某公路边坡滑塌整治设计

郑朝炜

(广州市市政工程设计研究院,广东广州 510060)

某公路边坡滑塌整治设计

郑朝炜

(广州市市政工程设计研究院,广东广州 510060)

介绍了某公路边坡滑塌整治设计,组成边坡的岩性为风化的泥质粉砂岩夹泥(页)岩,因长期裸露,日晒雨淋,使边坡的岩土性状发生了根本变化,导致了该边坡多次滑塌。通过对边坡滑塌形式、成因、特征进行调查与分析,提出相应的处治措施。

特殊性岩土；边坡；滑塌；处治措施；设计

1 工程概况

某公路工程位于广州市北部,呈近东西走向,全长9.67 km。公路沿线主要为丘陵,形成多处路堑陡坡或高边坡,边坡总长达2.22 km,边坡防护工程的设计与施工在该道路工程中是重中之重。边坡工程往往存在风险性和不确定性,稍有不慎就会发生塌方、滑坡等,这与边坡防护设计方案和施工单位的良莠、施工的技术、经验、方法和施工质量有密切的关系。在公路里程K7+640～K7+740段左侧路堑边坡,最大坡高只有11 m,自然边坡较缓,坡角11°～15°；组成边坡的岩性为全～强风化泥质粉砂岩夹泥(页)岩。该边坡防护工程施工图设计为一级放坡,坡率为1∶1.5,坡面设置三维挂网植草防护。由于边坡防护工程施工时一次性全断面开挖,一挖到底,而且坡面开挖后没有进行任何临时防护,长期裸露,日晒雨淋,改变了边坡的岩土性状,导致了该边坡多次滑塌,设计方案多次变更。

2 边坡工程地质条件

(1)边坡概况

K7+640～K7+740段左侧路堑边坡走向NNE,倾向NWW,最大坡高约11 m；自然边坡较缓,坡角11°～15°。边坡及其附近未发现有断层破碎带、滑坡或崩塌现象；坡面植被发育,坡体趋于稳定；坡面及坡脚未发现有泉水出露或积水湿地。

(2)地层岩性

组成边坡的地层岩性主要为下石炭统岩关阶孟公坳组(C1ym)泥质粉砂岩夹泥(页)岩,岩层呈NE走向,倾向SE,倾角40°。边坡的岩石已全～强风化,裂隙发育,呈坚硬土状、土夹碎块状或半岩半土状,岩块手捏易碎。

3 设计方案

3.1 第一次变更设计

3.1.1 滑坡简况

K7+640～K7+740段左侧路堑边坡防护工程施工图设计为一级放坡,坡率为1∶1.5,坡面设置三维挂网植草防护,堑顶截水沟设在距坡口5 m处,坡脚至路堑边沟。2012年12月4日该边坡发生了滑坡。滑坡体略呈长条形,沿边坡走向长约90 m,面积约1 800 m2,滑坡体平均厚度约2 m,属浅层滑坡。滑坡破裂缘位于堑顶坡口处,距堑顶截水沟约5 m；滑坡后壁近直立,高1.0～1.5 m；滑坡体剪出口位于坡脚路堑边沟处,滑坡横向拉张裂缝和纵向剪切裂缝明显；滑坡体较缓,坡面较平整,未出现滑坡台阶,滑坡体前缘也未出现明显的滑动鼓丘,坡面的三维网植草基本完好,见图1。

图1 K7+640～K7+740段左侧路堑边坡滑坡照片

3.1.2 滑坡成因分析［1-3］

组成边坡岩(土)体的岩性、结构和产状是影响边坡稳定性的内因,水的作用、风化作用、地震及人为因素是影响边坡稳定性的外因。组成本边坡的地层岩性为全～强风化泥质粉砂岩夹泥(页)岩。其中泥质粉砂岩的含泥量较高；泥(页)岩的页理(层理)结构面发育,其矿物成分主要为高岭土,或含亲水矿物(伊利石、蒙脱石)。泥质粉砂岩、泥(页)岩是一种特殊性岩土,它的特性是怕晒、忌水、易风化,特别是泥(页)岩风化土其颗粒细小,呈粉状,比表面积较大,是一种高液限、高塑性粘土。该类岩土干燥时强度较高,遇水时易吸水软化、崩解,吸水后体积膨胀,土体中的含水量、孔隙水压力和重度增大,强度大幅度降低。边坡削坡暴露新鲜面之后,易于因胀缩交替而风化,裂隙扩大、加深和增加,产生许多片状、块状剥落,并为雨水渗入创造良好通道。边坡土体发生裂隙(裂缝)常是边坡稳定性的不利因素,也是滑坡的预兆之一。降雨时,雨水沿裂隙渗入到边坡土体内部,不仅软化了土体,同时静水压力的作用对边坡土体产生侧向压力,从而促进边坡的滑动。边坡施工时一次性全断面开挖,一挖到底,坡面长期裸露风化,日晒雨淋,特别是在堑顶至截水沟有一宽约5 m的平台,未作防渗处理,降雨时雨水聚集并直接渗入坡体。本来边坡就处于临界稳定状态,虽然后期坡面有三维网植草覆盖,在施工完成不久,一段时间来的连续强降雨,雨水渗入后,不仅增大了边坡岩土体的含水量和重度,也进一步降低了边坡岩土体的强度和结构面的粘结力,使边坡处于不稳定状态,沿堑顶坡口破裂发生滑坡。

综上所述,组成边坡的岩性是一种特殊性岩土,怕晒、忌水、易风化；边坡长期裸露风化,裂隙扩大、加深和增加,长期雨水渗入,改变了边坡的岩土性状,是造成该边坡滑坡的主要原因。

3.1.3 处治措施［4-5］

根据滑坡成因机理,边坡采用削方减载、缓坡率、护面防渗等措施进行综合治理。首先从上至下清除滑坡段内2 m厚的松散土层至稳定原状土,调整边坡设计坡率,按照1∶2坡率重新进行削坡,按调整后的设计坡比采用M10砂浆砌筑片石(片石强度等级MU30,厚30 cm)进行边坡护面处理,并按3 m×3 m间距布置φ10 cm PVC泄水孔；沿墙身每隔10～15 m设置伸缩缝一道,缝宽2 cm；沿坡高设置三组抗滑牛腿。

3.1.4 坡体及护面墙稳定性［6-7］

按新削坡方案进行边坡稳定性计算,若按原状土参数计算,稳定安全系数很大,Ks=1.46。即使考虑坡体表层软化,按粘聚力C=10 kPa,内摩擦角φ=5°,安全系数Ks=1.30,滑动体重度γ=23.00 kN/m3,计算剩余下滑力为负值。即浆砌片石护面墙自身稳定,不会有向下滑动的趋势。

3.2 第二次变更设计

3.2.1 护面墙滑塌简况

在浆砌片石护面墙施工期间,坡面刚铺筑完片石,还来不及采用水泥浆对片石之间的接缝进行勾缝防渗,又遇连日强降雨,雨水从片石之间的缝隙直接渗入坡体,受雨水浸泡软化在坡面与片石之间形成一软弱层,成为潜在滑动面,导致片石护面墙失稳开裂并向下滑移,在边坡的中上部出现一长约70 m的拉张裂缝,裂缝宽约0.5～2.0 m。裂缝呈弧形展布,平面形态近似簸箕形,目前护面墙处于蠕动变形阶段,中下部浆砌片石护面墙还有下滑的趋势,坡脚有微量隆起的现象,见图2。

图2 浆砌片石护面墙滑塌照片

3.2.2 护面墙滑塌成因分析

2013年3月5日设计对已完成坡面削坡的边坡进行现场踏勘,根据现场开挖后坡面的岩性来看,坡体的情况尚好(见图3),决定按变更方案实施。但在浆砌片石护面墙施工期间,降雨不断。2013年4月1日设计再次对边坡进行现场踏勘,发现边坡的坡面已经被雨水冲刷出沟壑,局部坡面的岩土性状经过雨水的冲刷和浸泡已经发生了剧烈的变化。坡面岩土明显变软,局部岩层由强风化岩变质为类似于泥质粘土的性状(见图4)。当时已对施工单位提出了警告,要求一定要采取有效的临时防水措施,且不能在上部非法堆载,并要求对所有软化和出现裂缝明显的地方进行反挖,换填浆砌片石进行处理。

图3 施工期间刚削坡后坡面照片

图4 施工期间雨水冲刷后坡面照片

边坡按1∶2削坡后,边坡自身稳定,护面墙除自身外不负担其他荷载,也不承受墙后的土压力。设计时主要考虑浆砌片石与坡面的摩擦力、抗滑平台的支撑能力及坡脚护脚的支挡能力相互结合支撑浆砌片石护面墙的自重。但经过雨水冲刷浸泡后的土体摩擦系数明显降低,土质松软,而且反开挖清理表层松软土体后回填浆砌片石的方法效果并不理想,没能达到预期的效果。路堑顶没有及时进行防渗处理,长期有雨水渗入土体,也造成土体软化。在坡面刚铺筑完片石,还来不及采用水泥浆对片石之间的接缝进行勾缝防渗,又遇连日强降雨,雨水从片石之间的缝隙直接渗入坡体,坡面表层土在雨水长时间的浸泡软化形成软弱层,在浆砌片石护面墙下方土体表层形成了一个浅表的潜在滑动面,与原状土体分离,造成与原始设计时的设计参数和条件都相应改变,因此出现了浆砌片石护面墙整体失稳、断裂和滑移。综合上述,造成浆砌片石护面墙开裂滑移的主要原因为：

(1)清理坡面时坡脚部分松软土没有完全清理。

(2)开挖后的坡面没有及时防护,新开挖的坡体再次长时间裸露风化、雨水冲刷和浸泡,土体的性质发生了根本的改变。连续的强降雨,使浆砌片石与坡面的摩阻力趋于0,受雨水浸泡软化的土体浅表软弱层成为了浆砌片石的润滑层。

(3)路堑顶没有及时作防渗处理,长期有雨水渗入土体,造成土体的粘聚力及内摩擦角参数降低。

3.2.3 处治措施

根据现场调查,导致浆砌片石护面墙开裂滑移的主要原因是土体浅表受雨水浸泡软化,在坡面与片石之间形成一软弱层,片石护面墙沿软弱层失稳向下滑移。但雨水长期渗入坡体深部,边坡的岩土性状已发生根本性的变化,所以变更设计方案采用削方减载、缓坡率、固坡脚,设置平台分级支护进行综合治理。另外,业主要求本工程在2013年6月完工,势必在雨季施工,施工期边坡难以做到完全防水,难以保证坡面不被雨水冲刷及雨水渗入坡体,考虑到上述因素,坡面防护的变更设计采用轻型防护。

具体的变更设计方案为：对滑移下沉段破除已砌筑浆砌片石护面墙,清除表层松软土体,重新进行削坡。边坡分二级开挖支护,第一级6 m,第二级5 m,平台宽度2 m,坡率1∶2。坡面采用菱形浆砌片石骨架内植草进行边坡护面,坡脚设置护脚墙。护脚墙墙身采用C15混凝土浇筑,穿过浅层滑动面,基础埋深为2.0 m。护脚墙每隔10～15 m设置一道伸缩缝,缝宽2～3 cm,缝顶、内、外三边填塞深度不少于0.2 m的沥青麻筋；墙体通长设砂砾反滤层,厚0.25 m,最低排水孔以下0.3 m和距墙顶0.1 m高范围内设置夯实粘土防渗层；地面以上部分纵向每隔2.0 m设置泄水孔,泄水孔采用φ100 mm的PVC管。路堑顶平台采用30 cm厚M7.5浆砌片石封闭。该设计方案的主要技术要点是：

(1)削方减载、缓坡率、分级支护,增设平台,加强边坡的整体稳定性。

(2)本边坡易发生浅层滑塌,利用菱形骨架支护,把坡面土体化整为零,分散坡面土体的下滑力,减少浅层土体的整体滑移。

(3)针对边坡土体易风化剥落,遇水易软化崩解,为防止坡面流对坡面的冲刷破坏,采用喷播植草进行坡面防护。

(4)坡脚设置挡土墙,穿过浅层滑动面,增强边坡坡脚的稳定性。

(5)堑顶平台采用浆砌片石封闭,防止雨水渗入坡体影响边坡稳定。

3.2.4 整治后边坡稳定性

边坡通过采用削方减载、缓坡率、固坡脚,设置平台分级支护等措施后,按圆弧滑动法验算边坡的稳定性,经典型断面计算,边坡总的下滑力ΣTi=632.47 kN/m,总的抗滑力ΣRi=911.01 kN/m,边坡稳定性系数Ks=1.44,大于1.30。即边坡稳定安全系数满足规范的要求,整治后的边坡稳定。

4 几点体会

(1)泥质粉砂岩、泥(页)岩是一种特殊性岩土,其特性是怕晒、忌水、易风化。该类岩石的风化土干燥时强度较高,遇水易软化、崩解,体积膨胀,含水量、孔隙水压力和重度增大,强度大幅度降低。边坡削坡暴露新鲜面之后,易于因胀缩交替而风化,裂隙扩大、加深和增加,产生许多片状、块状剥落；风化裂隙又为雨水渗入创造良好通道,雨水沿裂隙渗入到边坡土体内部,不仅软化了土体,同时静水压力对边坡土体产生侧向压力,从而促进边坡的滑动。

(2)岩性为泥质粉砂岩、泥(页)岩风化土的边坡应加强支护,宜采用削方减载、缓坡率、强腰固脚、坡面加强防渗防冲刷等综合治理措施。

(3)边坡工程开挖后应及时按设计实施支护结构或采取封闭措施,避免一次性开挖成型,长期裸露风化,雨水侵蚀,任其发展；特别是路堑顶截水沟开挖后应及时进行防渗处理,不得渗漏、积水；堑顶坡口至截水沟部分应设置反向坡并进行防渗处理,以利于雨水流入截水沟,防止雨水积聚渗入坡体,降低边坡稳定性。

(4)施工期边坡塌方、滑坡等现象往往发生在连续强降雨期间。所以边坡施工应避开雨季作业,施工期应采取有效的临时防水应急措施。

(5)长期裸露风化的边坡,特别是已发生过塌方或滑坡的边坡,岩土的性状已发生根本性变化,裂隙发育,稳定性差,这时常规的边坡防护设计理念已不适应,应根据边坡的地质特征和可能发生的破坏情况,因地制宜,进行精心设计和施工。坡前挡土墙基坑开挖施工时易发生牵引式塌方或滑坡,应分段跳槽开挖,加强支撑,在基坑靠坡体一侧应采取有效、可靠的措施对坡脚进行预加固支挡,确保边坡在施工期间的稳定和施工安全。

(6)边坡工程往往存在风险性和不确定性,稍有不慎就会发生塌方、滑坡等,这与边坡防护设计方案和施工单位的良莠、施工的技术、经验、方法和施工质量有密切的关系。边坡防护工程应选择技术力量强,有施工经验的队伍承担边坡工程的施工作业。

［1］ JTG D30-2004，公路路基设计规范［S］.

［2］ JTG F10-2006，公路路基施工技术规范［S］.

［3］ GB 50330-2002，建筑边坡工程技术规范［S］.

［4］ 郑颖人，陈祖煜，王恭先，等.边坡与滑坡工程治理［M］.北京:人民交通出版社，2010.

［5］ 蔡俊华.高速公路路堑边坡滑坡治理［Z］.北京:中国交通建设集团有限公司，2008.

［6］ 詹小军.某公路边坡的稳定性评价及治理措施［Z］.湖北武汉:湖北省科学技术协会，2010.

［7］ 张玉芳，王春生，张从明.边坡病害及治理工程效果评价［M］.北京:科学出版社，2009.

U418.5+2

B

1009-7716(2015)09-0071-04

2015-04-28

郑朝炜(1986-),男,广东揭阳人,工程师,从事道路桥梁工程设计工作。