云平高速公路HK 改路滑坡变形机理分析及治理措施

■林锦武

（漳州通广云平高速公路有限公司，漳州 363305）

1 引言

山区高速公路建设过程中不可避免会遇到很多高陡边坡，其由于地形、地貌、地质情况较为复杂，常出现边坡滑塌的问题，其中覆盖土层深厚的滑坡是最为常见的病害类型。 该类型滑坡若不及时进行治理，在连续强降雨等不利工况下极易导致滑动面深切改造，引发更大规模的滑坡。 因此，文章以漳州云霄至平和高速公路（以下简称“云平高速公路”）坂仔互通D 匝道HK 改路滑坡为例，在充分分析滑坡的病害特征、成因、要素等机理的基础上，提出相应的治理措施，旨在为今后类似的工程提供参考与借鉴。

2 滑坡概况

云平高速公路坂仔互通D 匝道边坡原设计为三阶，防护型式均为拱型骨架喷草（植灌）防护，D匝道边坡坡顶为一地方改路 （以下简称 “HK 改路”）。 2019 年3 月坂仔互通D 匝道边坡施工完成后， 对HK 改路进行开挖施工；2019 年4 月初HK改路右侧边坡山体发生大面积滑塌；2019 年4 月中旬受连续降雨影响，滑坡体持续变形滑动，后缘裂缝不断加大。 滑坡体范围内存在众多不均匀无规则裂缝， 裂缝宽约20～50 cm， 滑坡后缘下错为80～150 cm，裂缝最高点至云平高速公路D 匝道路面中线水平距离约110 m，高差约60 m，距滑坡坡顶边界约100 m 处有一高压铁塔， 滑坡现场如图1所示。

图1 滑坡现场

2.1 滑坡工程地质和水文条件

依据 《公路工程地质勘察规范 （JTG C20-2011）》[1]对滑坡现场的工程地质和水文条件进行勘测。

2.1.1 地形地貌

场区地形地貌为剥蚀丘陵区，滑坡区内峰顶标高约161 m， 坡体横向坡面凹凸起伏， 顺坡地形稍陡，自然坡度约30°～45°，滑坡区位于蜜柚种植区，植被较发育。

2.1.2 地层岩性

滑坡区地层较简单， 上覆土层由粘质粉土、残积土构成，下伏基岩为侏罗系砂岩。 受特定气候、地理地质环境因素影响，滑坡区风化岩、残坡积土分布厚度大；坡积土及全风化层均呈土状，其孔隙比较大， 岩土主要矿物成分中富含的高岭石吸水性强， 致使其具有遇水易软化崩解的工程地质特性；主要地质情况自上而下为： 粘质粉土， 层厚2.7～4.5 m，可塑；残积土，层厚3.1～5.3 m，硬塑；全风化砂岩，层厚3.7～7.4 m，极软岩，遇水崩解，软化；（砂状）强风化砂岩，层厚7.9～29.0 m，基本风化成砂土状，极软岩，遇水崩解，软化；（碎块状）强风化砂岩，层厚0.5～15.4 m，泥质胶结，岩质较软，岩芯较破碎，多呈块状；中风化砂岩，层厚0.5～6.5 m，泥砂质胶结，岩体质量等级处于较破碎～较完整，岩芯多呈短柱状，少量碎块状，属较软岩[2]。

2.1.3 地质构造

本地区总体上新构造运动形成的形变极为微小， 互通区沿线表层分布着较厚的第四系地层，未见活动性构造迹象，未见断裂构造发育；边坡坡向为70°， 坡角50°（坡比1∶1.15）， 岩层产状为300°∠20°，节理、裂隙产状与路线走向大角度相交。

2.1.4 水文地质

该滑坡坡面水主要由地表水和地下水组成。 常年性地表流水较少；地下水下伏基岩裂隙，通过大气降水垂直入渗、 沿裂隙以脉状渗流形式呈点、线状向沟谷谷底等地形较低处侧向排泄，受裂隙发育程度、充填物等因素制约，该含水层贮水空间有限，分布不均，贮水量小。

2.2 滑坡病害特征

根据地质勘察资料和现场的变形特征，滑坡后缘下错达1.5 m， 滑坡周界已出现羽状裂缝及拉张裂缝，滑体前部前缘挤压变形出现鼓胀裂缝，HK 改路边坡坡脚可见剪出口。 滑坡两侧周界裂缝发展较明显，其中大里程方向（图2 右侧界）裂缝基本贯通，裂缝呈下错状；小里程方向（图2 左侧界）裂缝断续，裂缝呈张开状。

图2 滑坡病害特征分布

3 滑坡成因与要素分析

3.1 滑坡变形原因

滑坡的发生有其内在因素也有外在因素。 影响边坡稳定的内在因素有地质构成、岩土性质、水文地质条件等，而外在因素包括岩石风化、水、人类活动、地震等，滑坡的发生、发展是由各种内、外因素相互作用促成的，各种作用错综复杂。 从本滑坡的影响因素角度对其成因机理进行分析，具体如下：

（1）从物质结构上看，根据现场钻探及施工开挖揭露结果显示，坡积层结构较松散，稳定性较差，分布于斜坡地带，受外界不利因素作用易导致变形失稳。 其下分布有侏罗系梨山组全～中风化砂岩，岩层倾向与路基开挖形成的坡面相近，不利于坡体稳定，且全风化层厚度大，节理裂隙带极其发育，遇水软化，岩体力学指标极低。 裂隙带连接贯通易构成斜坡滑动带，在路基处形成剪出口，表明较弱的坡体地质条件是形成滑坡的内在因素。

（2）从坡体水文地质条件分析，原始坡面上陡中缓下部隆起的形态有利于坡面地表水的汇集。 山体为农业种植用地，为柚子林梯田。 在大气降雨和农业灌溉作用下，地表水不易及时排出，且持续下渗进入滑坡体内。 该坡体覆盖层含砾，渗透性总体较好，有利于坡面地表水下渗，下伏全～强风化砂岩节理裂隙极发育，透水性好，滑坡底全风化砂岩富集带易饱水软化，导致其强度降低，加速了滑坡的形成与发展。 根据勘察期间的观察显示，坡体降雨期间有明显的变形加剧趋势，从实践上证明了降雨是坡体变形滑动的诱发因素之一。

（3）从坡体变形活动历史上看，边坡经漫长的地质改造，自然状态下基本稳定，详勘期间未发现原始坡面有明显的变形迹象。 而HK 改路工程施工完成后，当地群众在坡体地带施工开挖改路机耕便道，使坡脚地带形成连续贯通的临空面，临空面岩土体卸荷松弛并牵引上方坡体陆续出现了规模不等的变形破坏现象，主要表现为地表裂缝、边坡坡面开裂破坏。 由此可见，人类活动是边坡变形破坏的重要因素。

3.2 滑坡要素分析

根据现场调查， 场区内滑坡横向跨度约80 m，主轴方向长度约75 m。 滑坡处于坂仔互通D 匝道上方，HK 改路右侧路堑处， 呈扇形， 体积约55.1×103m3，总体上本段自然坡体中上部变形较大，下部（HK 改路上部的第1 级、第2 级坡体）受上部滑体推力作用，而发生挤压变形，为中型牵引式堆积层滑坡。

为进一步探明滑坡变形趋势及滑动面位置，在滑坡体及D 匝道路堑边坡上共布置8 个钻孔 （图3）， 并利用ZK1、ZK2、ZK3 地质钻孔进行深孔位移监测。 根据钻孔及监测结果表明，既有滑动面位于全风化砂岩内，滑带擦痕明显，滑体平均深度约为10 m。 滑坡侧界羽状裂缝以及张拉裂缝，坡体前缘出现鼓胀裂缝，通过监测D 匝道三级坡顶深层测斜孔，D 匝道边坡未变形，唯一剪出口位于HK 改路路堑边坡坡脚，滑坡要素基本明确。

图3 钻孔布置平面示意图

4 滑坡稳定性分析

滑坡体主要由可塑～硬塑粉质粘土 （局部含砾）、全风化砂岩构成，由钻孔采取原状或扰动土样进行室内试验获取滑坡体岩土层有关物理力学参数指标，如表1 所示。

表1 岩土体力学参数指标

4.1 既有滑动面滑坡稳定性计算

滑坡稳定性采用不平衡推力传递系数法对既有滑动面进行稳定性分析（图4），得出工况一（天然状态）下稳定安全系数F=1.044，工况二（暴雨或连续强降雨状态）[3]下稳定安全系数F=0.966，说明天然状态下该边坡处于欠稳定临界状态，暴雨或连续强降雨状态下边坡出现失稳， 与滑坡发生情况一致。

图4 既有滑动面分块示意图

4.2 潜在滑动面滑坡稳定性计算

由于滑坡滑带具有复杂性，有可能发育多层非连续滑面，为确保滑坡治理的可靠性、彻底性，设计阶段对潜在不稳定滑面进行了搜索， 以选择最不利条件作为治理设防依据。 通过对潜在不稳定滑面进行搜索发现，选取了4 个潜在滑动面（表2）进行稳定性分析， 既有滑面分块和潜在不利滑面分布如图5所示。

表2 滑动面类型

图5 既有滑面分块和潜在不利滑动面分布示意图

根据表3 分析结果显示，潜在滑面1、2 满足规范的安全系数；潜在滑面3 处于不稳定状态；潜在滑面4 在工况二条件下略低于规范的安全系数1.2。 潜在滑面3 滑面距离既有滑面较近（图5），并且处于风化界面处， 虽然现在未发生明显滑动，但是不排除治理后滑面下潜改造。 通过计算可知，潜在滑面3 在工况二条件下设桩处的剩余下滑力为1654.5 kN/m，倾角10°。 潜在滑面4 滑面距离既有滑面较远（图5），虽然工况二条件下低于规范的安全系数1.2， 但从监测数据上未见滑面4 有变形迹象，且通过裂缝封闭、截排水等措施后坡体较难达到计算的饱水条件，综合考虑安全、造价、工期等因素，对该潜在滑面4 先予以深孔位移监测。

表3 潜在滑面与既有滑面稳定性分析

5 滑坡治理措施

5.1 应急处置措施

鉴于目前滑坡还处于蠕动变形阶段， 恰逢雨季，降雨量大，为防止雨水下渗导致滑坡裂缝往后牵引，引发更大规模滑坡，及时制定了如下应急措施：（1）HK 改路边坡坡脚反压， 同时停止对HK 改路路堑边坡开挖；反压高度不小于4 m，主滑段高度适当增加；底部宽度不小于4 m，结合改路宽度情况酌情调整，为保障机耕道改路的通行，反压体外侧采用袋装反压。 （2）对坡体后山上的地表裂缝采用夯填土，并设置防渗土工膜后，用混凝土封闭表面；坡面用彩条布覆盖，以防止雨水下渗。 （3）加强滑坡区内地表位移、坡面裂缝观测及深孔位移监测并予以及时反馈，做好应急预案[4]。

5.2 支挡锚固工程措施

HK 改路边坡第一阶平台位置布置16 根抗滑桩，桩截面尺寸为2 m×3 m，桩间距为5 m，桩长在15～23 m （其中Z1、Z16 桩长15 m，Z2、Z15 桩长19 m，Z3～Z14 桩长23 m）。Z5～Z12 桩顶高出一级坡平台2 m，以作为抵抗滑体桩顶越顶的安全储备，桩间设置C20 护面墙支挡[5]。

抗滑桩桩顶设置2 孔6 束预应力锚索， 孔径Φ150 mm，上排锚索长48 m，下排锚索长43 m，单孔设计拉力500 kN，锚固段进入（碎块状）强风化砂岩不小于12 m。滑坡治理平面、立面、典型断面设计如图6～8 所示。

图6 滑坡治理平面设计图

图7 滑坡治理立面设计图

图8 滑坡治理典型断面设计图

5.3 截排水工程措施

为减少坡面雨水下渗对滑体造成的危害，滑坡周界设置了树枝状截水沟，滑坡体设置平孔排水及时排出滑动面处水体，并汇入路基边沟，以减少雨水下渗软化坡体，确保滑体的稳定。

5.4 滑坡监测措施

利用既有的ZK1、ZK2 和ZK3 持续对该滑坡进行深层测斜监测，施工期应加密观测，特别是雨季期间要时刻关注边坡滑动情况， 加强地表位移观测，注意施工安全，同时还需密切关注以下2 个问题：（1）抗滑桩越顶破坏：计算结果显示潜在滑面1、2 可满足工况二的安全储备， 但鉴于地质条件的复杂性，在桩顶抬升2 m 的基础上，需持续观测深层测斜孔。 （2）坡体深层滑动：潜在滑面4 目前仍较稳定，但仍需通过深层测斜孔和坡面位移观测点持续监测D 匝道路堑稳定情况。

5.5 施工安全措施

施工单位应做详细、 严密的施工组织设计，做好安全应急措施，严格按照相关规范、规程，确保安全文明施工。 开挖过程必须采取必要的安全措施，桩坑开孔后须在桩坑锁口附近设置防护栏以防止人员坠落、高空落石等安全隐患发生，同时桩坑弃渣必须远离锁口，坑内必须采取措施保证照明和通风，并及时抽排坑内积水。 以监测指导施工，建立安全巡视制度，并及时向有关单位汇报，重点加强抗滑桩护壁变形观测，做好临时支护，建立临时应急措施及预防护加固方案，必要时还应建立应急抢险小组，确保施工安全。

6 结语

滑坡的成因复杂，影响因素多，相对应的处置措施宜因地制宜。 针对漳州云平高速公路坂仔互通D 匝道HK 改路山体滑坡， 业主单位第一时间立即召集各参建单位统一部署，通过对滑坡病害特征详细调查，充分分析了滑坡要素，并结合地质勘察报告、监测简报，推测滑动面的位置，并经过稳定性计算分析给出了相应的处置方案。 在滑坡整治过程中， 能做到密切结合监测数据实现信息化施工，在经历多次连续强降雨时参建各方能协力合作避免滑坡病害的扩散，最终监测数据表明滑坡治理措施是成功有效的。