山区高速公路堆积体陡倾滑坡成因分析及治理措施

刘卓华 杨海锋

摘要：诱发山区高速公路堆积体滑坡有施工扰动、持续性强降雨、陡倾基岩面、厚层堆积等重要影响因素。针对近年来堆积体路堑滑坡事故频发的现状，文章以广西西北部山区某高速公路堆积体陡倾滑坡为例，利用地质调绘、钻探、物探、监测等工程勘察手段，结合滑坡区域水文地质环境以及监测资料，分析了滑坡的成因及稳定性，揭示了滑坡体范围、滑动面深度和滑床岩性、产状及滑坡规模，并运用工程类比以及传递系数法进行参数反演计算，初步確定了防护的比选方案，最后综合安全、投资、质量控制、施工工期、绿色公路等因素进行考虑，制定了滑坡治理方案，为类似工程地质条件下滑坡的治理提供参考。

关键词：公路;堆积体;基岩面;滑坡;处治措施

中图分类号：U416.1+63文献标识码：A DOI： 10. 13282/j. cnki. wccst. 2019. 12. 011

文章编号：1673 - 4874（2019）12 - 0036 - 05

0 引言

随着广西壮族自治区新一轮交通规划调整，全区高速公路建设将再次迎来黄金发展阶段，大规模建设将以山区以及交通欠发达地区为主。广西西北部山区靠近云贵高原，地质结构复杂，山高壑险，气候特殊，地质环境脆弱，是我国地质灾害频发地区之一。在复杂的地质环境条件下，高速公路建设不可避免带来众多路堑边坡，而堆积体滑坡以及顺层陡倾基岩面边坡工程灾害问题也越来越多。

针对各种类型堆积体滑坡，众多学者作了大量工作，甘建军等[1]开展了降雨入渗对含软弱夹层堆积体滑坡的模型试验，揭示降雨入渗对含软弱夹层堆积体边坡稳定性的影响;胡世起[2]研究了复合堆积体的形成原因、稳定性评价及处理方案;喻兴、刘林洁等[3]运用seep模拟软件研究降雨入渗条件下不同时刻、不同高程上滑坡堆积层中孔隙水压力的变化情况以及滑坡稳定性系数的变化;许建聪等[4]研究了土质滑坡位移与降雨量的相关性;朱冬林等[5]通过对某高速公路挖方路基所在堆积体的工程地质特征调查、勘察以及变形监测，分析了不同区段变形差异及机制，提出不同的治理思路;董辉等[6]研究了堆积碎石土斜坡浅表入渗的空间分布规律;陆世轩等[7]开展了降雨入渗非饱和土的稳定性研究，认为堆积体失稳与孔隙水压力等因素密切相关;贺可强等[8]研究了降雨型堆积层滑坡的加卸载响应比特征;杨兵等[9]研究了不同类型地震波作用下堆积体边坡动力响应及失稳特征。尽管众多研究人员及设计工作者做了大量工作，但因各个边坡地形、地质条件、开挖方式等特点不同，堆积体陡倾边坡滑塌案例依旧突出。

本文以广西西北部山区某高速公路堆积体陡倾滑坡为例，利用地质调绘、钻探、物探、监测等工程勘察手段，分析滑坡区域水文地质环境以及监测资料，正确认识了滑坡的成因及稳定性，揭示了滑坡体范围、滑动面深度和滑床岩性、产状及滑坡规模，并运用工程类比以及传递系数法进行滑坡稳定性分析和参数反滨计算，初步确定了防护的比选方案，最后综合安全、投资、质量控制、施工工期、绿色公路等因素考虑，制定了滑坡治理方案，对后期类似工程地质条件滑坡有一定借鉴意义。

1 滑坡概况及发展过程

滑坡区属丘陵地貌，处于山脊坡腰，地形变化较大，植被主要分布有松树以及灌木等，滑坡地面高程为570～717 m，原始地形坡度约为20°～30°，局部较陡可达40°。勘察区年均降雨量为1 700mm，集中在5～10月份。原设计为四级边坡，最大高度为41 m。边坡坡率第一、二级为1：1，上面两级为1：1. 25，第二、三级采用预应力锚索框架防护，锚索平均长度分别为28 m、25 m。

2018年7月，第二级边坡开挖完成，第一级边坡开挖4～6 m，在施工第二级边坡防护的过程中发生滑坡：坡顶外侧出现三条贯通性裂缝，裂缝延伸至两侧沟谷，最外侧裂缝距离坡顶约70 m，裂缝宽度为10～30 cm，第二、三级边坡坡面鼓起，第三级已施工锚索局部锚头破坏，框架梁相对位移约10 cm。最终形成沿路线方向长约100 m，垂直路线方向约140 m，高差74 m的滑坡。滑坡平面位置图见图1。

2 工程地质条件

勘察队伍采用了地质调绘、地质勘探的方法，并辅以原位测试及室内试验等多种方法进行综合勘探。在滑坡体内共布设2条勘探断面，6个钻孔，利用原设计阶段的3个钻孔，共有9个钻孔。

2.1 地层岩性及地质特点

根据地质勘察报告成果，滑坡区域主要地层及地质特征如下：

滑坡区上部多为第四系坡积层，下伏基岩为三叠系中统粉砂岩。地层从上往下依次是含碎石粉质黏土、碎石、碎块状强风化粉砂岩、中风化粉砂岩。其中黏土、碎石、强风化层覆盖较厚，最厚达30 m，且基岩面较陡，约30°，不利于上部堆积体稳定。各层性状如下：

含碎石粉质黏土：棕黄色，硬塑，黏粉粒为主，含强风化粉砂岩碎石，含量不均匀，介于1 5%～40%，厚约1.5～4 m。

碎石：褐黄色、褐灰色，稍密一中密，含风化粉砂岩碎石，局部有粉质黏土夹层，厚约15～30 m。

碎块状强风化粉砂岩：灰黄色、灰色，粉砂状结构，薄层状～中厚层状构造，泥质胶结，裂隙发育，岩质较软，破碎，岩芯呈碎块状，块径2～6 cm，个别短柱状，厚约12～14 m。基岩面坡度约30。，较陡，不利于上部堆积体稳定。

中风化粉砂岩：灰色、深灰色，粉砂状结构.薄层状～中厚层状构造，泥质及钙质胶结，岩石裂隙较发育，岩质较硬。岩石饱和单轴抗压强度平均值为50.6 MPa，按岩石坚硬程度划分属较坚硬岩。

2.2 地质构造及水文地质特征

该区域靠近云贵高原，经历过多次构造运动，节理裂隙较发育，经开展现场地质调查、地质钻探揭露、区域地质资料查阅等工作，基本探明：

岩体节理有二组较发育，产状为152°∠57°，频数为4～6条/m;174°∠69°，频数为5～7条/m。节理面较光滑，张开度为1～3 mm，岩屑充填或岩屑夹泥充填。

地表水：主要接受降雨补给，水量受季节影响较大。

地下水：地下水主要为基岩裂隙水，由于滑坡区两侧沟谷发育，排泄条件较好，水量较贫乏，勘察期间未探测到地下水。

3 滑坡结构特征

3.1 滑动面确定

通过地质调查、勘探等手段基本确定了滑坡剪出口及剪入口位置，同时，通过深孔位移监测，并结合地质钻探基本确定了滑动面位置。深孔位移监测情况见下页图2，地质钻探揭露地质情况见下页图3。

根据2#、3#深孔位移监测情况可知，2#测点在4～8 m深度处有较大位移，约为60 mm;3#测点在15～22 m深度处有较大位移，约为18 mm。

钻探结果表明，滑坡区基岩面坡度约为25。～30°，局部可达39。，较陡，对上部土层的稳定产生不利影响。滑坡内土层厚度达14. 8～27.5 m，且局部存在含砾粉质黏土夹层，从ZK3及ZK4钻孔岩芯情况看，ZK3在13. 8～15 m存在含砾粉质黏土夹层，ZK4在10～15 m存在含砾粉质黏土夹层，且夹层含水率较高，在强降雨作用下，含砾粉质黏土浸水易软化，形成软弱夹层。

综合深孔位移以及地质钻孔情况，确定滑面位置见图4，最大深度约20 m。

3.2滑 动方向、滑坡体成分及滑坡类型

本文同时对地表位移监测情况进行了分析，通过对地表位移监测点的数据在平面图进行展布，可知位移方向呈直线分布，由此可推测滑坡滑动方向为70°，与路线夹角为90°。

滑坡体主要以含碎石的粉质黏土及碎石组成，同时含少量强风化碎块状粉砂岩。

该滑坡为牵引式、中型、中层堆积土滑坡。

4 滑坡原因分析

经过对滑坡区域进行现场调查、勘察报告及监控量测资料分析，总结出形成滑坡灾害的内因为基岩面较陡、覆盖层较厚且自稳性差，外因为遇连续降雨的同时边坡开挖形成临空面，内外因并存是形成滑坡灾害的主要因素。

4.1 内因

（1）滑坡体主要为坡积碎石层及含砾粉质黏土层，厚度较大，最厚达30 m，且其上部结构松散，自稳能力差;

（2）碎石层透水性较好，且颗粒大小不均匀，局部含砾粉质黏土层，透水性较差，浸水之后成为饱水软弱带，抗剪强度低;

（3）其下伏基岩面坡度为25°～30°，局部可达39°，不利于其上部土层的稳定。

以上三点为边坡变形提供了基础条件。

4.2 外因

（1）开挖路堑边坡坡脚，形成高、陡的临空面，同時破坏了土体原有平衡，坡脚缺少了原有土体支撑，阻滑能力降低，为形成滑坡提供空间条件。

（2）滑坡场区降雨量大、持续时间长，同时滑坡区的地形较陡，后缘有较大汇水面积，当遇暴雨时，地表水排不及时，易汇集于坡体表面渗入坡体中。位于坡体中的地下水使坡体处于保水状态，增加坡体自重;受雨水浸泡后，土体强度降低，形成软弱夹层，加剧了土体间的潜蚀软化作用，土体力学指标显著降低，对边坡的整体稳定性产生了较大的影响。另外，地下水水力坡度较大，其循环交替作用强烈，在坡体中形成一定的动水压力，也是滑坡产生的不利影响因素之一，因此强降雨是变形发生发展的直接因素。

5 治理方案

5.1 稳定性分析

5.1.1 定性分析

通过分析该滑坡的变形破坏形式以及其发育的特点和规律，可认为该滑坡主体处于挤压变形阶段，即处于极限平衡停滑状态或在缓慢下滑状态。受滑坡体脆弱的地质条件影响，如果未能及时实施有效的支挡加固工程措施，将会进入滑动阶段及巨滑阶段，其边坡变形破坏势必会继续向上牵引发展和扩大。

由于边坡需继续下挖，且处于雨季时期开挖，强降雨将对坡体稳定产生影响，雨水下渗将对坡体岩土体物理力学指标产生不利影响，可能诱发滑坡病害加剧，甚至引发更大范围和更深层次的整体式滑动破坏。

5.1.2 定量分析

强度参数根据反演分析并结合工程地质类比综合确定。

结合最终确定的滑面分布的空间位置，并依据滑坡发展情况、地质条件及当前状态，采用传递系数法进行滑坡稳定性分析和参数反演计算，计算公式如下：

注：参数意义参照《公路滑坡防治设计规范》（ JTG/T3334 - 2018）

根据反算分析，滑坡处于挤压阶段，正常工况安全系数为1. 054，非正常工况1：Fs=1.02。结合工程类比，最终确定的岩土体物理力学指标参数详见表1。

根据《公路路基设计规范》（D30 - 2015），该滑坡治理后稳定安全系数按照正常工况1. 20、非正常工况1.10控制。各剖面工况剩余下滑力见表2。由于地震烈度为7度，根据《公路工程抗震规范》（JTGB02 - 2013）的要求，可不进行抗震验算。

深层滑面，将根据不同治理方案，分别计算剩余下滑力。

5.2 工程措施

该滑坡规模较大，且有向上牵引发展趋势，不适合卸载清方方案，因此治理阶段设计圆桩、方桩两个方案进行比选。

5.2.1 方案一：圆桩+预应力锚索框架（见图6）

（1）支档：在三级边坡中下部设置φ2.5m、长度为36 m、桩间距为4m的圆形抗滑桩，共19根;桩顶设置2根长分别为45 m、40 m的预应力锚索，锚固段、锚固力、张拉力设计值分别为10 m、750 kN、500 kN;悬臂段设置强度等级为C30的桩间挡土板，护壁强度等级≥C20。

（2）桩顶以上按照1：1.5放坡，采用预应力锚索框架支护，锚索长度为42 m，锚固力为750 kN，张拉力为700 kN。

（3）抗滑桩以下按照1：1.75放坡，采用喷播植草防护及路堑挡墙防护。

（4）该断面锚索施工之后，设桩位置剩余下滑力约为1 625 kN/m。

（5）治理完毕后，正常工况安全系数为1.23，非正常工况1稳定安全系数为1.1 5。

优点：施工较快，施工安全风险较低。缺点：造价较高。

5.2.2方案二：方桩+预应力锚索框架（见下页图7）

优点：土石方开挖量及征地面积较小，造价较低。

缺点：方桩采用人工挖孔施工，有一定安全风险，且施工周期较长。

5.2.3 方案推荐

从经济、安全、施工工期等方面对上述两个方案进行综合比选后，将方案一作为推荐方案，共设置36根圆桩。

5.2.4 排水、裂缝处理及监测措施

在施工防护措施实施之前，先对坡体裂缝采用黏土夯填封闭处理，避免雨水下渗;边坡坡顶及裂缝外侧分别设置一道截水沟，截水沟与涵洞及山间冲沟顺接;桩顶及各级平台均设置截水沟。在坡面设置深层排水管，间距为5m。施工过程中，根据开挖揭示地质情况及地层富水状态等实际情况，调整深层排水孔位置、数量及深度，确保坡体排水效果良好。

5.2.5 监测措施

布设深部位移监测断面2条，共8个点，孔深为40 m，监测周期为治理期一年，工后两年;在地表布设地表位移监测点，监测周期为治理期一年，工后两年。在每根抗滑桩顶部设置位移监测点，对抗滑桩位移情况进行監测，桩顶锚索设置锚索测力计，监测锚索受力变化情况，应注意保护压力传感器外露测线，防止其老化，监测周期为治理期一年，工后两年。

6 结语

通过地质勘察，获得了该滑坡地质资料，分析了滑坡的成因及发展趋势，对滑坡的稳定性进行了定性及定量评价，并制定了合理的治理方案，得到如下结论：

（1）滑坡纵向长度为102 m，沿滑动方向约为140 m，高74 m，平均厚度约16 m，滑坡面积约9 100 m2，体积约1 4万m3，属于牵引式中型中层堆积土滑坡。滑坡区基岩面较陡、堆积层厚度较大且自稳性差是滑坡形成的主要因素，人工开挖形成临空面及连续强降雨则是其形成的诱发因素。

（2）根据滑坡的地质条件、各工况的稳定状态及与高速公路的影响关系等因素，在滑坡体中部设置圆形抗滑桩，桩顶以上采用卸载放坡，并设置预应力锚索框架梁防护的工程措施，辅以排水、裂缝封闭等措施。目前该滑坡已治理完毕，并经历一个雨季，根据监测结果，桩顶及边坡变形在规范允许范围之内。

（3）准确的地质资料是合理制定边坡处治方案的基本条件，应重视边坡工程地质勘察，确保边坡设计基础资料的准确性。本文涉及的滑坡地质条件复杂，若能在施工前探明堆积体厚度、基岩面角度等重要因素，及时调整设计方案，或可避免不必要的损失。

（4）堆积体陡倾边坡设计应充分考虑边坡施工过程坡脚开挖以及连续降雨的影响，临空面及连续降雨都是引起滑坡的重要因素，应在设计中提前考虑施工因素。同时，路线设计应尽量绕避深厚层堆积体等潜在滑坡体，无法绕避时，要先加固后开挖。施工时应尽量减少坡脚扰动，并做好临时截排水措施，防止雨水入渗。

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作者简介：刘卓华（1987-），硕士研究生，主要从事高速公路建设管理工作;

杨海锋（1984-），硕士研究生，主要从事公路勘察设计研究工作。