某山區高速公路高邊坡滑塌分析及治理措施研究

作者簡介：

張廣照（1987—），高級工程師，主要從事道路橋梁的施工管理和技術研究工作。

文章以廣西某山區高速公路K271+250～K271+410段右側高邊坡為例，對山區土質邊坡滑塌成因進行分析并優化治理方案。該邊坡土質為第四系殘坡積層紅黏土，坡體飽水后具備膨脹及軟化潛勢，現澆拱形骨架及漿砌片石護面墻施作后仍無法有效穩固坡面，通過進一步勘察分析和方案優化，提出鋼花管格子梁防護方案，固坡效果顯著，可為同類工程提供參考。

邊坡滑塌；紅黏土；拱形骨架；鋼花管格子梁

中圖分類號：U416.1+4 A 07 018 3

0 引言

山區高速公路建設中難以避免大挖方、填方工程，會形成大量裸露高邊坡［1］。山區地質條件復雜多樣，受水體浸入與人工擾動等影響，邊坡失穩滑塌現象時有發生。

預防和迅速治理邊坡災害，可有效消除或減輕后續危害，保障人民生命財產和重要設施安全［2］。本文以廣西某山區高速公路項目K271+250～K271+410段右側邊坡治理為例，分析施工過程中邊坡滑塌的原因，制定應急處治措施及方案，優化設計及技術參數，以監控量測數據為依靠，實現迅速治理，保證后期施工及運營的安全。

1 工程概況

該項目K271+250～K271+410段右側路塹邊坡土質為第四系殘坡積紅黏土，原設計為三級挖方邊坡，最大坡高為21.57 m，坡率均為1∶1.25，設計防護類型為一級、二級拱形骨架+噴播灌籽防護，三級噴播植草防護。

2 工程地質條件

2.1 地形地貌

工程區屬于構造剝蝕、溶蝕丘陵-低山地貌區。線路從山腳較平緩的區域通過，地形坡角一般為5°～15°，斜坡地帶地形坡角一般為15°～35°，局部達45°，路塹段整體地形呈南西高、北東低，地面高程為200～280 m，相對高差約為80 m。

2.2 地層巖性

項目區出露的地層為第四系殘坡積層（Q4dl+el）及石炭系下統巖關階（C1y），其特征及分布由新到老分述如下。

2.2.1 第四系全新統殘坡積層（Q4el+dl）

粉質黏土：黃褐色，可塑狀，主要成分以黏粒為主，粉粒次之。用手指捏揉，有明顯的滑膩感，刀切面較光滑，稍有光澤，無搖振反應，干強度為中等，韌性為中等。巖芯呈土柱狀，厚度為11.50～33.30 m，鉆孔揭露最大厚度為33.30 m，主要分布在坡腳已建成高速公路及其兩側地形較緩地帶。

2.2.2 石炭系下統巖關階（C1y）

石灰巖：灰白色，隱晶質結構，中-厚層狀構造，質硬，錘擊聲脆，巖芯完整，呈短柱狀-長柱狀；為中風化帶，部分鉆孔可見溶洞。

2.3 水文條件

區段內水文地質條件較為簡單，地下水以第四系松散巖類孔隙水和基巖裂隙水為主。第四系松散巖類孔隙水主要賦存于斜坡表層殘積層內，存儲空間有限，水量不大，主要依賴大氣降雨補給，并向沖溝下游及下伏基巖裂隙滲透排泄。場地斜坡地帶土體厚度較大，分布不均，第四系孔隙水覆蓋層的富水性較弱。

2.4 堆積體基本特征

經過地面調查及鉆探揭示，該段路塹位于一個堆積體中部，堆積體長約為180～200 m，寬約200 m，平面面積約為4.0×104 m2，本次變形范圍寬度約為80 m。堆積體主要物質組成為第四系全新統殘坡積層粉質黏土，厚度為11.50～33.30 m，鉆孔揭示的最大厚度為33.30 m，平均厚度約為20 m，堆積體總方量約為80×04 m3。下伏基巖為石炭系下統巖關階石灰巖，工程區內石灰巖除地表露頭處局部存在強風化層外，鉆孔揭露的均為中等風化石灰巖，部分鉆孔可見溶洞。

3 滑塌原因分析

3.1 滑塌過程

該邊坡在施工階段曾出現兩次開裂和坍塌現象。2021年10月，坡面拱形骨架及噴薄植草防護施工完成，后續一周當地遭遇連續強降雨，雨水滲入邊坡土體無法迅速排出，導致邊坡K271+290～K271+340段出現滑塌，已完工的拱型骨架遭受破壞，滑動發生后天氣轉晴，未發生連續滑塌。

2021年11月進行第一次設計變更，將滑塌區域的防護形式調整為漿砌片石窗式護面墻+深層導水管，并增設3 m路塹墻以加固坡腳。2022年4月，該邊坡相同位置再次發生滑塌，坡頂出現多處張拉裂縫。同時，坡面擋墻頂部出現大面積鼓脹變形，雨后變形進一步加劇，部分土體沿墻頂平臺剪出。主要滑坡物質為紅黏土，呈黃褐色硬塑狀，黏粒為主，粉粒次之，含少量碎石。

3.2 原因分析

路塹邊坡穩定性受多種因素影響，主要分為內因和外因。內因包括地形地貌因素、巖性因素、構造因素和水文因素；外因主要有持續強降雨和人類活動。

3.2.1 內因

（1）地形地貌：路塹區為構造溶蝕-丘陵洼地地貌區，邊坡區自然坡體為斜坡，匯水面積較大。加上坡體植被茂盛，地表徑流不暢，具備滑坡發生的地貌特征。

（2）巖性、構造：邊坡巖性為紅黏土，具有膨脹潛勢、遇水軟化等不良特性，透水性一般-較好，巖土物理力學指標因溫度、濕度反復產生變化影響，抗剪強度變化具有衰減性，易形成滑坡。

（3）水文：水滲入紅黏土后，上部巖土體的下滑力增大，且原土體巖土物理力學性質發生改變，抗剪強度降低，坡體巖土層沿最大剪應力帶產生滑帶。

3.2.2 外因

（1）降雨：連續強降雨，雨水不斷滲入和沖刷，不但破壞了土體原始結構，使土體重度增大，而且使滑帶土飽水軟化，降低抗剪強度，導致滑體沿滑動面發生剪切破壞。

（2）工程活動：施工組織安排不當，工序銜接不暢，邊坡截排水系統未得到及時完善。

滑坡嚴重影響了該段路基填筑施工，滑坡已形成新的臨空面和巖土結構破壞，如不及時治理可能導致更大范圍滑坡，給下方路基施工安全和公路運營后期治理帶來更大困難。因此對該滑坡進行專項治理是迫切且必要的。

4 穩定性分析

4.1 計算參數分析

4.1.1 重度指標

飽和工況重度參數粉質黏土取20 kN/m3。

4.1.2 c、φ值的確定

本次共取樣10組粉質黏土樣本，物理力學指標均由室內試驗測定，統計結果如表1所示。根據巖土試驗結果，飽和工況工程區角礫土c、φ值分別取20.4 kPa、7.7°。

4.2 穩定性計算

取K271+302、K271+342剖面（見圖1、圖2），分別沿擋土墻墻底剪出進行穩定性計算（均考慮折線型滑面，考慮現狀深層滑面尚未形成，對巖土界面及土體內部c、φ值取同一參數），計算結果如表2所示。

4.3 穩定性分析

根據以上穩定性計算結果和反算情況，結合現狀變形，邊坡土體沿擋土墻基底剪出，在飽和工況下處于欠穩定狀態。隨著現狀邊坡土體變形加劇，內部滑面貫通加深，淺部土體內部（已形成的滑面）c、φ值將進一步降低，邊坡易沿土體內部產生整體滑動失穩。

5 滑塌治理

5.1 治理原則

由于該段路塹邊坡土體變形嚴重，局部已處于臨滑狀態。結合勘察揭示，可能滑動的土體主要為堆積體中上部淺部土體，沿擋土墻下部滑動。為確保邊坡在施工過程和后期運營中的穩固，保障施工和運營安全，決定采用削方減載、強身固腳的方法，并疏通邊坡防排水系統。

5.2 治理方案

根據現場實際情況及廣西地區膨脹土邊坡治理經驗［3］，綜合考慮防護效果、施工難易度、工期和工程造價等因素，決定采用混凝土鐵絲網（臨護）+鋼花管格子梁防護方案，其典型斷面如圖3所示。

為盡量控制高邊坡變形的進一步發展，降低后續工程處治難度，對已發生滑塌變形范圍內的路塹墻坡腳采用填土反壓，再及時進行必要的減載，挖除滑體，并施作臨時防護設施（掛網噴射混凝土封閉層）。

針對二級坡面，即滑塌最嚴重的部位，重新采用鋼花管格子梁防護形式對其進行加固。以地勘資料為依據，重新計算錨固長度，確保鋼花管穿過潛在最不利滑動面并嵌入巖體。同時，為防止邊坡潛在滑動面向下發展，在一級平臺范圍布置豎向鋼花管注漿，鋼管采用直徑為89 mm、壁厚為6.0 mm的無縫鋼管，鉆孔深度為17 m，橫向間距為1.73 m，樁頂設置鋼筋混凝土承臺，并與二級邊坡格子梁組合為整體，進一步提高邊坡巖土體整體抗剪性能。

該邊坡加固施工完成后，經過了雨季的考驗，結果表明采用的加固防護措施是合理且可行的。

6 結語

某山區邊坡因地質地貌復雜、持續強降雨以及原地勘深度不足等原因，在施工過程中發生了多次滑坡。本文結合工程實例，分析了粉質黏土邊坡滑塌的特征和成因，在充分計算、綜合分析后，確定采用鋼花管注漿加固等綜合治理方案。實際處治效果顯著，為其他山區高速公路邊坡滑塌病害治理提供參考。

參考文獻

［1］白 朋.復雜地質條件下路塹高邊坡滑塌治理［J］.石家莊鐵道大學學報（自然科學版），2018（S2）：212-215.

［2］張玉芳，王春生，張從明.邊坡病害及治理工程效果評價［M］.北京：北京科學出版社，2009.

［3］范秋雁，徐炳連，朱 真.廣西膨脹巖土滑坡治理工程實錄［J］.巖土力學與工程學報，2013（Z2）：3 812-3 820.

收稿日期：2022-10-10