省道S308将乐县梅花至玉华段边坡水毁病害分析与治理

蒋威

（中科博通工程设计建设有限公司，福建福州 350001）

0 引言

福建省以台地、低山和丘陵等地形为主，山谷交错纵横，连绵起伏，地质构造活动强烈，尤其是三明地区的岩质成分较为复杂，山谷以泥岩、粉砂岩和碳酸盐岩等岩层为主，天然陡坡较为发育，岩层厚度较大，季节性降水充沛。岩层在开挖期间如果遇到强降雨天气，伴随着雨水的不断渗透和浸泡，泥岩和粉砂岩等岩体很容易出现吸水软化和膨胀现象，导致岩层抗滑强度骤降，一旦遇到顺层岩层，则泡水的岩层很容易出现顺层滑坡现象。受规划和地形等方面的限制，在山区公路建设中，单侧路堑边坡越来越多，而山区地质条件复杂多变，一旦出现持续强降雨或者大暴雨，很容易出现边坡水毁失稳滑塌现象。因此，本文以省道S308(纵七线）将乐县梅花至玉华K2+930—K3+020 段公路边坡滑坡治理为例，详细剖析病害产生的原因，并提出对应的治理方案，以取得良好的公路边坡滑坡治理效果。

1 工程概况

省道S308(纵七线)将乐县梅花至玉华段公路的起点顺接于省道204 线K241+703.94 处，位于将乐县古镛镇下村，终点在省道204 线K248+208.18 处。其中，K2+930—K3+020 段边坡设计最高为23m，高为3 级，第1～第3 坡率分别为1∶0.75、1∶0.75、1∶1.0，边坡支护方式为拱形骨架植灌防护。为了保证边坡的稳定性，加固边坡为刷坡方案，第1～第3 级刷坡坡率分别为1∶1.0、1∶1.0、1∶1.2，并将3m 宽平台设置在第1、第2 级边坡上。当边坡基本刷坡到位时，刚好遭遇雨季，在连续数日的强降水影响下，该边坡发生了水毁病害。在K2+960—K2+980 段第1～第3 级中间坡面出现塌方（见图1），第3 级边坡塌陷厚度已达2～3m，第1 级边坡发现一处顺隙裂缝，裂缝宽度5～10cm，且有继续扩展的趋势（见图2），边坡顶部约10m 处有高压电铁塔，边坡如无法止住塌陷，则可能导致塔毁断电等重大事故。

图1 边坡塌方图

图2 边坡顺隙裂缝图

2 地形和地质条件

2.1 地形地貌

该公路地处武夷山区,地势呈西北高东南低,海拔为400～700m，全区属中低山地貌,山脉走向以北西向为主,植被茂盛，区内水系发育,金溪及其支流遍布全区,构成网络状密集水系,河床切割剧烈。

2.2 地质条件

场地内的地层从上到下依次钻探揭露如下：一是粉质黏土，呈可塑状态，饱和，主要成分为黏粉粒，土红色，韧性中等，干强度中等，无摇振反应，稍有光泽，局部混有砾石，粒径为10～23mm。该土层力学强度一般，属于中压缩性土，工程地质性能一般，层厚为4.80～7.70m。二是含泥碎石，主要成分为砂岩，土红色，碎石呈棱角状，主要粒径为20～80mm，个别为115～130mm，碎石含量约占60%～80%，泥质主要为黏性土，该层力学强度一般，属于中压缩性土，工程地质性能一般，层厚为3.10～5.80m。三是粉砂岩残积黏性土，呈可塑-硬塑状态，饱和，浅紫色，矿物成分基本已经风化成黏土状，组织结构全部被破坏殆尽，韧性中等，干强度中等，无摇振反应，稍有光泽，局部混有粉砂岩强风化碎块，碎块含量约为5%。该层力学强度一般，属于中压缩性土，工程地质性能一般，层厚为9.70～11.70m。四是砂土状强风化粉砂岩，属于极软岩，岩芯呈坚硬的黏性土状，灰黄色，岩体极破碎，局部混有碎块状强风化粉砂岩，数量较少，约占2% 左右，该地层组织结构大部分破坏，力学强度较高，属于低压缩性土，工程地质性能较高，质量等级为V 级，层厚为6.50～20.10m。

3 病害产生原因分析

导致边坡出现滑坡病害的主要因素有地层地质条件、边坡开挖和气候影响等。

3.1 地层地质条件

边坡地层表面覆盖粉质黏土和粉砂岩残积黏性土，同时夹杂含泥碎石，下伏砂土状强风化粉砂岩，边坡上陡下缓，含泥碎石开挖后容易出现滑塌现象。表层粉质黏土层为高液限土，吸水后强度骤降[1]，失水则容易出现收缩开裂现象，且边坡存在顺隙裂缝，地表水下渗到坡面进入裂缝，从而向整个坡体渗透和掏蚀，致使裂缝所在的坡体被软化成为滑动面。

3.2 边坡开挖

一方面，边坡开挖和坡率修整会破坏原有的应力平衡状态，在坡脚位置形成临空面，致使边坡坡体的前缘支撑被大幅度削弱，刷坡后边坡容易出现裂缝，为地表水的渗透提供了便利的通道，导致渗透坡体成为软弱带[2]，从而打破坡体的受力平衡，极大地影响边坡的稳定性。另一方面，在刷坡过程中，施工人员未严格按照工艺流程进行施工，且当雨季来临时，在坡顶沿边坡线未及时设置排水沟对山体汇水进行截流，坡体也未使用彩条布进行遮盖，导致坡面积水，边坡土体进一步软化。

3.3 气候影响

连续的强降雨是诱发边坡滑坡的主要因素。边坡位于丘陵地貌区山坳下部，所处地形相对较为缓和，连续强降雨不断对坡体进行冲刷和软化，致使坡体的裂隙进一步扩展，而坡体内的水分又无法及时排出，同时，降雨致使地下水位短时间内迅速升高，在孔隙水压力的循环交替作用下[3]，坡面上的裂缝得以渐进性扩展，进而导致坡面形成滑坡体。边坡坡面上的岩体因雨水渗透呈饱和软化状态，边坡抗滑力急剧下降，随着岩体吸水自重不断增加，最终沿着滑动面形成滑坡。

4 边坡稳定性分析

4.1 定性分析

对现场边坡滑塌情况进行分析可知，坡体在临空面挤压变形，顺滑塌边界线呈贯通下滑状态，裂缝宽度有扩展趋势，坡体后方有约1.9m 下错量。经测算得知该边坡稳定系数为0.979，而根据《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）[4]，公路等级为二级公路的，在正常工况下与非正常工况下的边坡稳定系数分别为1.15～1.25 和1.05～1.15，因此，根据目前的边坡变形状态分析得出如下结论：K2+930—K3+020 段左侧边坡判定为处于不稳定状态。

4.2 定量分析

该工程采用岩土分析软件Geo-Slope 对K2+990 处断面边坡稳定性进行计算，计算方法采用刚体极限平衡方法[5]。根据地勘报告中地层相关参数和主滑面当前状态，反算出主滑面岩土层强度指标（见表1），再结合土体力学参数可以推算出滑坡推力和边坡稳定系数[6]，从而进一步计算出路堑所需的抗滑力，并确定预应力锚索的轴力。在Geo-Slope 软件中进行边坡稳定性模拟，经过计算可知加固前边坡稳定系数为0.979，边坡稳定性较差。根据边坡目前的不稳定状态反算出边坡的岩土层相关参数，按照正常工况进行验算，计算得知稳定系数为1.185，满足设计规范要求。

表1 主滑面岩土层强度指标

5 滑坡病害治理

5.1 治理方案确定

出于边坡滑塌范围较大、坡顶高陡、坡体地层风化不均匀以及治理造价、边坡稳定性和施工工期等方面的考量，遵守减载、强腰和固脚等设计理念，坚持减载和防护相结合的治理方阵，决定采用刷坡放缓结合坡面锚固的治理方案，如下：一是对滑坡体进行刷坡卸载，第1～第3 级刷坡坡率分别为1∶1.0、1∶1.0和1∶1.25；二是第1 级边坡设置8m 高C20 片石混凝土挡墙；三是第2 级K2+940—K3+012 段边坡采用预应力锚索框架进行加固；四是第3 级边坡采用小导管注浆结合坡面植草绿化防护。典型断面滑坡治理方案如图3 所示。

图3 典型断面滑坡治理方案

5.2 坡体加固

第1 级边坡采用片石混凝土挡墙作为坡脚支挡，挡墙高度为8m，墙底宽为2.952m，墙顶宽为2.5m，地下埋深为1.8m，地面以上为6.2m。第2 级边坡采用宽为6m 和高为8m 的锚索框架进行加固，框架嵌入坡面35cm，外露25cm，钢绞线直径为15.24mm，锚索设置2 排，第1 排长度为22m，第1 排长度为30m，锚固长度为12m，锚索选用压力分散型锚索，锚孔直径为130mm，4 根锚索分为2 个单位，设计轴力为350kN。为了防止雨水冲刷坡面土体导致水土流失，在坡面上进行喷播植草。第3 级边坡坡面上打入4 排注浆小导管，导管选用外径为50mm 的无缝钢管，导管打入坡面深度为8m，导管布设间距为2.0m×2.0m，浆液采用纯水泥浆，水灰比为1.0∶0.5，注浆压力为0.5～1.0MPa，坡面采用拱形骨架植草进行防护，以避免坡面出现风化现象，增强坡体的稳定性。

5.3 排水设计

排水在边坡治理工程中占据重要地位，在刷坡前应做好坡顶截流排水沟。平台宽度为2.0m，平台边沿设置排水沟和宽度为1.0m 的急流槽，排水沟与截流排水沟应保持连通状态，所有地表水均应汇入路基排水系统。在片石挡墙上设置直径为7.5mm 的PVC排水孔，呈“品”字形交错布置，间距为2.0m×2.0m，向外倾斜4%，让挡墙后坡体内的地下水能够顺利排出。拱形骨架则设置3 道“人”字形排水槽，槽宽为0.8m，让坡面上积水及时排入平台排水沟。

6 结语

为了更好地收集和分析滑坡动态变化趋势，本文对边坡稳定性进行了评价，在K2+970 处距离坡顶5～10m 位置设置1 个深层位移监测孔，在第2 级边坡上设置3 个锚索预应力监测孔，每周观测1 次。根据监测数据可知，边坡未出现明显位移，锚索预应力未出现明显损失，滑坡体趋于稳定；工程竣工后经历了数次极端大暴雨，边坡未出现明显裂缝和滑移现象，滑坡病害治理效果显著。