渝湘高速公路ZK37地段堆积层滑坡的形成机制与治理

王 禹，高文涛

(1.湖北省电力勘测设计院，湖北武汉 430040;2.中国公路工程咨询集团有限公司，湖北武汉 430052)

1 工程概况

渝湘高速公路ZK37+180～ZK37+420段滑坡位于重庆市酉阳县与黔江区交界的黑水镇大涵村，面积约0.1 km2，高速公路路线从该段滑坡中前部通过。

原设计ZK37+180～ZK37+420段以挖方路基为主，中心挖方深度一般为0～6 m。其中左侧挖方边坡ZK37+180～ZK37+240范围内超过10 m，其边坡设计为台阶式，每级坡高为8 m，平台宽度为2 m，边坡坡率一般为1∶0.75 ～1∶1.00;第一、二级边坡均采用锚杆格子梁支护;ZK37+240～ZK37+420段左侧挖方高度一般为3～10 m，边坡坡率一般为1∶1.00，均采用预制框格填土绿化［1，2］。

该段路基开挖初期，其边坡整体稳定性良好，未出现变形开裂等迹象，在开挖后三个月内，适逢重庆地区多次出现暴雨天气，该区域并未发生大面积的滑坡，只出现了局部滑塌现象。后来在遭受百年一遇暴雨后，该段路基左右侧边坡及山体出现开裂变形，地面出现局部区域的隆起开裂，路线左侧的民房墙壁、地面也出现多处变形，随着时间的推移，变形继续加剧。

2 地质环境

2.1 区域地质构造

滑坡区大的地貌单元属构造剥蚀和构造溶蚀中低山地貌区，为梳状中低山区，高程在500～1 000 m。大地构造单元位于黔江凹褶束区，构造形迹总体走向北北东—北东向，构造部位位于咸丰背斜北西翼，受铜西向斜与广元盖向斜交汇部位翘起端的影响。区内地层主要为古生代的奥陶系(灰岩为主)、志留系(页岩为主)、二叠系(灰岩为主)地层，泥盆系局部可见，石炭系缺失。因此，志留系与二叠系间为不整合接触。受构造控制，区内常形成北北东向或南东东向的陡崖地形，陡崖下部的斜坡地带堆积有大量的灰岩崩塌大块石，斜坡稳定性较差。

2.2 水文地质条件

滑坡区地下水主要赋存于第四系松散堆积体中，基岩裂隙水不发育，大气降水为主要补给源。滑坡体下邻长青子河，地下水顺地势向长青子河排泄，中下部地下水位高。据勘察期间对钻孔地下水的观测，钻孔内不具统一水位，降雨(特别是暴雨)对滑坡体水位的动态影响大。由于滑坡体组成不均，中上部以块石土为主，而中下部则以粉质粘土为主，使得地下水易沿块石土中的孔隙下渗。据地下水及地表水试验资料显示，地下水、地表水对混凝土结构及混凝土结构中钢筋均具微腐蚀性。

2.3 滑坡物质组成及结构特征

滑坡主滑方向58°，平面形态呈“圈椅”状，后缘高程约782～785 m，前缘边界裂缝最低高程711.0 m，裂缝还在继续向前扩展;滑坡体构成的斜坡呈阶梯状，坡度变化较大，滑坡纵长250 m，横向平均宽约280 m，面积约0.1 km2，滑体厚度8～30 m，平均厚度15 m，体积约为135×104m3。滑床面形态横向上呈波浪形，纵向上呈折线形，滑床面倾角为:后缘59°～66°，中后部21°～26°，中前部4°～8°。滑坡体物质组成如下:

(1)滑体 滑坡体主要由第四系崩坡积层(Q4

col+dl)、第四系人工填土(Q4ml)组成，滑体厚度8～30 m，变化较大。总体呈前、后部较薄、中部厚，两侧较薄的特征。

(2)滑带(面) 滑体物质主要由灰岩块石夹粉质粘土组成，由于滑坡处于蠕滑变形阶段，滑带(面)特征不明显，在基岩面上分布有一层厚度0.8～6.5 m的灰褐色粘土(页岩全风化层)，是滑坡中后段的滑带土;根据实际剖面情况结合地面调查综合分析确定主要的滑面为土岩接触面，局部从土体中穿过，滑带土多为基岩面上灰褐色粘土及块石土中的软弱层带，滑面平面形态呈折线型。

(3)滑床 滑床面呈一折线形，滑床面坡度中前缘较缓(坡角 4°～8°)、中后缘较陡(坡角 21°～26°)，主要为志留系下统龙马溪群强风化页岩组成，岩层产状312°∠35°，局部滑床物质为第四系土体。

滑坡主要发生在堆积层中，滑体的形态主要受堆积床面(参见图1)的形态影响。由图可见，基岩面在拟建道路区及滑坡南侧有一浅沟，道路以西的斜坡上，基岩面总体平直。滑体厚度在中后部基本上成厚板状，滑面平直，而在前部，滑面由于受基岩凸起影响而反翘。

3 滑坡的成因及特点

3.1 滑坡成因

滑坡的形成，是由其地形地貌、地层岩性及水共同作用的结果，影响滑坡的主要因素如下［3］:

(1)崩塌体的存在为产生滑坡提供了物质基础。滑坡物质以厚度较大的块石土为主，其间充填粘性土或存在架空现象，为稳定性较差的岩土体。

(2)地形坡度条件为滑坡形成与位移提供了临空面，前缘斜坡具有良好的临空条件，为滑坡形成提供了空间条件，滑坡前后缘较大的高差为滑坡储备了较大的势能。

(3)由于滑体物质极为不均，几乎不存在连续的一个界面，地表水及土体孔隙水的运动，使中下部的土体长期处于饱水状态，并形成软弱面，其抗剪强度降低，是滑坡形成的重要条件。

(4)水的作用是滑坡形成的激发因素。由于2007年7月百年一遇的特大暴雨作用，雨水的下渗形成较大的渗透压力，降低滑面的抗剪强度，增加滑体的重量，为滑坡的最后形成起到关键作用。

(5)人类工程活动。渝湘公路在滑坡中前部开挖，对加速滑坡活动，减小斜坡的稳定性起了一定推动作用。

综上所述，滑坡变形受地形地貌、岩土结构和物质组成等因素控制;百年一遇暴雨起到重要诱发作用，工程建设在滑坡中前缘减载对滑坡活动起到推动作用。

3.2 滑坡特点

本滑坡关键性特征主要有以下几点:

(1)滑坡为覆盖层滑坡，滑体主要由块石土组成，结构松散，中下部土多呈软—可塑状。

(2)滑坡体下邻长青子河，中下部地下水位高，地下水较丰富，且地下水位除受天然降雨影响外，还受长青子河水位抬升影响，且滑坡中部分布有供应附近村民取水的泉眼。

(3)滑体厚度大，且厚度较大地段主要分布于路线附近。

(4)滑坡除沿基岩顶面滑动外，中部剪出也是滑坡体的主要破坏形式。

(5)滑坡规模大，在提供抗滑力的路基附近剩余下滑力大。

(6)滑坡体下伏基岩弱风化岩样饱和抗压强度只有2.70～4.31 MPa，属极软岩，且基岩遇水易软化泥化。

4 滑坡稳定性分析［4］

4.1 计算方法

根据滑坡的滑动面呈近似折线型，故采用传统的传递系数法对滑坡的稳定性进行计算分析。

4.2 滑坡岩土物理力学参数取值

由于滑坡物质主要为崩坡积堆积层，室内试验强度指标不能完全反映滑坡实际情况，但根据滑坡分两级滑动，且具分时序滑动的特点，考虑后缘裂缝尚未完全贯通，基本上处于极限状态，具备反分析条件，故主要依据室内试验资料结合剖面试算法综合取滑面抗剪强度参数，物性指标主要采用试验统计指标，物理力学参数则根据各断面反演成果差异取值。

4.3 稳定性计算成果

根据模型组合以及工况组合关系，根据控制性钻探资料，对滑坡典型断面(见图2)进行稳定性分析计算，1-1'断面因无第二级滑动，仅计算了4种组合，其余主要断面均有10种组合计算。同时，为了确定对滑坡稳定性构成影响的因素，选取了2-2'，3-3'断面恢复到开挖前进行前级滑动道路区剪出天然状态、暴雨状态的稳定性检算。分析计算成果见表1。

图2 滑坡防治工程布置平面图及计算剖面Fig.2 Planar graph and calculating profile of control engineering of landslide

表1 稳定性计算成果表Table 1 Calculation results of stability

5 滑坡段整治设计

对滑坡整体稳定性进行分析后，初步认为在滑坡段路基右侧靠近河边设置支挡措施具有可行性;但根据勘察报告提供的参数，在综合分析滑坡中部剪出可能性后可知，滑坡除可能在路基范围内及滑坡前缘基岩顶面剪出外，在标高710 m左右的土体也存在剪出的可能。本方案设计确定了采用清方结合支挡的方案进行综合整治的原则，由此提出了以下三个方案进行综合比选:第一方案——上部支挡中下部清方方案，第二方案——上部清方中下部支挡方案，第三方案——双排桩结合清方方案。经过对上述三个方案的综合分析后，最终推荐第三方案，具体工程措施［4，5］(见图 2和图3)如下。

5.1 地表及地下排水

截:滑坡边界设置环形封闭截水沟以拦截和旁引滑坡范围外的地表和地下水，使之不进人滑坡区。

排:于清方范围内每15～20 m设置一道垂直于路线方向的排水渗沟，平行于路线方向设置两道排水渗沟，排水渗沟尺寸均为100 cm×100 cm。泉眼处设置集水渗井，在清方过程中在地下水丰富地段设置排水渗井与排水渗沟连接。

堵:用隔水性较好的粘土材料填塞滑体上的裂缝，防止地表水渗入滑坡体内。

5.2 上部锚索抗滑桩加固

首先于滑坡体后缘ZK37+205～ZK37+345距离测设线118 m处设置锚索抗滑桩，抗滑桩口径为2.5 m ×3.5 m，桩长 25m，桩顶端设置 4 孔 6Φj15.24钢绞线预应力锚索，单孔锚索设计锚固力60 t，锚索长为25 m，为压力分散型锚索，设计锚固长度为10 m，锚固段全部位于弱风化基岩内。锚索抗滑桩设计抗滑力为260 t/m，桩身长轴走向为58°0'0″，要求桩身嵌入弱风化基岩的长度≥11 m。

5.3 中下部清方及部分抗滑桩加固

待锚索抗滑桩施工完毕后，自距离路基测设线118 m处由上至下，由中间向两侧清除部分滑坡体，清方完毕后于ZK37+200～ZK37+250段距离路基测设线外22.1 m处设置2.0 m×2.5 m长为20 m的暗埋式抗滑桩，桩间距5 m，本桩为嵌岩抗滑桩，设计抗滑力为90 t/m。于ZK37+250～ZK37+380段路基边沟外侧设置1.5 m×2.0 m长为11.5 m的暗埋式抗滑桩，本桩为非嵌岩桩，设计抗滑力为50 t/m。设置于路基附近桩体主要作用是防止整体稳定的滑坡体发生局部原弧剪切破坏，威胁高速公路安全。

图3 防治工程剖面布置图Fig.3 Layout drawing of profile of control engineering

6 结语

(1)地质勘察是设计的基础。在勘察过程中设计应与勘察及时沟通协商，是加快勘察及设计工作的有效手段。

(2)大中型滑坡由于分布范围广，各计算断面间滑动面空间形态、稳定性系数及剩余下滑力差别较大，如孤立各计算断面将造成设计方案杂乱无章，必须综合分析各计算断面，以保证设计方案的合理性。

(3)支挡位置的选择必须综合剩余下滑力、基岩(嵌固段)埋深、基岩(嵌固段)岩土体完整度、基岩(嵌固段)坡度、地下水情况等综合因素进行设计，不能单独只考虑个别因素进行设计。

(4)大中型滑坡在结构安全的前提下综合考虑环保与施工安全及经济等因素，如设计偏重环保则应尽量少清方，从而造成整治经济性较差且支挡结构安全性也差，如不考虑经济性则滑坡整治施工安全难以保证且不利于环保。故大中型滑坡一般需要采取综合整治方案进行，保证结构安全是贯穿设计的第一原则，然后还需重点考虑经济、环保、施工安全等多方面因素。

［1］中交第二公路勘察设计研究院.公路设计手册——路基［M］.北京:人民交通出版社，1996:137－161.

［2］JTGD30—2004，公路路基设计规范［S］.

［3］王恭先，徐峻龄，刘光代，等.滑坡学与滑坡防治技术［M］.北京:中国铁道出版社，2007:94－108.

［4］郑颖人，陈祖煜，王恭先，等.边坡与滑坡工程治理［M］.北京:人民交通出版社，2007:94－145，246－293.

［5］DZ/T0219—2006，滑坡防治工程设计与施工技术规程［S］.