沁樊公路K3 滑坡穩定性分析及整治措施研究

張雄偉，賴國泉，龐偉軍

（中鐵西北科學研究院有限公司，蘭州 730000）

山區修建公路時，由于對地質災害重視不足及地勘工作深度欠缺，往往因塹坡開挖卸荷，連續強降雨等不利條件形成老滑坡局部復活、塹坡整體失穩或淺表層滑塌等地質災害[1-2]。

目前，國內學者針對開挖后的路塹邊坡失穩問題，做了大量的研究[3-6]，特別是當路線經過老滑坡段時，塹坡開挖后出現臨空面，應力重分布后可形成最不利滑動面，老滑坡易發生局部復活。塹坡開挖后，揭穿地下滯水水位，遇強降雨或連續降雨時，雨水下滲使土體飽和，在水位線附近易形成滑面，從而引發淺表層滑塌或更大范圍的牽引滑坡[7-10]，其中降雨是重要的誘發因素。

沁樊公路K3 滑坡位于山西省沁水縣，是由路塹開挖卸荷及連續降雨等不利條件引起的老滑坡局部復活，本文探討該滑坡的穩定性及工程整治措施，為類似老滑坡段路塹邊坡勘察及支護方案提供借鑒和參考。

1 工程地質環境條件

1.1 區域工程地質條件

沁水縣位于豫皖斷塊的次級單元中條山塊隆北段，以及太行—呂梁斷塊的次級單元沁水坳塊的西南部，研究區處于沁水坳塊（向斜）的南翼。該地區地震基本烈度為Ⅶ度，動峰值加速度為0.10 g，動反應譜特征周期為0.45 s。項目區多年平均降水量643.7 mm，降雨量分配不均，年平均氣溫10.3 ℃，季節性凍土深度為0.6 m。

1.2 地形地貌

研究區位于沁水縣東部河北莊境內，以中低山和河谷平川地貌為主，海拔780～1 100 m，山體坡度10～15°。區域山坡主要以林地、田地、工程開發用地為主。區內坡面平整度較差，老滑坡、溝槽、陡坎等微地貌較發育。老滑坡沿河床寬約900 m，長約500 m，前后緣高差90 m，坡度30°左右。路塹邊坡以挖方路塹的形式從老滑坡前緣通過，區間路基寬24.5 m，最大開挖深度25.6 m，由三級坡構成。如圖1 所示。

圖1 地形地貌

1.3 地層巖性

研究區地層巖性較簡單，現場地質調繪、地質鉆探表明，主要以二疊系砂（P2）、全新統沖洪積卵礫石層（Q4al+pl）、第四系粉質黏土、碎塊石土（Q4el+dl）及局部人工填土（Q4ml）等為主。

1.4 水文地質

滑坡區處于縣河右岸山麓斜坡，地表水主要為縣河和右岸山坡支溝流水，縣河流量受季節性控制，支溝雨季有常流水，旱季干涸。現場鉆探揭露，滑坡區地下穩定水位13.6～20.1 m，旱季塹坡坡腳可見穩定滲水點，汛期滲水點抬升至一級坡頂平臺。

2 滑坡基本特征

2.1 平面變形特征

現狀坡面于坡口線附近形成大量圈椅狀裂縫，并逐級向后緣擴展，裂縫下錯量、張開量大。滑坡后緣數條裂縫基本呈貫通狀，有明顯的持續牽引變形趨勢。平面形態為“簸箕”狀，滑體橫向寬度250 m，縱向長度90 m，平均厚度約17 m，滑體體積約38×104m3，為一大型滑坡體。平面變形特征表現為“一面兩塊兩級”，即塹坡面淺表層滑塌變形+較大規模的2 塊前級變形+后級整體變形（圖2）。塹坡地表位移監測成果顯示，開挖后17 d 內該區域水平位移量達17.8 cm，最大下錯量達11.7 cm。

圖2 滑坡變形特征

2.2 空間形態特征

路塹邊坡變形以坡面溜滑和淺層滑塌變形為主，滑面以坡頂裂縫和坡腳為界呈圓弧形，坡面溜滑體厚度約1 m，淺層滑塌體厚度約6 m。

滑坡剪出于開挖后的塹坡坡腳，后界至后緣拉裂處。整體除淺表層的坍塌溜滑變形外，大規模滑體可分為前、后級2 級。前級滑體由路線開挖卸荷直接誘發，后級由前級滑體的變形牽引形成。主滑面依附于旱期地下穩定水位線，前、后滑面連續貫通，滑面傾角9～10°，滑體厚度14.5～18.5 m，至前緣從塹坡坡腳剪出，部分段落剪出口呈-5°反翹形態。滑帶埋深基本一致，厚度較均勻，無明顯的傾斜或起伏變化（圖3）。

圖3 滑坡2-2’典型剖面圖

2.3 滑面形態特征

前、后級滑體滑動面主要依附穩定地下水位中的黏土層、黏土夾角礫層或角礫土層孕育產生，多處于紫紅色土層頂部。根據鉆探揭露，滑動面附近巖性黏粒含量高，呈軟塑狀。鉆孔中，ZK-2 的紫紅色黏土夾角礫層中于頂部黏土層內發育光滑鏡面（圖4（a）），埋深14.5 m；ZK-4 中于18.5 m 深度的黏土夾角礫層中發現光滑鏡面（圖4（b））；ZK-5、ZK-8 均在角礫土層中的黏土層內發育光滑鏡面，埋深分別為16.7 m、15.5 m；ZK-1、ZK-7 均在地下水位面附近發育黏土夾角礫層，在地下水的軟化作用下黏土層構成了滑坡變形滑動的主要軟弱帶。

圖4 典型滑面（光滑鏡面）

3 滑坡變形機理及誘發因素分析

3.1 滑坡變形機理分析

滑坡的變形模式為路線開挖誘發的牽引式堆積體邊坡滑移和滲透破壞，變形機理主要表現為以下幾方面。

路線大開挖卸荷，導致高塹坡前部失去支撐，在坡體淺層范圍形成圓弧形應力分布形態，形成最不利軟弱面并產生淺表層滑塌變形。

坡體地層以塊碎石土為主，粗、細土粒徑相差懸殊，挖方揭穿滯水層后形成的泉眼，產生滲流作用，使塹坡淺表層細粒土易管涌流失，對塹坡體的整體穩定更為不利。

坡體內存在穩定水位，順坡向連續發育，水位面附近土體已被軟化，為較大規模邊坡的滑移變形提供了良好的依附面。

塹坡開挖后遇連續強降雨，大量雨水下滲，地下水位快速抬升，在坡體內形成強徑流，坡體沿軟化帶產生滑動變形，形成了現有的前、后級滑體。

3.2 滑坡誘發因素分析

沁樊公路K3 滑坡變形的誘發因素體現在以下3個方面。

地質環境。宏觀上研究區處山麓斜坡帶，地形起伏較大，老滑坡后緣呈洼槽狀，為雨水的匯聚和下滲提供了充足的補充源，外加基巖整體向縣河側單斜，為路塹邊坡提供了良好的易滑、易滲透變形物質。微觀上滑坡區地下水發育，上層滯水區和穩定水位面附近形成軟弱區，地下水的徑流增大了坡體下滑力，外加坡體中的粉黏粒遇水軟化、易管涌變形，導致堆積體力學強度降低，形成易滑地層。

開挖卸荷。開挖后塹坡失去支撐，區域地應力重分布，產生向坡面的不利地應力，迫使了塹坡坡體的變形。同時開挖揭穿了數層上層滯水，在坡腳形成泉眼并軟化坡腳，導致坡體沿穩定水位面軟弱帶形成滑移面，誘發了大面積滑坡的產生。

連續降雨。連續降雨導致土體內部含水率迅速增高，滑體的重度增大，滲透力作用增強，抗剪強度迅速降低，下滑力持續增大，抗滑力不斷減弱，使坡體變形持續發展，變形范圍不斷擴大。

4 滑坡穩定性分析與評價

4.1 計算參數選取

穩定性計算中首先要確定滑體的容重γ、滑帶的土體抗剪強度指標（c和φ 值）。根據滑坡現狀形態、原位測試及滑帶土試驗數據，并結合該地區經驗數據，綜合確定滑坡計算參數，具體見表1。

表1 巖土體物理力學參數

4.2 計算結果及穩定性評價

該滑坡滑動面類型為折線型，采用傳遞系數法進行穩定性計算，按圖2 所示選1-1’、2-2’、3-3’三個剖面分析，工況1 為天然狀態，工況2 為暴雨狀態，工況3為地震狀態，計算結果詳見表2。

表2 滑坡穩定性計算結果

計算結果表明，在自然工況下滑坡處于欠穩定狀態，暴雨工況下穩定性整體降低，呈不穩定狀態，破壞概率大，地震工況下，處于臨界-欠穩定狀態。

現場變形情況也驗證了沁樊公路K3 滑坡的變形特征，目前坡面淺表層滑塌體周界裂縫全部貫通，下錯拉裂量大；滑坡前級滑體周界裂縫均較發育，周界裂縫基本貫通，裂縫最大張開寬度達40 cm，下錯量30 cm。綜合判定，現狀條件下前級滑體穩定性系數介于1.00～1.05，處于欠穩定狀態。后級滑體的變形同樣明顯，后緣周界數道裂縫變形量大，且牽引微裂縫發育，綜合判定，現狀條件下后級滑體整體穩定性系數1.05 左右，處于欠穩定-基本穩定狀態。

5 滑坡整治措施

5.1 工程位置處推力計算

沁樊公路K3 滑坡治理時，安全系數在天然、暴雨及地震工況下分別取1.25、1.20、1.10，巖土體物理力學參數指標按表1，路基開挖后滑坡推力計算結果見表3。

表3 工程位置處推力計算kN·m-1

5.2 整治工程措施

沁樊公路K3 滑坡前緣出水明顯，滑體內地下水豐富，開挖后坡體變形急劇增大，為使滑坡徹底穩定，需貫徹支擋與排水并重理念。治理措施分2 階段進行，第一階段為應急搶險工程，第二階段為支擋及截排水工程，輔以其他工程措施（圖5）。

圖5 治理工程2-2’斷面圖

5.2.1 應急搶險工程

為有效疏排滑體內的地下水，在塹坡坡腳設2 排仰斜排水孔，自下而上長度為30、20 m，仰角為5°，排距為1.0 m，下排距路面1.5 m，將排出的水引入路基排水溝內。

5.2.2支擋及截排水工程

在塹坡二級平臺設一排42 根C30 鋼筋砼抗滑樁，樁間掛板，樁長30 m，樁寬2.2 m，滑動方向長2.6 m，樁心距6 m，滑面以下埋深12 m；坡腳設C25 素砼擋土墻一道，高3.5 m，塹坡面采用菱形骨架防護，每級平臺上設截排水溝一道，滑坡周界外2 m 修建截水溝，使之形成一套完整的截排水系統。

5.2.3 其他工程

為進一步消除滑坡松散土體的沉降變形對養殖場地基的影響，采用微型樁加固處理，在場區外布設3排微型樁，樁長21 m，樁徑0.15 m，間距和排距均為1.5 m，并用頂板連接。張拉下錯裂縫下部采用黏土夯填封閉處理，上部回填種植土，在坡腳、中部及后緣位置設監測點，施工期及工后繼續監測。

6 結論

1）沁樊公路K3 滑坡為一老滑坡體的前部復活導致產生，滑體橫向寬度250 m，縱向長度90 m，滑體體積約38×104m3，滑體成分以老滑坡作用產生的粉質黏土、塊碎石土為主，滑面埋深14.5～18.5 m，滑坡從淺表層滑塌逐級向后牽引變形，為一大型牽引式滑坡，變形主要由塹坡開挖卸荷及連續降雨引起。

2）現場監測結果及穩定性分析表明，目前滑坡淺表層處于欠穩定狀態，各級滑體在自然工況下欠穩定，暴雨工況下呈不穩定狀態，地震工況下為臨界穩定-欠穩定狀態。

3）針對沁樊公路K3 滑坡，應急搶險階段在地下水位線附近設仰斜排水孔，起到疏排地下水作用；永久治理工程措施，采用樁板墻進行強支擋，輔以坡腳擋墻、坡面骨架防護及完善的截排水系統，從而徹底根治滑坡。