北非地区泥灰岩页岩边坡变形机理及处置

文/中国市政工程西北设计研究院有限公司 廖耀华 郑秀琦

阿尔及利亚某城市绕城高速公路为东西走向，路线全长18.37km。沿线属山地地貌，地形起伏较大，高填深挖段较多，其中挖方边坡最高级数为8级，坡高63.1m。道路走廊带范围内多为泥灰岩、页岩。

本工程在施工期间，由于当地习惯及其他因素影响，挖方边坡均为裸坡状态。边坡受岩土本身性质、堆载、阳光雨水等综合因素影响，最终诱发边坡变形、剥落、局部坍塌等不良现象。本文结合工程实际，主要针对PK9和PK12两处工点的边坡变形，阐述其变形机理，并针对性地提出处置措施。

工程地质概述

工程沿线属山地，植被茂盛，地形起伏较大。根据地质调查和钻探显示，地层分布如下。

粘土质碎石土：该土层GTR分类为B6，且对气象条件敏感。

强风化、中风化页岩：黄褐色，砂质结构，裂隙发育，岩芯多呈片状或短柱状，破碎到较破碎，易风化，遇水强度易软化。

微风化页岩：灰白色，短柱状，裂隙不发育，易风化，遇水强度易软化。

强风化、中风化泥灰岩：灰绿色，泥质结构，层状构造，岩芯呈柱状，节理发育，风干易碎，遇水易软化，具有一定的膨胀性。

路线范围内主要的含水层为第四系冲洪积层和含砾粘土层，主要受雨季降水和灌溉用水入渗补给，以地下水开采和蒸发的方式排泄，其水位受季节变化的影响起伏波动较大，勘察期间未揭露地下水。

场区为Ⅲ类，工程类别分级属2级，地震加速度A为0.30g，属地震高发区。场地属于坚固场地，场地级别S2。

边坡变形因素

基本因素

岩土体本身的性质是边坡变形的基本因素。填土TR层主要为黏土及岩石碎片，分选性差，渗透性较强，地表水易于下渗，是水渗流良好的通道。页岩是由粘土物质经压实作用、脱水作用、重结晶作用后形成，抗风化力弱，不透水，但遇水后岩石强度极大降低。泥灰岩具有中、强膨胀性，遇水易软化，且强度急剧下降。

诱发因素

边坡开挖不当。海外项目一般工期较长，图纸批复耗时较多，施工企业基于人、机成本，往往追求生产效益，忽略了科学挖坡、坡率到位的重要性。同时，边坡开挖过程中未做好临时排水措施，未做到分段、分区开挖。边坡开挖前，岩土体内部存在先期固结压力和岩土体侧向压力。在边坡开挖过程中，由于临空面的存在，导致岩土体侧向压力释放，产生侧向位移，坡面的岩土体产生一定量的卸荷回弹，导致应力重分布、应力集中等现象。随着开挖的进行，进而导致边坡变形。

堆载。施工单位为便于后期耕植土的利用，往往将清表土置于坡顶不远处。堆载增大了边坡的负担，对边坡的整体稳定性极其不利。

排水设施、边坡防护的滞后。边坡成形后，坡顶截水沟、平台边沟、急流槽及坡脚边沟的排水设施，边坡防护措施往往不能随着边坡的形成而立即开展，遇降水易形成小范围积水，随着雨水的下渗，产生了不利影响：（a）土体含水率增大，容重增加；（b）土体自身C、φ值降低；（c）泥灰岩膨胀，增大下滑力；（d）增加动、静水压力。

边坡变形机理分析及处置措施

PK9工点段分析

PK9工点段左侧挖方最大坡高约34m，采用坡率1：1.25至1：1.50的四级边坡。坡顶外约14.5m处有一处国际高压铁塔，为阿尔及利亚、摩洛哥供电线路，不能拆移，且必须保证安全。

经计算，三种工况安全系数分别为2.33＞1.50、1.97＞1.30、1.99＞1.30，均满足要求。

边坡成形后未做任何防护。

图1 最不利断面模型图

图2 裂缝贯穿整个坡体

经现场调查，PK9+025至PK9+075范围内边坡存在一条较深的裂缝从坡顶贯穿至坡底，裂缝发育与边坡岩体主结构面一致，若裂缝进一步发展，边坡整体失稳破坏的可能性较大，存在重大安全隐患。

经多方案技术讨论比选，并结合施工难易程度、造价、安全性等因素，处置建议如下：清理坡面风化层和岩石碎屑；在贯穿裂缝中进行灌浆封闭（常压灌浆）；设置泄水管；设置预应力锚索对一、二、三级边坡进行加固处理；第四级边坡进行挂钢丝网+喷砼处理，坡口至截水沟之间采用砼封闭；边坡设置监测点进行边坡位移、变形监测。

PK12工点段分析

PK12工点段左侧挖方最大坡高约28m，边坡坡率均为1：1.50，边坡分级高度为5m。该工点段主要为泥灰岩，地层物理力学参数如表1所示。

表1 地层物理力学参数

图3 最不利断面模型图

图4 PK11+925局部崩塌

图5 PK12+025全景图

经计算，三种工况安全系数分别为1.89＞1.50、1.50＞1.30、1.51＞1.30，均满足要求。

经历两个旱、雨季交替后，坡体病害问题开始显现：

PK11+900至PK12+025挖方区表层为3m至4m厚残坡积碎石土层，下伏强风化、中风化泥灰岩。边坡开挖后排水系统不完善，边坡长期裸露未进行任何保护。PK12+025处原有一处谷地，为地下水渗流通道。在边坡形成之后，地下水流向坡体表面，对其造成长期的冲刷，在雨季流量增大的情况下，形成了较严重的水土流失，坡顶外侧耕地存在牵引式小型滑移现象。处治建议为：

清除流失土体直至出露基岩；

加强横向排水，设置坡面急流槽，间距为20m一道；

渗水处设置混凝土护面V字形沟或盲沟，并与坡面急流槽相连通，形成完整的排水系统；

原耕地田埂处设置高度为50cm的砖砌矮墙，恢复原状，防止水土流失。

结语

北非地区阿尔及利亚公路项目具有自身的特点，其边坡工程在计算稳定性满足要求的前提下，尽量不采取防护措施（或以覆盖腐殖土 + 撒播草籽为主）。裸坡状态经旱、雨季交替后，常因为施工方法不当、堆载、降雨积水等因素而出现各种病害。本文通过借鉴国内同类边坡病害的处置方法，结合阿尔及利亚当地经验，综合考虑施工水平、造价、环境等因素，针对不同的病害，分析其变形机理，因地制宜，针对性地提出处置方案，并取得了一定的效果，为以后北非地区公路项目同类型的边坡变形处置，提供参考和借鉴意义。