综合排水措施在高速公路滑坡治理中的应用

刘廷伟

(1.重庆市勘测院 重庆市 401121； 2.重庆市岩土工程技术研究中心 重庆市 401121)

近年来广东省高速公路发展建设迅速，路网发达，其中沿海部位地处丘陵台地与冲积平原相间的地貌格局，高速沿线深挖低填高边坡分布范围广，在暴雨季节滑坡变形时有发生。水是滑坡诱发的重要原因，滑坡的形成和发展与水有着极为密切的关系，其作用机理主要表现在物理作用、化学作用、力学效应、地震效应等多个方面。截排水是滑坡治理工程中一项重要措施，工程实践证明，排水对于提高滑坡的稳定性具有至关重要的作用，通常也是一种比较经济的工程方案。

1 工程概况

1.1 工程简介

西部沿海高速公路K21滑坡位于珠海市北部，因高速公路建设于珠海段K21+060～K21+466右侧切割山丘坡脚而形成路堑边坡，长406m，高约55m。边坡所在区域每年均会经历持续特大暴雨，大量地表水渗入坡体，致使该边坡在施工及运营期间几次较严重滑塌后，最终形成了较大规模的滑坡变形，需要对其进行综合治理。

1.2 工程地质条件

(1)地形地貌。滑坡区为丘陵台地与冲积平原相间的地貌，地势总体由北西向南东倾斜。 滑坡相对高差最大约75m，地表植被茂密，自然山坡坡率较缓，坡度约在10°～25°左右。

(2)气象、水文。滑坡所在地区气候属南亚热带海洋性季风气候，温暖潮湿，雨量充沛，年均降水量1700～2231mm，每年3～9月雨季的降水量占年降水量的50%～88%。5～9月份热带风暴袭击，平均每月约有一次暴雨发生。

(3)地层岩性。该滑坡地层从上往下依次为粉质黏土，砂质黏性土，全～微风化火山角砾岩，其中土层及全～强风化岩层遇水易软化，弱～微风化岩层岩质较硬。

(4)地质构造与地震。路线所经区域断裂构造发育，纵横交错成网格状，整条线路位于断裂的挟持部位，滑体岩体结构面倾角为20°～50°，绝大部分为40°左右。该结构面为本滑坡的控制性结构面，对滑坡的稳定起至关重要的作用。

1.3 水文地质条件

本滑坡体赋存的地下水类型包含第四系松散层孔隙水、基岩裂隙水、岩层承压水。第四系主要为坡积和残坡积物，其含水层位变化较大，由于裂隙较发育，该层地下水主要为孔隙水。滑体范围内出露的岩体主要为火山角砾岩，强～弱风化火山角砾岩为风化裂隙水和构造裂隙水的主要富水层。承压水主要赋存于微风化火山角砾岩与下伏花岗岩不整合接触带，接触带花岗岩风化严重，裂隙发育，其上下均为不透水层，富水量大。地下水主要为大气降水补给，由于边坡周围汇水面积较大，降雨量大且集中，区内边坡所在汇水区域内未形成深切冲沟，地表径流不发育，地表水渗入地下形成丰富地下水，边坡排水斜孔长期流水，坡面长期处于渗水状态。边坡周围多见当地居民设置排水管引水。从雨后第三天现场调查，坡体后缘地表水下灌达30m3/h。根据前期勘察在现场钻孔中的提水试验，场地地下水对钢筋混凝土无腐蚀性。

2 滑坡性质及变形特征

(1)滑坡为复合型滑坡，具有多层、多级的特点。包括堆积层、全风化层内的浅层滑动，全风化层沿强风化层面的中层滑动，强风化层沿弱风化层的深层滑动及坡体沿不利结构面的追踪剪切滑动。

(2)上层属土质或类土质滑坡，下层属岩质滑坡。滑体体积较大，滑坡总体积约90万方。

(3)滑坡平面分区明显，呈M型。其中K21+060～+115段(I区)约1.1万方，主滑方向116°；K21+115～+225段(Ⅱ区)滑坡体积约28万方，主滑方向118°；K21+225～+330段(Ⅲ区)滑坡体积约15万方，主滑方向118°；K21+330～+466段(Ⅳ区)滑坡体积约42万方，主滑方向125°。

(4)滑坡为人工边坡受水影响多次滑动演变而成， 2004年9月、2006年8月、2008年6月暴雨期间，分别发生三次变形及坍塌，最终发展为牵引式滑坡。

3 水对滑坡的作用机理

滑坡虽然是由地质、水文、工程活动等综合因素作用形成的，但水对本滑坡的作用是综合且复杂的，主要体现在以下方面：

(1)区内汇水面积较大，坡体径流不发育，无集中地表水排泄途径，降雨时大量雨水易形成漫流而渗入坡体形成地下水。

(2)上部滑坡体范围内覆盖层较松散易渗水，下部滑床范围中微风化火山角砾岩相对隔水，且该区域节理裂隙交错发育，雨水易通过裂隙入渗从而形成软弱滑动面。

(3)人工边坡的开挖改变自然坡体的地表水流向及地下水的渗流方向，使人工边坡成为地表水及地下水的优势排泄面，降水大部分渗入滑坡体内部，增大滑体容重，降低滑面强度，形成较大的动、静水压力。

(4)滑坡所处区域每年5～8月份均有密集台风影响，台风带来强降雨，是诱发滑坡的主要因素。

4 滑坡综合截排水系统

运用极限平衡法，对各个区域代表性断面的剩余下滑力进行计算，得出相应滑坡推力，根据滑动面情况及计算分析结果，以“排水减重、强腰固脚”为原则，最终采用“锚索抗滑桩+预应力锚索框架+综合截排水”方案进行治理。支挡工程以“以桩为主，桩锚结合，锚为辅”的思路进行，治水工程则以“以线串点，截排结合”的思路进行，对其设置综合截排水系统。

4.1 截水工程

(1)坡顶截水沟

边坡整个堑顶开口线外5m设置截水沟，滑坡体外5～10m设置截水沟，截水沟形状与滑坡平面形状对应，呈M型，最终经急流槽排出边坡。可有效拦截滑体外地表水，以阻止水流入滑坡范围。

(2)平台封闭

由于坡体的滑动及工程施工的影响，造成坡面平台的截水沟大部分破坏，对边坡各级平台采用30cm厚M7.5浆砌片石全封闭并对平台截水沟进行修补或新建，平台截水沟通过急流槽汇入堑顶截水沟。

(3)坡面截水

整个坡面均采用了锚杆锚索框架梁的形式进行加固，在竖向框架梁两侧及横向框架梁底部，设置截水肋条，有效分隔坡表径流，防止坡面冲刷，表水沿肋条经平台水沟排出。

4.2 排水工程

滑坡地段地下水丰富，设计采用穿过中层、潜在深层滑面的排水斜孔结合在滑体后缘的适当区域设置的若干个直径约为4.0m的集水井，以更有效地疏排滑体后部来水，减小坡体的地下水压力，有效地提高滑体的自稳性。

(1)集水井(点的布置)

在滑坡Ⅰ区(K21+060～K21+115)及Ⅱ区(K21+115～K21+225)后缘设置直径为4.0m的集水井，共计四孔；在滑坡K21+330～+466段(Ⅳ区)后缘及侧界设置直径为4.0m的集水井，共计四孔。井底深入弱风化层或深层潜在滑动面以下不小于2.5m。集水井的井壁均采用C25钢筋混凝土现浇制作，壁厚为0.4m。

(2)放射状仰斜集水孔(点的扩散)

为了加大集水井疏排地下水的范围及能力，在井壁设置放射状集水斜孔以疏排滑体中的地下水。孔位主要设置在各个集水井的出水点、滑面或风化界面以上1.0m处，每井设置2～3层仰斜集水孔，长度为18.0～45.0m，同一层集水孔的夹角约为30°，钻孔直径为Φ130mm，仰角为5°～13°，集水井开挖中有多层渗水现象处，设置多层斜孔集水措施。仰斜集水孔直径130mm,内插Φ100mm软式弹簧透水管，在孔口1.0m的位置插入Φ110mm高强度PVC管，并伸出井壁0.2m。

(3)井间导流管(以线串点)

为使集水井中的地下水能顺利排出，集水井用井间导流管连通，井间导流管为2孔，孔径130mm，孔距0.5m，内插Φ110mm不带孔高强度PVC管，进水口约位于井底以上1.0m，出水口位于井底以上0.5m，其方位角及纵向坡度结合两井位置、地形及井底高程设置，所有集水井的汇水最后通过在JSJ1集水井中的以近垂直边坡走向的角度的井中导流管疏排到坡脚处而引出坡外。导流管出口在一级边坡处，地下水从一级边坡排出时需用PVC管接入路基侧沟以防冲刷坡面。

(4)坡面排水斜孔的设置(面状排水)

表1 集水井排水系统统计表

滑坡里程(分区)集水井(点)孔号(m)孔径(m)孔深(m)放射状仰斜集水孔(点的扩散)层数/孔数孔深(m)井间导流管(以线串点)方位纵坡孔深K21+115～K21+225(Ⅱ区)JSJ1412.52层/10孔35116.61038JSJ24203层/15孔30～3591.5738.8JSJ3422.53层/15孔18～4575.51940JSJ44264层/21孔29～4548.7540K21+330～K21+466(Ⅳ区)JSJ5419.52层/12孔30116.61058JSJ64263层/21孔30150.5940JSJ74263层/21孔30168.11136JSJ8425.53层/21孔45116.61535

为了疏排集水井影响范围外的Ⅲ区滑坡地下水，特在K21+220～K21+320段的三级边坡坡脚以上1.0m处设置一排仰斜排水孔，钻孔直径为Φ130mm，孔内填充Φ100mm软式透水管，里端采用2层无纺布包封，仰角为6°。长度为26.0m，孔间距9.0m，但为了提高坡体的排水率，可根据现场的实际情况进行适当调整。为了防止排水斜孔在运营期间的人为破坏，特需在孔口插入长1.0mΦ110mm PVC管加以保护。

5 结语

通过对西部沿海高速公路K21滑坡治理中水的作用机理分析及其综合治理，得出以下结论：

(1)对地表水采用截、排、封相结合，对地下水采用集水井、排水孔、导流管形成的点、线、面排水网络，有效地截留和疏导地表与地下两个层面水的影响，对本滑坡治理是综合有效的。

(2)滑坡水的有效治理，降低滑坡体中的水压力，减轻了滑体重量，提高滑面抗剪参数，使滑坡剩余下滑力大幅降低，节约支挡工程的造价，经济效益显著，该滑坡最终采用桩、锚措施得到有效治理。

(3)在各工程中，由于自然条件、路线布置等其他因素的不同，情况往往比较复杂，更因因地制宜地重视截、排水措施的综合设计，提高排水效果，发挥各种截、排水措施的优点，降低工程费用。