某高速公路水毁黄土边坡分析及治理

文/朱经亮、燕轲

1 工程概况

济洛高速公路K28+550—K28+950 路堑边坡为两侧开挖，中心最大开挖深度为33.51m，最大开挖高度约40.08m，设计路基标高约345m。该边坡为永久性土质边坡，其安全等级为一级。边坡设计为多级开挖，边坡坡率为1∶0.3～1∶0.5，平台宽度为4m，坡脚为护面墙防护，墙面设置有排水孔，坡面未进行防护处理[1]。

由于夏季降雨较为集中，雨水无法及时排导，形成入渗及冲刷，造成坡脚软化，引起边坡失稳，导致该段左右两侧1～3 级边坡局部滑塌，影响高速公路的正常运营，并对陈家寨天桥桥梁桩基安全产生威胁。

2 工程的地质条件

2.1 地形地貌

本段边坡地处黄土塬地貌，属黄土准平原工程地质区。边坡建设主要位于农田中，农作物以小麦为主。地势总体上比较平坦，局部稍有起伏，黄土陡坎坡度70～90o，地面标高介于360～380m 之间，相对高差约20m。场地周边构筑物为济洛高速及K28+723处设置的4×30m 跨线天桥。

2.2 气象水文

项目所在区域属于暖温带大陆性季风气候区。孟津县年平均气温13.7℃，1月最冷，平均为-0.5℃，7月最热，平均为26.2℃，平均降水量为650.2mm。全年平均日照时数为2270.1h，6月日照时数最长，为247.6h；2月日照时数最短，为147.5h。全年平均日照率为51%；在作物生长的4—10月，5月日温差最大，为12.7℃，8月日温差最小，为8.6℃，积温平均为5046.4℃；年平均无霜期为235 天；年平均降水量为650.2mm，保证率80%的降水量为600mm。最高年降水量1035.4mm，最低年降水量406mm，7月降水最多，平均为164.1mm，1月降水量较少，仅6.9mm。

项目区位于黄河流域，主要河流为黄河、瀍河及其他汇水沟河。

2.3 区域地质的构造及地震

区域地质构造，场区内无全新世活动性断裂带通过。

地震，本项目所在区域位于华北地震带太行山前大断裂地震带的末端。历史上该地区曾多次发生过里氏5 级以上的地震，但均震级较小，频度较低，无强震发生。

根据国家现行标准《中国地震动参数区划图》(GB 18306—2015)，项目区地震动峰值加速度为0.10g、地震动反应谱特征周期为0.35s，抗震设防烈度为7 度。

2.4 地层岩性

项目区属黄土塬工程地质区（Ⅲ区）。结合勘察成果、边坡施工过程及现状，揭示地层上部为1-1 层黄土状粉土，灰白色为主，见针状孔隙，柱状节理发育；其下为3-1 层以离石黄土为主，主要为黏性土夹砂礓，灰黄色、红褐色，硬塑为主，土质不均，砂礓粒径不等，且含量由上往下逐渐减少，在4 级边坡发育富集层，厚度一般5～20cm；既有路基下部7m 左右为中风化砾岩。根据试验成果，场区土层自由膨胀率小于40%，塑性指数小于15，属非膨胀性土[2]。

2.5 水文地质条件

地表水，临近边坡无地表水分布。

地下水，项目区地下水类型主要为碎屑岩类孔隙裂隙水和松散岩类孔隙水。

碎屑岩类孔隙裂隙水，主要分布黄河以北地区的三叠系和二叠系地层中，主要岩性为砂岩，裂隙发育一般，富水性较弱，地下水径流模数为5～10m3/km2，泉流量小于5m3/h，地下水位埋深约30～60m。

松散岩类孔隙水，主要分布于黄河以南黄土台塬区，以及黄河以北的黄土覆盖低山丘陵区，含水层即为黄土层，富水性差，单井涌水量小于5m3/h。山前边缘地带地下水位埋深10～45m，向平原的中部和东部逐渐变浅。经调查走访，该区域沿线受引黄济洛工程影响，地下水位已降至150～200m 以深。水化学类型为HCO3-Ca 型及HCO3-Ca·Mg 型水，矿化度大多小于1g/L。地下水主要补给来源为大气降水，由西北向东南径流，以径流排泄、蒸发排泄和开采排泄为主。

3 水毁特征及成因分析

3.1 水毁特征

水毁滑塌边坡两侧相似，均呈扁平的扇形，周界清晰，高6～10m，最大横向宽度30m，滑面深3～5m，总体积约1600m3。主滑方向左侧约200o，与济洛高速K28+550—K28+950 段路线垂直，右侧与左侧正对。前缘伸入路基边缘，造成边侧排水沟基底隆起；后缘与既有边坡脱离，形成近陡立后壁。桥梁桩基因前期采取了抗滑措施，周围土体无异常。

医疗行业是一个知识密集型、技术密集型的行业，医院为发展其自身的核心竞争力，必须不断开展医疗活动相关的各类科研创新活动。科研活动属于知识密集型的创新活动，相互间差异性较大，存在着很大的不确定性，管理上有一定难度。随着科研项目数量与金额的快速增长，对医院科研项目经费管理提出了更高的要求。且由于科研经费来源不一，相关的管理制度不同，更增强了科研经费管理的复杂性；因此，若科研经费管理不当，会引起使用浪费和资产流失，严重的会影响医院目标的实现和顺利的发展。故科研经费的支出是需要医院实施内部控制的一个重要对象。

3.2 水毁滑塌体结构

滑塌体结构，滑塌体位于K28+710—K28+740 处，主要为Q2红褐色、灰黄色硬可塑状黏性土质离石黄土。因勘察期间连续多日无降水，含水率小于17%，总体呈稍湿状态。

滑动面特征，滑动面主要位于Q2离石黄土层中，上部呈折线状，倾角约60～80o，下部呈圆弧状，厚度为0.05～0.10m，滑动带土不明显，但可见擦痕。滑塌体主轴剖面图如图1 所示。

图1 滑塌体主轴剖面图

滑床结构，滑床主要为Q2离石黄土层。

3.3 水毁滑塌成因

3.3.1 水文地质成因

因砂礓在黏土层中分布不均，粒径大小及含量均无规律性，呈局部富集状态，且含量相对较小，在以往工程实践中，一般按照均质黏土处理。根据常规室内渗透试验成果显示，均质黏土一般呈微透水性或弱透水性，故在工程实践中，往往被认为是相对隔水层。而夹砂礓的非均质黏土层，受砂礓粒径、含量的影响，性质发生一定的改变，特别是其富水性和透水性，较均质黏土存在较大的差异。

根据物探成果，左右边坡测线成果浅部均见有低阻区，推测浅部含水层，水量补给以降雨为主。除测线L14 深部见有一处低阻异常（见图2），其他测线深部均未见明显低阻异常，推测水向深部渗透难度较大。下部局部高阻推测为砂礓不均，局部砂礓较为集中。

图2 测线L14 反磁通瞬变电磁反演等值线成果图

根据现场走访调查，临近项目场地村民的自用取水井均需穿透上覆土层，采取下部基岩裂隙水。

综合调查、物探、施工过程异常情况分析可知：该处地下水主要补给源为大气降水，降水后部分雨水沿节理及孔隙下渗，在下部遇相对隔水层砾岩（仍具渗透性，但相对较小），暂富含于黏性土夹砂礓层中，形成临时上层滞水。该层水在边坡开挖形成水力梯度后造成一定水压力，导致向边坡及坡底排出（见图3）。

图3 渗水示意图

3.3.2 土体内在成因

边坡地层以离石黄土为主，具有多孔性、垂直节理发育、钙质结合含量高等特点，该处周边无地表水分布，地下水埋深较大，常年入渗量较小，长期的环境因素使得坡体土层内部相互作用力处于相对平衡状态。

设计采用陡坡率方案，且采用了防排水措施，但夏季持续的降雨不及时排导，沿黄土孔隙及垂直节理下渗，使得其在坡脚处基岩上方汇集，形成饱水体，打破土层内部作用力的平衡，即“软化”，从而导致土体强度下降。坡脚的失稳，进而使得上部边坡基础持力不足，导致滑塌。

3.4 水毁滑塌类型及规模

按《公路滑坡防治设计规范》（JTG/T 3334—2018）中对滑坡的划分规定[3]：该滑坡体是由于降雨入渗使得坡脚土体软化，造成基础强度降低，坡体自重产生失稳，属推移式滑坡；总体积约1600m3，属小型滑坡；滑坡面埋深3～5m，属浅层滑坡；土体为具非膨胀性的离石黄土，属黄土滑坡。

综上所述，该滑坡属推移式小型浅层黄土滑坡。

4 稳定性分析

4.1 工况及计算方法选择

根据《公路路基设计规范》（JTG D30—2015），分别从天然、暴雨或持续降雨、地震等工况对滑坡稳定性进行验算，计算方法选择不平衡推力法。

4.2 参数选取

由于该滑坡为工程滑坡，滑体为黄土，根据现状调查情况，滑坡参数反算时，选取稳定系数K=1.15。本次滑坡稳定性分析所选取的滑带土力学参数主要通过室内试验成果、滑坡反算及地区经验来综合取值。滑带土力学参数选取见表1。

表1 滑带土力学参数选取表

4.3 滑坡稳定性验算

选择不平衡推力法（传递系数），分别在天然（工况Ⅰ）、暴雨或持续降雨（工况Ⅱ）、地震（工况Ⅲ）下，进行滑坡稳定性验算。

根据《公路路基设计规范》（JTG D30—2015），计算公式

式（1）中：Qi——第i 土条重力；

αi、αi-1——第i、i - 1 土条底滑动面的倾角；

Ei-1——第i - 1 土条传递给第i 土条的下滑力；

Li——第i 滑块滑面长度；

ψi-1——传递系数。

根据上述公式，滑坡稳定性分析参数选取见表2、表3，剩余下滑力计算结果见表4。

表2 稳定性分析参数选取表

表3 稳定性分析参数选取表

表4 剩余下滑力计算结果表

4.4 稳定性分析

通过滑坡稳定性验算，场区边坡在开挖之后，天然及地震工况下都处于欠稳定状态，暴雨工况下处于不稳定状态。

既有路基位于水毁滑坡前缘，对公路运营安全影响较大，应采取必要的防护处置措施。

5 水毁边坡治理设计

基于上述分析，针对异常降雨导致的水毁边坡，建议采用如下方案：

清除滑塌体，一级边坡采用挡墙支挡，二、三级边坡坡率放缓至1∶1，四级以上放缓至1∶0.75，提高坡体自然稳定性。坡面结合平台采取截水、防水措施，防止地表水进一步由浅部入渗至深部。结合水力坡度，在其影响范围内的潜在滑动面附近，布设排水孔，以降低地下水对土体的软化。坡脚设置挡墙，增强坡脚反压效果，同时在挡墙处结合边坡设置排水孔，防止地下水富集。对边坡及陈家寨天桥桩基进行监测。

6 结语

济洛高速K28+550—K28+950 段边坡产生水毁滑塌的主要原因：场地分布离石黄土层，在遭遇持续降雨时，雨水入渗至坡脚处富集，该处土体强度降低，导致边坡失稳。针对边坡水毁特征，对边坡放缓坡率，采用截排水等措施，减少降水入渗对土体强度的影响，可保证边坡的稳定性。经处置后的水毁边坡设置监测措施，以确保公路运营的安全。