昔格达地层填方路堤滑坡分析与防治

2018-07-10成永刚王红兵王寒罡许健

地质灾害与环境保护 2018年2期

成永刚，王红兵，王寒罡，许健

(1.四川公路工程咨询监理公司，成都 610041；2.兰州交通大学，兰州 730070；3.四川省交通运输厅交通勘察设计研究院，成都 610017)

昔格达地层是主要分布于我国四川省攀西地区的一套半成岩，由形成于第三系晚期和第四系早期的灰黑色、灰绿色、土黄色黏土岩、泥质粉砂岩和粉砂岩构成，层理多呈水平状。但在水动力和同生变形构造作用下，局部地区的昔格达地层也发育原生交错层理和滑塌构造和角度不整合构造，有时在后期地质构造作用下，也会形成倾斜层理面。

自常隆庆1938年对攀西地区昔格达地层进行地质调查研究至今，袁复礼、王吉贵、张云湘、罗运利、刘东生、蒋复礼、徐则民等人对昔格达地层的形成时间、成因、性质等进行了研究。指出昔格达地层形成于第三系晚期和第四系早期，是主要以湖相沉积为主的半成岩[1]。彭盛恩认为昔格达岩土体抗渗透变形较好而可作筑坝材料[2]；刘惠军等对昔格达地层的分布范围和工程性质进行了研究[3]；聂德新认为昔格达岩土体经过适当的工程措施后可用作路堤填料[4]；周云金认为昔格达地层成岩程度低，富含粘土颗粒及黏土矿物，易风化、遇水软化、脱水崩解，是典型的易滑地层[5]。

昔格达地层作为一种工程性质较差的岩土体，给公路挖方路堑和填方路堤边坡的稳定性带来了很大的安全隐患。如途经该区的攀田、西攀、丽攀、雅西、攀大等高速公路，在工程施工期间，由于边坡失稳或滑坡造成了高昂工程治理费用；在营运期间，边坡与滑坡病害仍常常威胁着公路的安全，几乎每年都要进行专项整治，造成巨大的人力、物力浪费和不良的社会影响。

昔格达地层填方路堤作为人类对自然的改造工程，路堤滑坡是属于典型的工程滑坡，其稳定性受控于自然条件与人为因素[6]。它与自然坡度、地层性质、地表水和地下水，以及填料性质、路堤高度、排水和支挡工程措施、施工质量等密切相关。对滑坡产生的地质因素、人为因素和社会影响等进行综合分析，是昔格达地层填方路堤滑坡合理治理的灵魂和关键。

1 昔格达地层填方路堤滑坡的成因

昔格达地层填方路堤滑坡的成因，主要包括以下6类情况(如图1)。

(1) 路堤下伏昔格达地层地下水位较高，造成昔格达地层性质软弱，在上部路堤重力作用下发生剪切变形而形成滑坡，见图1(a)。

(2) 路堤所在昔格达地层自然斜坡较陡，填方体底面与自然斜坡之间的抗剪力不能有效平衡路堤的下滑力，甚至带动下部一定厚度的昔格达地层发生滑动，见图1(b)。

(3) 路堤后部未能有效截排坡后地表水和地下水，使路堤在静水压力、动水压力和填土力学指标降低等综合作用下形成滑坡，尤其是采用昔格达填料的路堤，其水稳性更为敏感。见图1(c)。

(4) 路堤填料压实度不足，造成路堤填土内部粘聚力和内摩擦角较低，无法平衡填方体在重力作用下的潜在下滑力而形成滑坡，见图1(d)。

(5) 昔格达地层承载力较低，设计失误造成支挡工程锚固力不足而引发路堤滑坡，见图1(e)。

(6) 选线失误造成填方路堤位于老滑坡等不良地质体的后部形成加载而诱发老滑坡复活，从而牵引后部路堤发生滑坡，见图1(f)。

由于路堤填方的“快速”成型，造成路堤影响区内的应力场和渗流场发生了较大的调整，因此，在工程施工期间或工后一年左右的时段内，以上6类的路堤滑坡或组合式的路堤滑坡比较常见。而在工后两年以上的运营时段，由于路堤影响区内的应力场和渗流场达到了新的相对平衡，若没有地震造成的应力场和暴雨造成的渗流场快速调整，则路堤的稳定性是能满足公路正常的使用安全要求的。反之，若地震造成的应力场和暴雨造成的渗流场快速调整超过了坡体“应力场”的自我调节能力而失去平衡，则往往会造成路堤填方滑坡的发生。如2016年9月18日，攀枝花地区降雨量超过历史极值1.1倍，特大暴雨造成区内攀田、西攀、丽攀、攀大等多条高速公路近百处昔格达地层路基发生沉降、溜滑、滑塌、滑坡、泥石流等病害。

图1 昔格达地层填方路堤滑坡的成因

2 典型昔格达地层填方路堤滑坡分析与防治

西攀高速公路新增盐边互通B匝道路堤位于距攀枝花42 km 的金沙江左岸台地与斜坡过渡带。见图2。匝道后部的原高速公路主线以半填半挖形式通过，其路堤边坡高约6.0～8.0 m。与滑区紧邻的攀枝花侧原高速公路主线填方路堤边坡高度约15.0 m，曾于2007年工程施工期间发生路堤滑坡而采用抗滑桩支挡。

新增B匝道填方路堤边坡最大高度约18.0 m，采用普通填料以1∶1.5～1∶1.75的坡率进行填筑。2016年9月18日，攀枝花地区降雨量达到305.1 mm，超过历史极大值1.1倍，使基本成型的新增B匝道路堤发生大面积滑坡变形，且处于不断的加速发展变形过程中。形成的弧状滑坡后壁高约4.0 m、长约130.0 m，并造成西攀高速公路既有主线左幅路基拉裂而封道，滑坡后缘距路基中线约12.0 m。前缘台地出现多条高约1.0～2.0 m、长约10.0～50.0 m的鼓胀隆起和放射状裂缝，路堤坡脚发生多处地下水涌流，出水量达65.7 m3/d，坡体积约18.2×104m3，严重威胁滑坡前部、高差达150.0 m左右的省道S310和民居的安全。滑坡见图3和图4。

2.1 滑坡区地质环境

(1) 区内以大面积侵入的晋宁期(δO2)石英闪长岩为基座，并在路堤前缘的台地部位形成“碗状”形态，后期第三系上新统(N2X)昔格达地层与其不整合接触。在后期风化等作用下，在台地 “碗状”部位形成了较厚的昔格达残坡积层。

(2) 区内昔格达地层产状为155°∠5°，顺倾于线路方向。线路后部斜坡部位的昔格达地层呈强-中风化，并存在局部滑塌现象。线路前部以强-中风化石英闪长岩为基底的“碗状”台地平台部位地下水丰富，以昔格达为母体形成厚度较大的可塑-硬塑状粉质黏土和全风化昔格达地层。

(3) 路基后部坡体汇水面积大，使地表水沿着倾向线路的斜坡地形和季节性冲沟，地下水依附于顺倾、裂隙发育的昔格达地层，共同向线路方向汇流。而路堤前缘的台地平台地形上相对较低，加之下伏石英闪长岩的隔水作用，造成滑区地下水相当丰富，且在作为蔬菜基地的台地平台“碗状”部位多有鱼塘分布、水池和泉水出露。

1.人工填筑层；2.石英闪长岩；3.剖面线；4.泉点；5.坡残积层；6.滑坡边界及滑动方向；7.钻孔；8.裂缝；9.昔格达组；10.岩层产状；11.探槽；12.水池图2 滑坡治理工程平面图

图3 滑坡全貌

图4 滑坡前缘鱼塘和膨胀裂缝

(4) 西攀高速公路主线位于自然坡度为5°～15°的台地向斜坡过渡地带后部较缓部位，路堤边坡高为6.0～8.0 m已正常使用约8 a。新增互通B匝道路堤紧邻西攀高速公路主线填筑，位于台地向斜坡过渡地带前部较陡部位和台地平台部位，路堤边坡高为18.0 m左右，采用碎块石土填筑。

2.2 路堤滑坡成因分析

(1) 滑区昔格达地层发育，其成岩程度低，富含黏土颗粒及黏土矿物，承载力低、易风化、水稳性差，是典型的易滑地层。与滑区紧邻的攀枝花侧原高速公路填高为14.0～15.0 m的主线路堤边坡，在工程施工期间发生滑坡正是这种情况的写照。

(2) 西攀高速公路主线位于自然坡度为5°的台地向斜坡过渡地带后部较缓部位，且为半填半挖地段，故路基稳定性较好。而新增B匝道填方路堤基本位于台地向斜坡过渡地带的自然坡度为15°的较陡部位，且边坡高度大，属于高填、陡坡路堤而稳定性较差。

(3) 线路后部山体汇水面积大，造成丰富的地下水和地表水易于向滑区汇集，对路堤产生明显的水压力作用，并降低路堤的物理力学参数；隔水的石英闪长岩形成的“碗状”台地平台造成地下水难以有效疏排，造成以昔格达为母体的粉质黏土和全风化昔格达地层常年呈可塑-硬塑状，形成的软弱地层严重影响上部填方体的稳定。

(4) 新增B匝道路堤填方高度大且填筑速度较快，造成了原有坡体的应力场和渗流场发生调整，打破了“场”间的动态平衡。尤其是2016年9月18日的特大暴雨，使滑区地下水位快速上升，渗流场的快速增大超出了坡体应力场的调整能力而造成坡体发生变形，继而诱发滑坡的发生。

2.3 路堤滑坡治理应急方案分析

滑坡发生后，为确保西攀高速公路的单幅通行安全要求和防止滑坡对前部高差达150.0 m左右的省道S310和民居形成安全隐患，经过现场踏勘，决定采用减载、截排水和“隔断”为主的应急工程措施。

(1) 滑坡的主体和发生滑坡的直接原因是新增B匝道路堤的加载修建。笔者考虑到滑坡后缘距保通车道的距离约有12.0 m的安全距离，故对新增路堤采用台阶式卸载，从而达到通过适量卸载以有效扼制滑坡的变形速率，控制其对后部西攀高速公路的牵引和对前部台地的挤压作用。而台阶式的适量卸载，防止了临时边坡过高、过陡失稳出现变形而对后部高速公路形成牵引作用。卸载规模依据工程经验取新增路堤总填方8×104m3的1/6～1/7，即约为1.2×104m3，并通过坡体监测动态调整卸载规模。

(2) 水是滑坡发生的主要诱发因素。笔者提出对西攀高速公路主线后部的边沟部位设置基底位于强风化石英闪长岩、深为7.0 m左右的截水盲沟，有效截断坡后地下水和地表水向滑区的汇集，减小和控制水对滑坡的不利作用。

(3) 为进一步确保右线单幅保通的西攀高速公路主线安全，与会专家提出在高速公路左幅路基中线附近设置3排直径为Φ140 mm的注浆钢管桩对滑坡与主线右幅保通的路基进行“隔断”。

笔者认为在对滑体进行有效减重和对坡后来水进行有效截排后，滑坡对西攀高速公路的牵引和对前部台地的挤压作用得到了有效控制，不宜再设置“隔断”工程。且长细比较大的注浆钢管桩其抗弯能力有限，浆体会造成地下水通道的中断而可能快速抬高滑坡后缘的地下水位，这是不利于滑坡稳定的。基于此，与会专家在取消未施做的2排钢管桩的同时，决定采用直径Φ1.2 m的钻孔灌注桩进行“隔断”，共设置桩长为28 m的灌注桩21根，工程造价约200万元。

应急工程在实施截水工程和减载1.1×104m3时，通过监测发现，滑坡位移收敛而趋于“稳定”，故没有再实施其余0.1×104m3的减载工程，有效达到了工程应急的目的，为滑坡永久工程的设计和勘察赢得了时间。但为确保西攀高速公路主线的“万无一失”，采用钻孔灌注桩的“隔断”工程随后仍进行了实施。

2.4 路堤滑坡治理永久治理方案分析

在采取应急方案的基础上，经过地质勘察，考虑到滑坡在填方体内部存在由最大剪应力形成的圆弧形滑面，以及存在由昔格达残坡积层、风化层和下伏基岩之间形成的多层滑面，决定在路堤前部设置抗滑桩+反压+排水工程进行治理。见图5。

(1) 抗滑桩设置于路堤坡脚部位虽然可有效减小征地面积，但存在浅层滑坡“越顶”的问题，故结合位于昔格达残坡积层与风化层之间、风化层与下伏石英闪长岩之间的滑面形态，在路堤坡脚约27.0 m的部位设置抗滑桩对滑坡的中层和深层滑体进行支挡，并不再考虑桩前由粉质黏土层和全风化昔格达地层形成的主动土压力；在抗滑桩后部设置厚约5.0 m的反压工程对浅层滑体进行治理。

(2) 为疏排滑区内的地下水，与会专家提出在路堤坡脚和滑坡前缘各设置一道横向渗沟，并沿滑坡主滑方向在横向渗沟之间设置8条纵向渗沟对地下水进行疏排，渗沟埋深为4.0～7.0 m，总长为560.0 m，工程造价约155万元。

笔者认为，在应急工程时设置于路基内侧、基底位于强风化闪长岩的横向截水盲沟和边沟已兼顾了工程作为永久截排水的目的，能有效截排坡体后部的地下水和地表水，而不宜再设置多条树枝状渗水盲沟，这也在应急工程实施后坡体地下水位的有效控制和泉水消失等现象中直接得到应证。且抗滑桩后反压体高度较小，下伏地基承载力能有效满足反压工程的需求。但在工程治理审查时，为确保滑坡治理的“万无一失”，设计单位仍采用了树枝状渗沟工程，实是遗憾。