的變化特征，為優化設計、施工提供科學依據，防止滑坡災害的再次發生，對滑坡災害體進行后續監測。

滑坡變形監測主要包括運行安全監測、支擋效果監測和滑坡長期動態監測[3]。

為保證公路運行安全，需建立變形監測網絡，同時對坡頂、坡面、擋墻以及重要結構物進行位移監測，本次采用墻頂鉆孔預埋觀測鋼筋以及坡面、坡頂埋設混凝土觀測墩的方式進行公路運行安全監測，確保運行安全[4]。

5 結束語

本文以G310線（原S309線臨夏至大河家二級公路）K1908+931～K1909+176段災害路段為例，結合災害路段的位置與交通、氣象條件、水文條件、地形條件、地層巖性、地下水、地震等條件，分析滑坡災害成因，應用塊體極限平衡法及摩根斯頓-普萊斯法對邊坡穩定性進行計算，通過采取邊坡處治、設置樁板墻、截排水處治等措施，并對滑坡災害體進行后續監測，防止滑坡災害的再次發生，保障道路的安全運行。