宁武高速某滑坡勘察、成因分析及治理建议

■陈 明

（福建省交通规划设计院有限公司，福州 350004）

高边坡在施工开挖期间会导致坡体内部应力失去平衡，容易造成坡体开裂，如开挖方式不当则会造成更严重的工程事故。 而坡体开裂如不及时对坡体采用有效的治理措施，一旦在暴雨天气、地震等恶劣条件的影响下容易形成滑坡，对附近在建的项目及人民的生命财产会造成巨大损失，有的甚至可能造成毁灭性的灾难。 所以，研究滑坡的性质、成因及治理手段具有重要的意义。

本文结合宁武高速公路A7 合同段[1]周宁连接线滑坡的工程实例， 为了查明该滑坡的性质、成因，投入地质调绘、钻探、原位测试及室内试验等勘察手段，并通过稳定性分析计算，提出滑坡治理建议，最终通过有效的工程治理，达到边坡施工稳定的过程。

1 工程概况

滑坡区位于宁武高速公路A7 合同段周宁连接线桩号K0+600～K0+650 段北侧约100 m，坡体长度50.0 m，上边坡最大高度33 m，中心最大挖深18 m。原设计前缘为挡土墙加坡面二阶护坡，坡体处于施工阶段，挡土墙已做好。 目前坡面已开挖，并卸载部分土方，形成二阶坡角缓，三阶较陡的情况。

根据施工日志：2011 年6 月， 坡面发生轻微拉裂缝，之后坡体前缘、左侧陆续发生几次小规模的崩塌；2012 年春季，大雨持续10 多天后，坡体第一级裂缝进一步发生变形破坏， 最大张开距离约40 cm，坡体后缘下挫，形成高约2 m 的陡壁，裂缝长约10 m， 两侧坡面可见多处小规模拉张裂缝，严重威胁坡体下方在建公路的安全（图1）。

图1 工程地质平面图

2 工程地质条件

2.1 地形地貌、气候条件

场区属闽北丘陵地貌区，原始地貌上为山间凹地一侧山坡，海拔790～840 m，山坡坡度变化大，约15°～30°。 场区位于周宁县七步镇，属中亚热带季风气候， 冬长夏短， 雨量充沛， 年平均降水量约2069 mm，雨季为每年4-9 月，由于降水量在一年中的分配不均匀，因此各月干燥度差异也较大。 由于山地云雾多，而造成日照时间减少，最多年日照1 600 h 以上 （1963 年）， 最少年仅有1 338.7 h（1973 年）。 一年中的分布：以夏季日照较多，7 月和8 月的日照时数均在200 h 以上，春秋季日照较少，只有120 h。

2.2 地层分布及地质构造

2.2.1 地层分布

场区自上而下分布为： 第四系坡积粉质粘土（Qdl）、残积砂质粘性土（Qel）及下伏侏罗系南园组（J3n3）碎斑熔岩及其风化层。

坡积粉质粘土主要分布在施工开挖的坡面的上部，灰黄色，湿，可塑状，厚度2.0～5.4 m，主要以粘粉粒为主、粘性差，干强度一般，切面粗糙，含碎石15%～30%，呈次棱角状，粒径4～6 cm，较硬。

残积砂质粘性土主要分布在坡面的下部，褐黄色，稍湿，硬塑状，厚度2.3～6.1 m，干强度和韧性中等，含石英颗粒，为火成岩风化残积而成，以粘性土为主，遇水易软化。

下伏基岩及其风化层为南园组 （J3n3） 碎斑熔岩，灰色～灰青色，熔结结构，块状构造，岩芯呈块状夹短柱状，柱长10～20 cm，多见黑色浸染面，岩质较坚硬，其土风化层呈灰黄色，散体状，水浸易崩解；块状强风化层呈灰色、灰黄色，块径4～6 cm，棱角状，易碎。

按《岩土工程勘察规范》[2]对滑坡场地范围内布置6 个钻孔，为HP01～HP06，根据钻孔揭示的地层情况对平面图布置1-1’、2-2’、3-3’断面图进行分析， 1-1’断面可见滑动面位置，2-2’、3-3’断面为正常地层，具体地层分布情况见图2～4。

图2 1-1’断面图

2.2.2 地质构造

场地内未发现有活动性大型区域断裂，也未发现有场地构造发育，场地现状总体稳定。 根据国标《中国地震动参数区划图》（GB 18306-2015）[3]，基本地震动峰值加速度为0.05 g。 综合评定场区地震基本烈度为6 度，基本地震动加速度反应谱特征周期为0.40 s，为相对稳定区。

图3 2-2’断面图

图4 3-3’断面图

2.3 水文地质调查

勘察期间坡体左侧地表发育一处冲沟， 宽约50 cm，深20～50 cm，沟内未见水流，此外场区未见地表水体发育。 地下水主要为赋存于残坡积层和基岩风化层内的孔隙水裂隙水， 接受大气降水补给，向坡体前部地势较低处排泄。 勘察期间未见降雨，钻探后场区发生降雨，受其影响，钻孔内水位变幅较大，水位埋深5～15 m。 据现场水质分析报告，场区地下水对混凝土具微腐蚀性。

3 滑坡性质及成因分析

3.1 滑坡性质分析

滑坡区的岩土类型为第四系残坡积（Qdl-el）土及下部南园组（J3n3）碎斑熔岩及其风化层组成，滑坡物质以结构松散、抗风化能力及抗剪强度低的残坡积土为主，属于土质滑坡。 根据施工现场情况，边坡开挖后，坡面产生了第一级裂缝，未及时进行抗滑支护，经过了长期的发展，加上暴雨作用后，第一级裂缝加剧开裂变形并滑动后，上部坡体失去支撑造成后缘的第二次裂缝，表面呈阶梯状，且横向多见小规模张拉裂缝，参考《工程地质手册》[4]，该滑坡属于工程滑坡及牵引式滑坡，滑体以残坡积土及土状风化碎斑熔岩组成，滑坡体积约24×104m3，属于中型土质滑坡。

3.2 滑坡形成原因分析

滑坡的形成主要分为内因及外因，（1）内因分析：残坡积土自身稳定性差，土质松散，渗透性较好，饱水易散，与下伏基岩形成一定坡度的倾向坡面下部的土石界面，同时在坡体左侧前部发育一产状270～280°∠70°的平直结构面， 坡体左侧以此结构面为周界，结构面外部为碎块状～中等风化基岩，内部坡体为全风化～砂土状风化层。 坡体左侧地表发育一处冲沟，宽约50 cm，深20～50 cm，勘察期间无水，但坡体周界有汇水的趋势，分析冲沟与坡体存在水力联系，在长时间的暴雨情况下，雨量将会渗入坡体，由于受基岩面阻水能力强，水量从坡体前缘流出，测得流量0.1～0.15 L/s，同时造成坡体土层饱水，自重增加，内聚力及内摩擦角降低。 （2）外因分析：坡体下部原始地面高程约794 m，开挖路面后高程约774 m，开挖深度达20 m。 坡体土层上部较薄，5～8 m；下部较厚，约16 m。 开挖造成了坡体下部覆盖层被深挖，前缘形成高陡临空面，打破了原应力平衡状态，在第一级裂缝产生后未及时进行支护，坡脚部位挡墙支撑能力差，坡体内应力得到释放，下部滑塌牵引上部坡体，造成坡体沿土、岩接触面蠕动失稳，在连续暴雨天气的作用下逐渐形成工程牵引式土质滑坡。

综合分析，在自身土体物理力学性质差的基础上，前缘开挖造成高陡临空面，在挡墙未起到支撑作用，坡面出现初级裂缝的情况下未及时进行抗滑支护， 裂缝进一步开裂牵引上部坡体继续开裂，受暴雨持续冲刷后，一系列的不利因素综合作用下最终造成的滑坡的形成。 滑坡全貌见图5。

图5 滑坡全貌

4 滑坡稳定性分析

4.1 滑坡参数选取

根据现场取样进行室内土工试验成果，对残坡积土层采取原状样进行直接剪切、饱和剪切，对全风化-砂土状风化层进行残余剪切试验， 结合地区经验，综合考虑了两种工况下的参数取值。 (1)天然工况：滑动带土层天然密度取17 kN/m3，抗剪强度根据直接剪切试验成果取C=15 kPa， 内摩擦角=20°。(2)暴雨工况：滑动带土层饱和密度取19 kN/m3，抗剪强度根据直接饱和试验、 残余剪切试验成果取C=11.5 kPa，内摩擦角=13.5°。

4.2 分析计算

针对1-1’、2-2’、3-3’断面，利用GEO-SLOPE软件对滑坡体及正常地层按现场两种工况进行稳定性计算，计算结果见表1。

表1 滑坡稳定性计算结果

根据计算结果，2-2’、 3-3’断面在天然状态及暴雨工况下均可以达到自稳， 但是近乎临界状态，说明土体自身物理力学性质较差。而1-1’断面在天然状态下也能达到自稳， 但在暴雨工况+前缘开挖条件下稳定性明显下降， 在坡面出现初级裂缝后，暴雨的冲刷加剧了裂缝的扩张，形成了滑动面的雨水输送通道，使滑坡体自重增加，而抗剪强度的降低，造成裂缝进一步扩大，牵引上部坡体继续开裂，最终形成滑坡。

5 治理建议及措施验证

根据以上对滑坡的性质及成因分析，对其治理便有了针对性，建议采用减重反压、抗滑加固及排水处理的治理方案。

5.1 减重反压

由于滑坡规模较大，直接清除滑塌体工程量太大，应对滑塌体上部松土进行局部清理后采取削方放坡处理，减轻滑塌体对坡面的堆积荷载。 在滑坡前缘坡脚处堆填土石加重，设置抗滑挡土墙，并验算岩体是否还有有反压体底部剪出的可能。

5.2 抗滑加固

根据勘察钻孔揭示滑动面位置，结合地质调绘发现坡体左侧的不利结构面， 基本属于土+岩组合结构，利用下部坚硬岩床采用抗滑桩或预应力锚索框架对滑坡体进行抗滑支护，以切断下部滑塌部分对上部坡体的牵引，并对上部坡体提供支撑，抗滑桩嵌固段应嵌入滑床中，加大抗滑力。

5.3 排水处理

5.3.1 地表水处理

坡面地表水不发育， 但坡体左侧见一冲沟，在雨季下容易与下部形成流水通道，应设置截、排水沟，并对坡面进行防渗处理，将地表水隔绝在坡面，不能进入坡体。

5.3.2 地下水处理

钻探揭示地下水位12～29 m， 高程约785.92～824.75 m，与滑动面高程接近，由于滑体土质疏松，渗透性强，地下水主要受坡面渗水而成，对坡面进行防渗处理后可以减少地下水的输送，同时设置盲沟或平洞对地下水进行疏干、排解。

5.4 治理措施稳定系数验证

结合治理措施对滑坡体下部采用抗滑桩、坡面采用预应力锚索框架， 并对滑坡体进行排水处理。由于滑坡治理期间，需要保证滑坡的稳定，故在滑坡前缘坡脚增设了反压体，在治理结束后再进行拆除，通过反算各指标，计算滑坡稳定系数结果：地质断面1-1’， 位置为滑动面， 治理前稳定系数KS为0.976，反压后的稳定系数KS为1.18，治理后稳定系数KS为1.250。

根据计算结果，通过反压后验算稳定系数达到1.1 以上，没有反压体底部还有剪出的可能，可满足施工治理要求。 采用治理措施，待防护措施完成后，拆除反压体后的滑坡的稳定系数也达到1.2 以上，满足施工稳定性要求，说明该滑坡的治理措施是有效、可靠的，同时应继续加强对治理后的滑坡体进行位移变形监测，保证该滑坡治理措施的可行性及有效性。

6 结论

宁武高速公路A7 合同段周宁连接线滑坡属于工程上常见的施工期滑坡，严重影响了现场人员安全及施工进度。 在本项目的勘察工作中，采用了地质调绘、钻探、原位测试及室内试验等勘察手段，并分析了滑坡的性质、成因，通过必要的分析计算，提出合理的治理方案，最后通过有效的治理达到边坡施工稳定的过程。 由此可得出以下几点结论：

（1）该滑坡的性质是工程滑坡及牵引式滑坡，滑体以残坡积土及土状风化碎斑熔岩组成，滑坡体积约24×104m3，属于中型土质滑坡。

（2）滑坡的成因是在土体自身物理力学性质差的基础上，前缘开挖造成高陡临空面，在出现初级裂缝的情况下未及时进行防护，裂缝进一步开裂牵引上部坡体继续开裂，受暴雨持续冲刷后，一系列的不利因素最终造成滑坡的形成。

（3）结合该滑坡的特性对其进行治理，采用减重反压、抗滑加固及排水处理的治理方案，并对治理后的坡体进行位移变形监测。

（4）建议今后工程上对施工期产生的边坡裂缝应提高关注，由于裂缝往往会受到内外因素影响继续生长，如果对其继续过度开挖，在暴雨等天气影响下会导致坡体内部应力溃散失衡，裂缝进一步加大，最终形成滑坡等工程事故，故应重视边坡裂缝的排查工作，使边坡加固工程有效进行。