乐百高速公路高边坡顺层滑坡综合处治研究

刘威勤

摘要：持续性强降雨及施工过程中的外力扰动是诱发山区高速公路砂-粉砂岩顺层边坡滑移引起下埋隧道开挖过程中出现拱顶下沉、开裂的重要影响因素。文章以乐业至百色高速公路顺层高边坡滑坡为例，从地形地质、水文构造等方面分析了滑坡形态及失稳机理，提出了安全可靠、经济有效的综合处治方案。采用该方法处治后，经过时间和雨季检验，该边坡及下埋隧道质量稳定无变形，可为类似工程提供借鉴和参考。

关键词：山区高速公路;边坡;粉砂岩顺层坡;滑坡处治;隧道拱顶处治

0 引言

广西乐业至百色高速公路（以下简称乐百高速）位于桂西北山区，项目沿线地质灾害弱发育，地质环境条件复杂。该区域桥隧比高，深填高挖产生的高边坡数量多，受外力扰动及当地季节性降雨影响[1]，该山区高速公路砂-粉砂岩顺层边坡在施工开挖过程中极易发生局部或者整体坍塌情况，既严重影响高边坡及下埋隧道的质量安全，又直接影响到高速公路项目的如期建设。本文以乐百高速主线路基ZK72+400～ZK72+600处砂-粉砂岩43 m顺层高边坡滑坡为例，通过对其所处工程地质、水文构造、滑坡形态及失稳机理进行了深入的研究和分析，提出了安全可靠、经济有效的综合处治方案。

1 工程概况

滑塌边坡自隧道左侧出口，位于ZK72+425.87～ZK72+560段高边坡。该边坡为五级边坡，坡率自下而上依次为1∶1.0，1∶1.0，1∶1.25，1∶1.25，1∶1.25，第一、二级采用预应力锚索格梁防护，第三至五级为喷播植草绿化。原设计下埋隧道顶标高低于左侧路基顶标高，设计边坡坡面距离下埋隧道顶最短距离不足20 m。该段隧道设计围岩级别为Ⅴ级，支护类型为Sd5a复合衬砌。

受季节性持续性降雨及右侧隧道施工影响，ZK72+425.87～ZK72+560段高边坡在开挖过程中，第三、四级坡面出现局部滑塌。为了保证边坡工程质量，决定对该滑塌边坡进行放坡处理，清除滑塌土石方。后开挖一、二级边坡，进行坡面防护期间，一、二级边坡均出现不同程度的顺层滑移，导致施作的锚索格梁出现了较大变形而失去防护作用。

另外，ZK72+505～ZK72+560段对应的右线隧道在左线开挖后，由于受到边坡顺层偏压的影响，初支出现较大变形。由于该控制性结构面为岩层岩面，岩层产状80°∠44°，边坡走向180°，岩层视倾角43.6°，滑移平面形态贯穿整个坡面。

1.1 气候、水文

该滑塌顺层高边坡位于广西西北部，属季风型亚热带气候，光照充足，雨热同季，夏长冬短，年平均温度为20.9 ℃，极端最高温度为38.4 ℃，极端最低温度为-2.5 ℃，年平均日照为1 500.6 h，年平均降雨量为1 700 mm。该区域雨季集中出现在5～10月份，全年无严寒酷暑。

滑塌区地表水系发育较差，因为地形陡峭，坡降大，水流多顺山坡流失，山体两侧冲沟水主要为降雨及地下水排泄汇流形成，水量受降水量控制，暴涨暴跌。根据钻探资料，地下水多成点滴状出水。

1.2 地质、地形

根据野外地质钻探及调绘，边坡滑塌地质岩性主要为第四系及三叠系中统板纳组构成，具体如下：

第1层，粉质黏土：棕黄-黄褐色硬塑状粉质黏土，土质较均匀，韧性中等，无摇震反應，含较多棱角状砂岩碎石，分布不均匀，其土、石工程等级为Ⅱ级普通土;

第2层，碎块状强风化砂岩：黄褐色、灰色，细粒结构，中厚层状构造，岩石破碎，裂隙发育，含钙质，送水回转钻进较慢，岩芯呈块状，返水呈黄色。其土、石工程为Ⅱ级软岩;

第3层，中风化砂岩：灰色，砂质结构，中厚层状构造，岩体完整，裂隙发育，含钙质，送水回转转进较慢，岩芯呈块状，短柱状，返水呈灰色，土、石工程分级属Ⅴ级次坚石。边坡区岩层产状为350°∠65°，未见地下水，未见滑坡，崩塌有直接影响不良地质构造及不良地质体，自然坡体现处于稳定状态。

根据物探资料表明，该隧道段为物探低阻异常区，钻探破碎带。围岩为中风化砂岩夹风砂岩，裂隙发育，岩石呈镶嵌碎裂状结构，Rc=32.8 MPa，Kv=0.53，开挖中地下水多呈淋雨状出水，侧壁稳定性较差。拱顶无支护时易产生小-中坍塌，自稳能力差[2]。

2 边坡滑移及下埋隧道初支拱顶开裂成因分析 受当地地质构造影响，地形地貌、工点岩性、降雨及周边施工扰动是诱发坡体局部滑塌及顺层滑移的重要原因。根据现场勘探及坡面滑移特点，具体分析如下：

（1）该处地形陡峭，局部坡度为47°～52°。山体覆盖层由粉质黏土及强风化砂岩、碎石土构成，在自然条件下，坡体已有下滑的趋势[3-4]。

（2）坡体开挖后，原本覆盖该山体上的植被被破坏，又形成了较大的临空面，为坡体局部坍塌提供了有利的空间条件。

（3）开挖后，第三、四级边坡坡面上的粉质黏土、松散的堆积体以及第一、二级边坡暴露出来的顺层强风化砂岩受季节性降雨冲刷及附近施工爆破振动，也极易诱发坡体的局部松动而导致局部坍塌以及滑移。

（4）该边坡及右侧施工期间，加上持续性的降雨，地表水下渗，土体呈饱水状态，使得顺层面的岩性力学强度下降，从而使坡体的下滑力急剧增加，导致边坡产生滑移病害。另该处山体滑移后产生较大的牵引力使得下埋隧道初支发生变形，从而加剧了该处坡体的破坏程度。

3 处治方案比较

3.1 主要处治方案

根据现场勘察情况以及设计单位出具的《工点地质详细勘察报告》及稳定性计算结果，提出了两种综合处治方案进行对比。

（1）方案1。边坡坡面：拆除变形的锚索格梁，采用“抗滑桩挡墙+格梁+截排水”的刷坡方案，在边坡第一级挖方平台处设置13根抗滑桩支挡，桩基尺寸为2.5 m×3.0 m，桩间距为6 m，桩长为22 m;第二至第五级边坡坡率调整为1∶1.5。坡面清方后，第二至五级边坡采用锚杆框格梁植草防护，格梁截面尺寸为30 cm×30 cm[5]，分别在坡顶和各级平台处设置截水沟，完善坡面排水系统，将水流引排至坡体外。

（2）方案2。边坡坡面：拆除变形的锚索格梁，采用“大尺寸路堑挡墙+挂铁丝网喷射混凝土护面封闭+截排水”的刷坡方案，在边坡第一级挖方平台处采用大尺寸混凝土路堑挡墙，挡墙高度H=10 m，局部垮塌区域采用碎石土回填，第二至第五级边坡坡率调整为1∶1.5，坡面清方后，第二至五级边坡采用10 cm厚钢筋网喷射混凝土封闭;第二、三级坡脚分别设置仰斜式排水管，在坡顶和各级平台处分别设置截水沟，完善坡面排水系统，将水流引排至坡体外。

相对应的下埋隧道：均对开裂的初支采用环向注浆，施工临时仰拱，竖撑，加密拱边墙及二衬环向钢筋间距。

3.2 处治方案经济对比

对上述两种边坡及下埋隧道综合处治方案涉及的主要工程量进行经济性对比见表1。

考虑到该边坡坡体特殊，因附近机械及爆破振动，该边坡体内外部已松动，再加上边坡坡面刷坡后，坡面距离下埋隧道法向距离较近，施工过程中边坡及下埋隧道施工的安全性是需要注意的重中之重，故该工点的处治不宜采用大型机械或爆破等增加振动的施工方案，另外从工程经济方面考虑，方案2较方案1造价低，故本工点处的综合处治方案采用方案2作为推荐方案。

4 关键综合处治方案技术

经过方案比选，采用施工安全风险最低、造价低的方案2作为该工点的综合处治方案。

（1）考虑到该处边坡及隧道的位置的特殊性，应先对下埋隧道拱顶进行处治，直至该下埋隧道处治段落越过该段边坡滑移范围。

（2）路堑挡墙工程。设计墙高10 m，至第一级边坡顶平台处，墙体采用C20混凝土浇筑。为保证施工的安全性，挡墙采用跳格开挖，分段施工，分段浇筑，挡墙背后设置反滤层，局部垮塌区域采用碎石土回填。

（3）坡面防护工程。第二至五级边坡坡面均采用挂铁丝网喷射10 cm厚C20混凝土护面封闭，钢筋网（8 mm，间距20 cm×20 cm）采用8018 mm锚杆固定，锚杆间距为200 cm×200 cm。

（4）截排水工程。挡墙泄水孔直径采用10 cm，第二、三級坡脚处分别设置一排仰斜式排水管，间距为5 m，长度分别为10 m、20 m。各级平台截水沟采用矩形，截面尺寸为30 cm×30 cm，坡顶截水沟采用梯形，截面尺寸为60 cm×65 cm。并完善该处边坡排水系统。

（5）因该处边坡高度超过40 m，考虑后期边坡的稳定性监控，分别在各级平台及坡顶处设置观测点。

该工点已于2018年8月处治完成，已经历了两个雨季检验，运营期间坡体及隧道稳定，无任何变形情况发生。

5 结语

（1）强风化泥质砂岩路堑顺层高边坡地质条件复杂，尤其是与隧道相邻较近的高边坡，更应充分重视前期的路线走向、工程地质及水文地质勘察工作，为后期施工提供可靠的地质依据。

（2）顺层高边坡及附近隧道设计应充分考虑施工开挖和降雨对边坡稳定性的影响，若二者相距较近，可考虑改变线路或增加左右幅路线距离。若因条件限制，应充分考虑隧道及边坡的施工顺序合理性，不盲目压缩工期。

（3）应加强高边坡施工过程中防排水工程的设计，科学布设，完善排水系统。

参考文献：

[1]冯玉涛.山区高速公路省界站场大型堆积体滑坡综合处治关键技术研究[J].灾害学，2018（S1）：100-104.

[2]JTGD70-2019，公路隧道设计规范[S].

[3]耿雨风，袁 坤.某高速公路路堑顺层边坡滑动机理及处治对策[J].路基工程，2019（1）：234-236.

[4]安明旭，赵 阳，吴 森.路堑边坡滑坡成因及处治措施[J].交通科技，2018（5）：5-6.

[5]JTGD30-2015，公路路基设计规范[S].