重庆武水高速公路K41滑坡机理分析及治理

张良峰

(中铁西北科学研究院有限公司，甘肃兰州 730030)

1 工点概况

1.1 滑坡特征

重庆武(隆)至水(江)高速公路K41滑坡为一老错落体转化的切层岩石滑坡，沿路线宽度约105 m，主滑动方向为NW33°，基本与路线垂直。滑坡分为前、后两级，前级滑坡垂直路线长73 m，滑体厚度20～24 m，平均厚度18.4 m，体积约为14.1×104m3，属于中型滑坡;后级滑坡垂直路线最大长度147 m，滑体厚度20～29 m，平均厚度23.1 m，体积约为35.7万m3，属于中型滑坡。路基从滑坡的中前部主要以挖方的形式通过，边坡共分七级进行开挖。2009年边坡在开挖时产生了变形，原设计单位在刷方减载之后设置长锚杆进行防护。在锚杆施工过程中，坡体再次出现变形，且变形有进一步加剧的趋势。根据现场监测数据显示，坡体每天变形量在6 cm左右，随时有整体下滑的危险。

该滑坡地貌形态明显，呈一鼓包形，滑坡坡面地形不平顺，北低南高，总体坡度30°～35°，高程在444～550 m。滑坡左右侧界明显，左侧界受右自然冲沟控制，右侧界受自然坡控制。滑坡后缘为基岩(厚层砂岩)陡坎，后缘错壁明显，滑坡出口位于左幅路基左侧一级坡面。

1.2 滑坡地质特征

滑坡区岩层呈单斜产出，无断层发育，构造简单，稳定岩层产状为NE35°/SE35°，反倾向山。区内出露的地层主要为三叠系中统须家河组(T2xj)和雷口坡组(T2l)，见图1。

图1 滑坡工程地质平面

1)三叠系中统须家河组

砂岩:中～粗粒结构，厚层状构造，斜层理较发育。该组层厚34～131 m，受地质构造影响较大，岩体风化严重。主要分布于边坡坡顶南侧陡崖区。

炭质页岩、页岩:泥质结构，块状构造，页理发育，局部夹薄层石英砂岩，主要由黏土矿物组成。由于受地质构造影响较大，岩体呈土状、碎块状，质软。主要分布于边坡坡顶平台区。

灰岩夹页岩:由碳酸盐矿物组成，隐晶质结构，中～厚层状构造。局部夹灰黑的页岩，主要分布于边坡中上部陡坡区。

2)三叠系中统雷口坡组

页岩、泥岩夹灰岩:其中边坡中上部为灰黄色页岩夹白云岩，其下为紫红色泥岩夹灰色、灰黄色页岩，边坡底部灰黄、紫红色泥岩夹砂岩。页岩、泥岩主要由黏土矿物组成，泥质结构，中～厚层状构造。

滑坡区位于陡坡中上部，有利于地表及地下水的径流排泄。当大气降水时，迅速形成地表径流，向地势低洼处排泄。场地地下水主要为基岩风化裂隙水，主要分布于下伏页岩、泥岩的强风化带中，无统一的地下水水位。区内地下水接受大气降水补给，沿基岩风化裂隙向地下渗透，其补给路径短，排泄较快，具有就近补给就近排泄的特点。

2 滑坡的变形特征及变形原因分析［1］

2.1 滑坡的变形特征

2009年8月，施工单位在进行三级以上坡面防护施工时，发现边坡出现裂缝，并下错贯通，施工单位监测显示，每天变形在6 cm左右。

滑坡前级后缘裂缝在五级平台，下错达2 m。小里程一侧破坏范围发展至凹槽内，大里程一侧二、三、四级平台滑动错开0.5～1.0 m不等。在一级平台下部2～5 m范围剪出口已经形成，且在出口最低处出水。根据以往工程经验如果出水变混浊，就是下滑的征兆，滑坡变形随时都有可能突然下滑。

2.2 滑坡变形原因分析

2.2.1 地层岩性是滑坡形成的根本条件

现场开挖出露的岩层显示一至五级边坡为岩性较差的紫红色泥岩、页岩夹有薄层白云岩。六至七级为二叠系雷口坡组三段的中厚层状灰岩夹页岩，页岩风化严重。七级坡以上的缓坡段为三叠系须家河组一段的炭质页岩、页岩风化土覆盖。错落后部陡壁上出露三叠系须家河组二段的灰岩。构成典型的上硬下软的坡体结构。在地质历史时期，因河流下切、降水等作用产生了古错落。由于公路开挖，加之长期暴露，没有及时支挡，导致错落转化为滑坡。

2.2.2 工程活动是滑坡变形的主要原因

路堑施工开挖后形成高约100 m的高陡边坡，使坡体失去支撑。同时，坡体向临空面卸荷进行应力调整，促使坡体向临空面变形、松弛，使坡体稳定性降低。

2.2.3 水的影响是滑坡变形的重要诱发因素

区域内降雨量大且集中，多次大到暴雨，雨水下渗降低滑带的抗剪强度，产生水压力等。

3 滑坡变形监测

滑坡变形后，为及时掌握滑坡的稳定性状况，确保在滑坡治理过程中不发生险情，做到及时预警，同时为治理工程设计提供一定的设计依据，对滑坡设置了地表位移监测及深孔位移监测。深孔于2009年8月30日成孔，8月31日获取初始值，变形曲线在地表以下14.7 m处、19.7 m处、22.0 m处有明显拐点。由于当时变形较大，2009年9月2日观测时，发现在地表以下22 m处被剪断，滑体处于匀加速滑动状态。

4 治理工程措施［2-5］

4.1 应急工程

为尽快扼制坡体变形，为后续治理工程实施赢得时间，采用对坡体扰动较小的主动防护工程对坡体予以加固处理，即在二、三级边坡平台设置钢管桩进行加固。每9根钢管桩为一组，平行路线方向间距0.5 m，垂直路线方向间距0.6 m，各组钢管桩中心间距3.0 m，每组钢管桩桩顶设置C25钢筋混凝土顶板将各钢管桩连接在一起，顶板尺寸1.5 m×1.7 m×0.4 m。其中二级平台钢管桩长24 m，共27组;三级平台钢管桩长27 m，共30组。

为减小施工对坡体的扰动，钢管桩采用套管跟进的施工工艺，至2009年9月10日，滑坡变形明显减缓，见图2。

图2 ZK1#深孔位移监测曲线

4.2 永久治理工程

指标根据反算、原路线地勘试验值以及经验值综合取值，取C=20 kN/m2，φ=23°。滑坡推力安全系数在自然工况下取K=1.2，在暴雨工况下取K=1.15。滑体重度自然工况 γ=21 kN/m3，暴雨工况 γ=22 kN/m3。选取ZK41+455断面进行计算。经计算，前级滑坡剪出口推力为2 120 kN/m。

根据地勘资料，取 C=20 kPa，φ =23°，经计算，后级滑坡剪出口处推力为4 000 kN/m。

1)预应力锚索墩

在三至五级边坡坡面设置预应力锚索墩进行加固防护。最下一排锚索高出平台2.00 m，以上各排锚索垂直间距3.25 m，水平间距3.00 m，每级边坡设4排锚索。锚索倾角均为25°，其端部设置锚墩，截面为1.5 m×1.5 m×0.6 m，采用C25钢筋混凝土现浇，为确保锚墩与坡体更好地紧密结合，要求锚墩全部嵌入坡面，见图3。

五级边坡锚索长度为36～43 m，钻孔直径为130 mm，锚固段长8 m，锚索由6φs15.2高强度、低松弛的1860级钢绞线组成。三级、四级边坡锚索长度为34～43 m，钻孔直径为150 m，锚固段长10 m，锚索由8φs15.2高强度、低松弛的1860级钢绞线组成。

图3 治理工程断面

2)预应力锚索框架

二级边坡设置预应力锚索框架，锚索长度为28～39 m，钻孔直径为150 mm，锚固段长10 m，锚索由8φs15.2高强度、低松弛的1860级钢绞线组成。锚索端部设置C25钢筋混凝土框架，每片框架由2根竖肋、4根横梁及1根顶梁组成，框架横梁及竖肋的截面尺寸为0.6 m×0.7 m，顶梁截面尺寸为0.3 m×0.7 m，所有框架梁要求嵌入坡面不少于20 cm。

3)锚杆框架工程

在边坡一级坡面布设锚杆框架进行防护。共布置5排锚杆，锚杆长度有6 m和9 m两种，间隔布置，由φ25螺纹钢组成，钻孔直径为90 mm。锚杆沿坡面走向间距3.0 m，垂直距离3.0 m，端部设置框架，框架截面尺寸为0.4 m×0.4 m，嵌入坡面0.1 m，采用C25钢筋混凝土现浇。在框架顶端及周围设置框架梁，截面同框架截面。

4)截排水

在边坡坡口线以外5 m左右的位置及二级、五级平台设置M10浆砌片石截排水沟，截面尺寸0.6 m×0.6 m，阻止地表水流入滑坡体及将滑坡体内地表水尽快排出，降低地表水对滑坡体的不利影响。

在滑坡小里程侧低洼处设置截排水沟，截面尺寸0.6 m×0.6 m，并在对应左线里程ZK41+396.5处二级及一级坡面设置吊沟，将水排入路基侧沟。

在一级边坡滑坡剪出口一线(渗水带)设置一排仰斜排水孔，以疏排地下水。仰斜排水孔间距6.0 m，长25 m，仰角8°。

4.3 治理效果评价

应急工程实施完成后，根据监测资料显示，坡体变形趋于减缓。至2010年年初，治理工程基本施工完成，滑坡基本停止变形。2010年5月份监测显示，历经多场暴雨之后，滑坡未产生新的变形，说明治理工程效果良好，达到了预期的目的。该滑坡为一老错落体转化的切层岩石滑坡，滑坡的滑动变形不但影响了武水高速公路的如期通车，也给后续的治理工程造成了很大的困难。设计先采用应急工程扼制滑坡变形，再设置永久防护工程根治滑坡病害，最终消除了安全隐患。

5 结语

近年来，随着我国经济的飞速发展和西部开发战略的实施，高速公路建设迅速发展。在山区高速公路建设中由于地形地质条件复杂，发生了众多滑坡和高边坡变形，延误工期，增加投资，甚至造成灾害。一方面设计单位对地质选线重视程度不够，对区域工程地质条件研究程度不足，致使高速公路一些区段仍选在大型古老滑坡和滑坡、崩塌等比较发育的地段，开挖后使得老滑坡复活。另一方面，设计人员普遍存在对边坡地段地质情况等了解程度不足，设计的坡形及防护措施与当地岩土特性不符等问题。

该滑坡的发生对今后高速公路的建设是一个教训，同时治理工程的成功实施对同类工程也具有一定的借鉴意义。

［1］中铁西北科学研究院有限公司.武水路B11合同段ZK41+400—ZK41+505段滑坡工程地质勘察报告［R］.兰州:中铁西北科学研究院有限公司，2009.

［2］中铁西北科学研究院有限公司.武水路B11合同段ZK41+400—ZK41+505段滑坡治理工程施工图设计［Z］.兰州:中铁西北科学研究院有限公司，2009.

［3］王恭先.滑坡学与滑坡防治技术［M］.北京:中国铁道出版社，2004.

［4］交通部第二公路勘测设计院.路基(公路设计手册)［M］.北京:人民交通出版社，2004.

［5］章勇武，马惠民.山区高速公路滑坡与高边坡病害防治技术实践［M］.北京:人民交通出版社，2007.