某高速公路顺层缓倾软岩高边坡失稳机理及治理措施研究

李宏杰

云南省建设投资控股集团有限公司国际工程部 云南 昆明 650500

我国目前关于边坡失稳机理的研究较多，普遍认为造成边坡失稳的因素有边坡开挖、软弱夹层、地表水入渗、岩体结构面等，但是关于边坡失稳治理措施的研究相对较少，这表示治理方案设计及实施还需要进一步强化[1]。现阶段在边坡失稳治理中应用较多的措施有设置排水沟、设置排水孔、夯填处理地表裂缝、设置预应力锚索地梁、设置截水沟等，这些措施也将被应用在本次边坡失稳治理中，均能够获得较为理想的边坡失稳治理成果。

1 边坡失稳机理及治理措施研究价值

边坡失稳导致的滑坡等事故属于常见的地质灾害类型，据统计数据显示，滑坡这一地质灾害的发生频率要远远高于泥石流、山体崩塌等其他地质灾害，每年都会造成较为严重的人员伤亡和财产损失[2]。顺层边坡则是失稳现象发生频率较高的一种边坡类型，这是因为此类型边坡岩层的稳定程度和强度远远低于其他边坡类型。在早期研究中，普遍认为顺层缓倾软岩高边坡出现失稳现象的概率较多，判断依据是岩层倾角及结构面具有优势；但实际情况表明，此类型边坡的失稳事故依然较为常见[3]。由此可见，需要强化对顺层缓倾软岩高边坡边坡失稳现象的治理，以此来确保高速公路工程的安全稳定运行，想要制定针对性治理方案、采取科学化治理措施，便需要明确边坡失稳机理及边坡失稳破坏机制。

2 某高速公路顺层缓倾软岩高边坡失稳概况

2.1 基本情况

某高速公路顺层缓倾软岩高边坡为深挖路堑边坡，等级为4级，地层岩性为第四系全新统残坡积物、二叠系上统上石盒子组沉积岩（中风化页岩、中风化砂岩）；有两条发育断层，一条断层的破碎带宽度为25-50cm，另一条断层的破碎带宽度为90-190cm。在边坡开挖过程中，坡体出现了较大程度的变形破坏，具体表现如下：坡体顶部存在若干条拉张裂缝、坡体表面存在多处掉块和脱落情况、坡体底部呈现为明显的剪出特征。由此可见，某高速公路顺层缓倾软岩高边坡已经出现了较为严重的失稳问题，随时可能出现整体坍塌情况，如果不进行针对性治理，会对周边村庄及耕地的安全产生威胁。

2.2 地形地貌

某高速公路顺层缓倾软岩高边坡整体地形呈现为北高南低、起伏较大的特征，整体地质条件相对较差，具体如图1、图2所示。通过下图可知，某高速公路顺层缓倾软岩高边坡山梁前沿有一条已经发育完全的近东西向冲沟，此为区内主沟，切割深度为45-100m，为“U”字型；山梁东西两侧各自有一条已经发育完全的小型冲沟，切割深度为10-20m，为“V”字型。边坡开挖已经改变了边坡原有的地形地貌，已经形成的人工边坡坡体顶部与坡体底部的高度差为30m。

图1 某高速公路顺层缓倾软岩高边坡平面图

图2 某高速公路顺层缓倾软岩高边坡剖面图

2.3 水文条件

某高速公路顺层缓倾软岩高边坡的地表水没有发育，因此冲沟一般呈现为无水状态，但是在暴雨季节，由于自然降水会出现洪水流出情况，此时冲沟也会受到一定的冲刷和侵蚀。具体来讲，在雨季，一部分自然降水会形成地表水自然从高处流向低处，一部分自然降水会直接下渗转变为地下水。在工程勘察过程中，未发现边坡所在地存在地下水资源。

3 某高速公路顺层缓倾软岩高边坡失稳机理

3.1 边坡失稳特征

在边坡开挖工程开始之后，坡体表面便开始出现裂缝，裂缝范围长度为150m，宽度范围为100m。由于坡体顶部为村庄和耕地，某高速公路顺层缓倾软岩高边坡失稳加剧了村庄附近东西向张拉裂缝的发育，使得裂缝的长度延伸了10-40m，宽度延伸了5-15cm。边坡右侧断层、坡体底部沿页岩软弱夹层已经出现了明显的剪出特征，这表示边坡失稳的整体特征为顺层滑移和拉裂式破坏。

3.2 边坡失稳机理分析

3.2.1 结构面条件

工程边坡失稳与结构面条件有着密不可分的关系，并且不同结构面条件导致的岩体破坏模式不同，可见明确边坡结构面条件是分析边坡失稳机理的重要条件。现对某高速公路顺层缓倾软岩高边坡失稳范围内的45条岩体缝隙进行分析及统计，以此为依据绘制了图3所示的结构面裂隙走向图。通过下图可知，边坡失稳范围内的主要结构面裂隙有4组，其走向分别为5°（编号为J1）、34°（编号为J2）、55°（编号为J3）、279°（编号为J4）。J1、J2、J3与边坡开挖面的相交角度较大，属于稳定型结构面，但是会对岩体造成切割破坏影响，J1还能够控制边坡结构的右侧边界。J4位于边坡结构的同侧，属于不稳定型结构面，会对岩体造成控制破坏影响，是对边坡稳定程度破坏最为显著的结构面；并且J4所在边坡为顺层边坡，该边坡的稳定程度直接关系到了整体边坡结构的稳定程度。

图3 结构面裂隙走向图

3.2.2 工程地质条件

某高速公路顺层缓倾软岩高边坡的主要底层岩体为页岩、砂岩、中风化泥岩，具体是以中风化泥岩为主、部分为砂岩、中间夹杂着页岩，且结构面发育程度和结合程度较差，多见岩屑、泥质岩层。由此可见，此边坡为软岩地层，基本特征是容易风化、强度较低、遇水容易软化、失水容易崩塌，地质条件相对较差；例如，页岩为泥质结构，其强度较低，胶结程度较差，构造较为不稳定，不良的地质条件是边坡失稳的根本因素。

3.2.3 边坡开挖因素

边坡开挖为边坡滑动创造了临空空间，这是因为边坡开挖造成了某高速公路顺层缓倾软岩高边坡坡体应力回弹，导致了初始位移，坡体表面缝隙进一步扩展，增加了自然降水的渗入概率；坡体底部开挖降低了坡体的阻滑作用，当阻滑作用小于下滑力量时，坡体便会沿着软土夹层面剪出，坡体顶部裂缝进一步扩展，自然降水通过裂缝侵蚀岩体结构和裂缝，最终使得各个裂缝结构和软化结构相通，形成滑动面。

3.2.4 自然降水因素

尽管在工程勘察过程中未发现某高速公路顺层缓倾软岩高边坡所在地存在地下水资源，但是在自然降水期间，坡体底部断层面及剪出面已经开始有地下水渗出，导致这种现象的主要原因是自然降水沿着边坡的张拉裂缝和坡体表面原有的结构缝隙大量渗入，并且张拉裂缝、结构缝隙、断层面、剪出面结构已经呈现为局部贯通状态，表示地下水已经有足够的通道外泄，致使自然降水能够从坡体顶部和坡体表面一直渗透到坡体底部，最终从坡体底部排出。在自然降水条件下，边坡自身的质量会被增加，并且降水会对边坡产生润滑和软化作用，进一步增加了边坡的软化程度和下滑程度，过多的自然降水是边坡失稳的助推因素。

4 某高速公路顺层缓倾软岩高边坡失稳治理措施

4.1 边坡失稳治理原则

第一，尽量做到一次性根治原则，需要全面掌握边坡失稳机理，在设计治理方案时尽量一次性根治失稳问题和已经形成的灾害，做到不留后患[4]；同时边坡失稳措施也需要落实到位，考虑到边坡失稳治理工程较为特殊和复杂，在采取任何治理措施之前都需要做好安全防护，在确保安全程度的基础上实现全面治理。第二，综合治理原则，边坡失稳往往受到了多方因素的共同影响，每个因素产生的影响又能够分为作用影响和诱发影响，进行边坡失稳治理需要从综合角度出发，在采取单项治理措施的同时，还需要采取综合治理措施，在获得综合治理效果的同时，准确把握各项作用因素和诱发因素[5]。第三，技术可行性和经济可行性原则，边坡失稳方案制定及边坡失稳措施落实需要符合施工单位的技术水平，治理成本需要在施工单位能够承担的范围内，以此来确保技术和经济上的合理性，这需要对多项治理方案进行性分析对比，在保证治理效果的基础上，尽量选择性价比较高的治理方案，同时避免施工方案与现有工程布局发生较大冲突，避免治理措施无法准确落实。

4.2 整体边坡失稳治理方案

针对某高速公路顺层缓倾软岩高边坡失稳实际情况，为了进一步解决边坡失稳问题，确保周边房屋、人员、高速公路的安全，现制定如下治理方案[6]。第一阶段为应急处理方案，目的是避免失稳问题进一步扩大：设置微型钢管桩群及截水沟对坡体范围内的地表水进行拦截，应用三七灰土夯实处理坡体表面的裂缝，以此来减缓坡体变形情况。第二阶段为问题解决方案，目的是在放缓边坡失稳问题发生速度的基础上，实现对边坡失稳问题的彻底治理：在一级平台至二级坡面中部位置设置预应力锚索抗滑桩，以此来阻抗中层和深层滑坡；在三级坡面位置设置预应力锚索地梁，以此来缩小中层和深层滑体的变形范围；在坡体表面其余位置设置窗孔式护面墙，以此来进行防护；设置仰斜排水孔和排水沟，以此来排水。经过实施，本次边坡失稳治理方案具有显著治理效果。

4.3 具体边坡失稳治理流程

4.3.1 第一阶段治理流程

第一，设置微型钢管桩群。在边坡失稳现象最为严重位置处，沿着裂缝的走向设置微型钢管桩群，具体需要按照4排3列12根的模式布置微型钢管桩群，微型钢管的行距为0.7m，列距为0.7m[7]。微型钢管桩群中间设置一根108钢管，钢管内部设置了三根钢筋，随后向钢管及微型钢管中注入M35水泥，微型钢管桩群顶部应用C30钢筋混凝土承台进行连接。

第二，设置截水沟。在边坡失稳现象最为严重位置外侧设置截水沟，以此来将地下水引入到排水系统中，截水沟宽度为0.6m，高度为0.6m，厚度为0.3m。

第三，夯实处理坡体表面的裂缝。应用三七灰土夯实处理坡体表面和失稳范围周边的裂缝。

4.3.2 第二阶段治理流程

第一，设置预应力锚索抗滑桩，整体设置如图4所示。一级平台顶部位置分别设置了A型、B型、C型三种锚索抗滑桩，三种锚索抗滑桩桩身均应用C30钢筋混凝土砌筑，桩间距均为6m[8]。

图4 预应力锚索抗滑桩设置图

第二，设置预应力锚索地梁。在三级坡面位置设置预应力锚索地梁，预应力锚索地梁均应用C30钢筋混凝土砌筑。

第三，设置窗孔式护面墙。在一级边坡、二级边坡、三级边坡、四级边坡位置设置窗孔式护面墙，墙的顶部宽度为0.4m，墙的底部宽度为0.9m，孔式护面墙内部需要植入耕植土，并且种植花草进行绿化。

第四，设置仰斜排水孔。在一级边坡和三级边坡位置设置仰斜排水孔，排水孔间距均为6m。

第五，设置排水沟。在第三级平台、第四级平台设置排水沟，以此来将地下水引入到排水系统中，排水沟宽度为0.6m，长度为0.6m，厚度为0.3m。

5 结束语

某高速公路出现顺层缓倾软岩高边坡失稳问题的内在因素是边坡体结构面发育不够良好，即所在工程地质条件较差；直接因素是边坡开挖面，即外界工程施工直接诱发了边坡失稳；加剧因素是自然降水，即降水进一步增加了边坡失稳的严重程度。想要做好对某高速公路顺层缓倾软岩高边坡失稳的科学治理，首先需要制定整体治理方案，其次需要分阶段开展具体治理流程，实现彻底治理，同时实现对边坡岩体的加固，降低后续失稳事件发生概率。