临吉高速公路东团滑坡工程地质勘察与处治

李宏涛

（山西省交通规划勘察设计院，山西 太原 030012）

东团滑坡位于临吉高速公路K220+680—K220+950段东团煤矿南侧，路线以半填半挖形式从滑坡前缘通过，左幅为高边坡，最大边坡高度34.6 m，其中K220+680—K220+780属东团大桥一段。施工期间，边坡开挖过程中，左侧山坡地表出现多处裂缝，裂缝最大宽度 20 cm，K220+750—K220+780段左侧路基边坡上出现剪出面，剪出长度20～30 cm。对高速公路路基及东团大桥的安全造成威胁，必须进行勘察处治。

1 滑坡区工程地质条件

1.1 地形、地貌

滑坡区位于鄂河以南的山前斜坡地带，东西两侧为冲沟，地表高低不平，总体向鄂河方向倾斜，地面坡度8°～15°。海拔高程1106.0～1174.0 m，相对高差68.0 m。

1.2 地层岩性

东团滑坡经地质调绘及钻探揭示，按地层岩性划分为3个区段，分述如下：

a）滑坡区 K220+680—K220+740段，主要由坡积碎石土含块石组成，碎石岩性为砂泥岩碎块，分选差，棱角状，结构疏松，坡脚附近夹有2.6～5.0 m厚的硬塑-可塑黏性土。

b）滑坡区K220+740—K220+870段，主要由二叠系强-弱风化砂泥岩组成，滑体地表为第四系黄土。强风化岩体厚度15 m左右，节理裂隙发育，岩体破碎，岩芯呈碎块状，且岩层视倾向与左边坡坡向一致。

c）滑坡区K220+870—K220+960段，岩性为第四系黄土夹含碎石，黄土呈硬塑状态。在路基设计标高以下为二叠系强风化砂泥岩，呈块碎石状，砂泥岩夹有黏性较大的棕红色粉质黏土，厚度不等，约为0.5～1.5 m，切面较光滑。

1.3 水文地质

根据施工开挖的边坡断面，未见有地下水出露，但该路段详勘阶段在K220+718处有泉水流出，标高1111.7 m，位于边坡坡脚附近，流量随季节变化。在K220+835左20 m的探坑中有地下水，24 h水深约0.3 m，其余探坑中均未见地下水，说明滑体中地下水呈脉状分布。经多次勘测，滑坡勘探断面水位埋深在18.0～44.7 m之间。

2 滑坡地质勘察概况

为了详细查明该滑坡地形地貌、地质条件、性质、成因类型、规模等，分析评价滑坡稳定状况、发展趋势和对公路工程的危害程度，采取有效措施，保证路基及桥梁施工和运营安全，滑坡勘察制定了详细的勘察方案和技术要求[1]。

2.1 勘察技术要求

滑坡勘察要求采用地质调绘、挖探、钻探等进行综合勘探。勘察期间，通过多次现场地质调绘，首先确定滑坡周界，布设测量断面，在此基础上根据滑坡的类型、规模、复杂程度，结合路线工程类型及整治工程设计确定勘探点的数量、位置和深度。由于地形复杂，钻孔就位异常困难，所有钻孔均按技术性钻孔实施，孔深钻至稳定地层以下大于10 m。滑体上部的黄土及坡积物采用干法钻进，严重塌孔时采取跟管护壁或泥浆护壁，在滑带及其上下5 m采用双管单动钻进。钻孔验收后对不需保留的钻孔用水泥沙浆封孔处理。

2.2 勘察工作量

东团滑坡勘察共完成断面测量9条，布置主轴勘探线3条，间距80～90 m，布设完成钻孔5个，孔间距 60～70 m，深度 40.0～47.8 m，总进尺 177.84 m；布设探坑5个，深度0.5～3.5 m，总进尺13.5 m；利用详勘阶段桥梁及路基勘察钻孔4个，孔深25.4～50.0 m，总进尺133.1 m。滑坡的平面周界及勘探点布设如图1所示。

图1 东团滑坡工程地质勘察平面示意图

3 滑坡形态特征、性质及成因

滑坡平面形态呈扇形，滑体主轴长176 m，横宽约 260 m，滑体厚度 18～32 m，滑体体积约114.4万m3，属大型滑坡，滑动方向350°，与路线走向近垂直。

调查发现滑坡地表裂缝为由下向上发展的张裂缝，下宽上窄，呈断续分布未贯通，多数裂缝垂直位移不明显，仅可看到轻微的错距。滑坡主轴部位（A-A’断面）地表上凸，呈脊形地貌。主轴前缘挖方边坡上可看到明显的滑动面，滑动面沿路线走向剪出宽度20 m左右。根据地表观测，裂缝仍在增加，滑坡处于蠕动挤压阶段，属牵引式滑坡。

由于山坡体中夹有风化泥岩及黏性土，在水的作用下易软化，强度降低，形成软弱夹层，且岩层视倾向与左边坡坡向一致。路堑开挖后形成十多米高的临空，破坏了山体的平衡条件，引起山坡滑动。

4 滑坡推力计算及治理方案

4.1 计算依据

滑坡稳定性分析应采用工程类比法和力学计算相结合的方法。东团滑坡推力计算采用传递系数法，利用折线形滑面稳定安全系数（Fs）计算公式，计算滑坡体的稳定安全系数见公式（1）及剩余推力见公式（2）[2]。

4.1.1 稳定安全系数计算公式

式中：Wi为第 i条块的重量，kN/m；αi为第 i条块滑面倾角，（°）；φi为第 i条块内摩擦角，（°）；Ci为第i条块内聚力，kPa；Li为第 i条块滑面长度，m；ψj为第i-1块段的剩余下滑力传递至第i块段时的传递系数（j=i），即：

4.1.2 剩余推力计算公式

式中：Fs为滑坡稳定安全系数，不考虑地震时，高速公路取1.2～1.30，分别计算；项目区为Ⅶ度地震烈度区，需考虑地震。其余符号意义同稳定系数计算公式（1）。

对于土石类滑坡的滑带土参数选定，主要考虑到泥岩滑带土的滑面较为稳定，滑带土抗剪强度指标中的φ值一般相对较为稳定，残余值较为稳定，计算中首先假定φ值并反算c值；对于黏性土滑坡则主要考虑到黏性土的c值相对较为稳定，计算中首先假定c值并反算φ值。在选定了各类滑坡滑带土的综合c、φ值之后，通过主轴断面上计算各个滑块的剩余下滑力。

4.2 计算成果

由于东团滑坡滑体各处滑面位置及岩性条件不一致，推力计算在选择有代表性的A-A’、B-B’、CC’三条主轴断面上进行，如图2所示。滑坡参数的取值主要考虑3个因素，包括滑带土的岩性、天然状态、当前及历史的稳定性等。滑坡计算中，对于土石滑坡与黏性土滑坡分类对待，滑坡计算参数的选取主要通过反算、结合经验值与试验值综合进行分析，最终选取较为符合实际的滑带土的综合c、φ值。

图2 东团滑坡工程地质主轴断面示意图

根据滑坡施工期间的稳定状态，在滑面为泥岩及黏性土的情况下，采用稳定系数K=0.98～1.0，在假设c值的情况下，用反算法计算出φ值。通过多次验算并结合试验指标确定各断面推力计算的c、φ值。

采用传递系数法计算滑坡推力，边坡处于天然状态下的正常状况时分别选取安全系数Fs为1.2、1.25、1.3；本项目位于Ⅶ度带内，边坡处于地震荷载作用状态下的非正常工况时分别取安全系数Fs为1.1、1.15、1.2。计算结果见表 1、表 2。

表1 正常工况下滑坡推力计算表

表2 地震工况下滑坡推力计算表

4.3 滑坡稳定性分析与评价

经详细勘察计算，分析评价东团滑坡施工期间处于蠕动挤压阶段，地表裂缝数量和规模还在不断增加，已具备滑动潜在的物质条件和外部因素，如果不加防范，将造成滑坡剧烈滑动。

4.4 治理方案

根据详细的工程地质勘察成果，东团滑坡采用支挡工程为主，配合地表排水的综合治理措施，并变更部分工程类型。

4.4.1 支挡工程

a）K220+740—K220+960段，在滑坡前缘边坡上布置一排抗滑桩，桩长至设计标高以下。为保证施工安全，采用间隔开挖，开挖过程中及时支护。

b）K220+680—K220+740段，边坡未发现明显的剪出口，但由于该段边坡主要由坡积碎石土含块石组成，结构疏松，边坡易滑塌。该段采用挡墙处治并做好坡面防护。

4.4.2 排水

在滑体地表设置树枝状排水沟。对地表裂缝用黏土回填夯实，防止地表水下渗。对地下水采取排水孔引出滑坡体外。

4.4.3 变更工程类型

施工图设计阶段，东团滑坡前缘的K220+680—K220+780段工程类型为东团大桥的一段，K220+780—K220+950段工程类型为半填半挖路基。滑坡勘察处治期间，东团大桥还未开始施工。在满足东团大桥设计要求下，为降低运营期间的安全风险，将东团大桥桥长缩短，位于东团滑坡前缘的此段桥梁改为路基工程。

5 结语

通过对东团滑坡详细的工程地质勘察和评价，查明了其滑动面的位置、范围、形态、规模，控制了滑体厚度、滑面深度，对其稳定性进行了定性、定量评价，为其工程处治设计提供了地质依据。并提出了处治建议，施工阶段进行了动态设计和信息化施工。东团滑坡处治完成后，监测显示目前坡体处于安全稳定状态，保证了高速公路的正常运营，取得了较好的经济效益和社会效益。