粤北山区高速公路某路堑滑坡机理及治理措施研究

徐洪明,李 帅

（山东省交通规划设计院有限公司, 山东 济南 250031）

引言

高速公路选线应进行地质选线，尤其是山区高速公路更应重视地质选线，选线时应对路线所经区域、走廊带的工程地质进行深入调查、勘察，遇有滑坡等不良工程地质的地段应谨慎对待，应首先采取绕避的处理措施。但因山区地质情况复杂，受制于地质勘察手段有限及勘察钻孔密度的局限，不可能对所有潜在不良地质地段进行绕避，从而在工程开工并进行路堑开挖后，在降雨、未及时防护等因素综合作用下，产生滑坡现象。滑坡治理措施常见的有锚索格梁护坡、抗滑桩、抗滑挡土墙等，均能很好的治理滑坡，可视滑坡类型采用不同的处治措施。

发生滑坡的诱因较多，对粤北山区高速公路某路堑滑坡发生机理进行分析，采用GEO-Studio边坡稳定性模块SLOPE/W极限平衡法进行稳定性计算，根据稳定性计算结果采取处治措施，达到了较好的治理效果。

1 工程概况

粤北山区某高速公路路堑边坡，原设计三级边坡，一、二级边坡采用人字形骨架CF生态网植草防护，三级边坡采用喷播植草防护，一级边坡坡脚设置脚墙防护。施工过程中，由于正处雨季，随着路堑下部土方挖除，场区连续强降雨，上游来水下渗，导致坡面岩土力学性质减弱，岩土体C、Φ值明显降低，开始发生蠕滑变形，截水沟被拉裂,边坡前缘发生渗水，坡体及后缘出现拉张裂缝，坡体上部形成多条平行的拉张裂缝及错台，最终形成了滑坡。

1.1 地形地貌

滑坡区属构造剥蚀丘陵地貌单元，自然坡度20～35°，地势起伏较大，总体地形为下陡中缓上陡，对滑坡的形成有利。滑坡实景照片见图1、图2。

图1 滑坡实景照片

图2 堑顶拉张裂缝

1.2 地质构造

根据地质调查，路堑区段构造运动强烈，岩体破碎，节理发育，坡体范围内岩层起伏较大，主要岩层产状133°∠48°。泥质粉砂岩多呈碎块状及泥状，其岩体破碎，节理裂隙发育，主要节理产状37°∠46°、26°∠64°等。局部不连续结构面高角度顺倾，多组不利结构面易引起楔形体失稳。路线走向270°。现场结构面情况见表1。

表1 现场结构面情况统计

1.3 地层岩性

根据该区钻探结果以及结合区域地质资料分析，该区揭露深度内的地层覆盖层薄，表层为第四系坡积（Q3+4dl）的粉质黏土、砾质粉质黏土，下伏石炭系测水段（C1dc）泥质砂岩、砂质泥岩、含高岭石泥岩、灰岩及炭质灰岩等。

岩层部分由上及下：素填土（Q4ml）：棕褐色，灰褐色，稍湿，稍密-中密，土质不均匀，以全-强风化泥质粉砂岩混凝土及风化岩碎屑为主。场区普遍分布，厚度平均1.51 m。

粉质黏土（Q3+4dl）：棕褐色，硬塑，很湿，切面稍粗糙，由黏粒和粉粒组成，土质不均，含少量角砾及风化岩碎屑，表层为耕植土。场区普遍分布，厚度平均1.76 m。

全风化泥质砂岩（C1dc）：棕褐色，灰白色，湿，风化很强烈，原岩结构构造大部分破坏，节理裂隙极发育，岩芯多呈泥柱状，碎屑状，夹碎块状，手可掰开，遇水易软化，崩解。场区普遍分布，厚度平均10.74 m。

强风化泥质砂岩（C1dc）：黄褐色，风化稍强烈，节理裂隙发育，取芯呈碎块状及泥柱状，块径2～7 cm，锤击声脆，易碎，风化不均，夹全风化薄层。场区普遍分布，厚度平均3.65 m。

强风化泥质砂岩（C1dc）：棕褐色，主要成分为石英及长石，风化强烈，节理裂隙很发育，取芯呈碎块状及柱状，泥柱状，块径2～8 cm，碎块锤击声脆，可碎。场区普遍分布，厚度平均2.40 m。

强风化灰岩（C1dc）：浅灰色，风化很强烈，节理裂隙发育，取芯短柱状夹碎块状，节长4～8 cm，锤击声脆，易碎，取芯率80%，该层溶蚀很发育。场区普遍分布，厚度平均1.10 m。

中风化（炭质）灰岩（C1dc）：浅灰色，隐晶质结构，层状构造，矿物成份以白色方解石为主，风化强烈，岩芯呈柱状夹碎块状，一般节长为20～30 cm，锤击声脆，易断，溶蚀发育。场区普遍分布，厚度平均1.13 m。

溶洞(串珠溶洞) （C1dc）：充填物为中风化灰岩，粉质黏土，较多空洞，漏浆。场区普遍分布，厚度平均2.83 m,局部钻孔未揭穿。

中风化灰岩（C1dc）：浅灰色，灰白色，隐晶质结构，层状构造，矿物成份以白色方解石为主，风化程度中等，节理裂隙稍发育，岩芯呈柱状夹长柱状，一般节长为6～40 cm，锤击声脆，易断。场区普遍分布，厚度平均5.73 m。

全风化含高岭石泥岩（C1dc）：浅灰白色，风化剧烈，原岩结构构造已基本破坏，岩芯多呈泥柱状，碎屑状，手可掰开，岩芯有滑腻感，遇水极易软化，崩解。场区普遍分布，厚度平均5.19 m。

强风化含高岭石泥岩（C1dc）：浅灰白色夹棕褐色，风化很强烈，节理裂隙很发育，取芯呈碎块状状，块径2～6 cm，碎块锤击声闷，很易碎，夹强风化泥质砂岩薄层。场区普遍分布，厚度平均2.60 m。

岩土层物理力学指标见表2。

表2 主要岩土体工程物理力学指标表

1.4 气象水文条件

场区雨季地表径流较多，地下水由上部土层孔隙潜水、深部基岩裂隙水及岩溶水组成，含水量较大，其补给来源主要靠大气降水的入渗补给。粤北山区每年3～7月为雨季，持续降雨，7～9月易受台风暴雨侵袭影响。

1.5 施工现状及滑坡调查

2018年5月上旬，由于场区连续3 d强降雨，K135+900附近左侧第三级边坡出现滑塌，三级堑顶裂缝成圈椅状，坡面羽状裂缝发育，已经出现明显下错约100 cm；一级边坡平台排水沟附近纵缝断续贯通；K135+850—K135+950一级平台水沟往路基侧推移约50 cm，K135+900处一级边坡已经实施完的格梁外翘，局部平台下错明显，坡脚挡土墙出现外推移现象，一、二级边坡地质钻孔冲水。

2 滑坡变形情况

通过勘察及地质调绘揭示，滑动带迹象较明显，以第四系堆积层、全风化泥质砂岩以及含高岭石泥岩软弱夹层层面为主。滑带土主要由粉质黏土、全强风化泥质砂岩（弱膨胀性）、砂质泥岩、含高岭石砂质泥岩（弱膨胀性）等组成，滑带土受滑动作用岩体结构揉皱破坏呈粘土状，经现场观察，可见擦痕。

滑坡后缘裂缝已形成，但由于目前路基还没开挖至基底，受坡脚反压护道的作用影响，深层滑坡剪出口尚未形成，还未形成整体滑动。

3 滑坡产生机理

内在因素包括地形地貌、地层岩性、岩体结构与地质构造等；外在因素包括水文地质条件、地震条件及人为因素（工程开挖）等。

3.1 地层岩性

根据钻探资料及结合野外地质调查，边坡主体主要由第四系坡残积粉质粘土，下伏石炭系測水段（C1dc）泥质砂岩、砂质泥岩、含高岭石泥岩，具有弱膨胀性；另外，受构造运动及风化作用影响，场区泥质砂岩已泥化，坡体易沿着岩体的软弱带发生滑动破坏。

3.2 地形及地质结构

滑坡区属构造剥蚀丘陵地貌单元，自然坡度20～35°，地势起伏较大，总体地形为下陡中缓上陡，对滑坡的形成有利；滑坡体及滑床为一套沉积建造的厚层状地层，路堑形成的边坡为顺层边坡，边坡率1∶1（45.0°）。边坡土体受重力作用产生顺层的推力（即下滑力），受滑体内部、滑体与滑床之间的摩阻力和坡脚相对平缓土体阻挡，暂时平衡。当外界条件发生改变时，打破其原有平衡状态，土体抗滑力减小，使上部土体顺层面发生滑移变形。

3.3 地下水因素

大气降水及地下水渗入坡体内，造成坡体内部水位升高，岩土体重度增加，下部全风化炭质页岩（劣质煤层）渗水性相对较差，造成岩土体内部的水不能及时排走，在水的浸泡下，造成土体内部的孔隙水压力增大，使滑面处的岩土体软化、泥化，其有效应力和其抗剪强度降低，是造成滑坡形成的主要因素。

3.4 工程因素

由于开挖路堑，坡脚处抗滑段刷去土方，减少了抗滑力，边坡变陡、形成临空面，往往在坡脚处出现应力集中，致使坡脚强度不足，坡脚岩土体被压溃，从而使边坡发生塌滑破坏。

雨水下渗致使含煤软弱层岩土体吸水后抗剪强度大幅度降低、路堑开挖卸荷形成临空面，坡脚处出现应力集中，岩土体溃屈。该滑坡的产生，地层岩性、地质构造及地下水是主控因素，地形、气候等是次要因素，工程开挖等是诱发因素，滑坡主体依附于泥化、高岭土化的泥质砂岩及劣质煤层软弱夹层和不利结构面组合下的破碎岩体切层滑动，破坏模式为多级多层的牵引式中层滑坡。

4 滑坡体稳定性分析

4.1 计算方法

采用加拿大岩土分析软件GEO-Studio中SLOPE/W模块Morgenstern-Price法。

4.2 计算断面和滑面的确定

根据补充地质资料，边坡滑动稳定性分析计算选用K135+835横断面为计算断面。

根据现场踏勘及勘探资料分析，该滑坡破坏形式是深层滑动，滑动面呈近折线型。

4.3 计算工况

根据路基规范要求，边坡稳定性计算时应考虑天然状态工况、暴雨状态工况及地震荷载作用下的工况，该区域地震动峰值加速度系数为0.05 g，不考虑地震荷载作用，场区降雨量充沛，夏季易受暴雨侵袭，按最不利情况考虑，即按暴雨状态考虑。

4.4 计算参数

受取样代表性、取样试验条件的限制，滑带土室内土工试验参数数据与实际存在一定偏差，计算以反算参数为主。

依据该滑坡当前滑体与滑面的变形活动特点，分析评价滑体与滑面的稳定系数，其稳定程度分析计算成果见表3，指标反算参数见表4。

表3 滑坡稳定程度分析计算成果一览表

表4 反算参数表

4.5 计算模型及计算结果

Geo-Slope/W边坡计算模型见图3，剩余下滑力计算结果见表5。

图5 边坡沿深层面（根据位移拐点）滑动的现状安全系数Fs=1.01

表5 稳定性计算结果

采用反算参数指标计算K135+835断面安全系数达到路基规范规定的安全系数1.2时,剩余下滑力为456 kN/m，需提供456 kN/m抗力才能保证边坡稳定，为保证线路正常通车，需对该处滑坡进行加固处理。

5 处治措施及排水系统

5.1 处治措施

主滑区域原设计为三级边坡，根据滑坡具体情况，采用原位加固方案处治滑坡。

（1）一级边坡坡脚：设置三排竖向钢花管+桩头锚索加固，桩长L=12 m。一级边坡：坡高9.5 m，坡脚已经取消脚墙，坡率为1∶1.38，维持原设计坡形坡率不变，维持原设计锚杆格梁护坡，新设置两排十字型锚索格梁，锚固段14 m；一级边坡平台：维持原排水沟及平台；设置三排竖向钢花管+桩头锚索加固；（2）二级边坡：坡高8 m，坡率为1∶1.5，设置两排锚索格梁护坡，锚固段14 m；二级边坡平台：维持原排水沟及平台；（3）三级边坡：坡率为1∶1.5，维持边坡原设计喷播植草防护。

图7 滑坡处置典型横断面图

5.2 排水系统

增强坡体内部排水，一、二级边坡坡脚及边坡中部均布设仰斜式排水管，间距10 m，梅花形布置，排水管长20 m。

5.3 整治后稳定性评价

采用预应力锚索框架梁对滑坡进行治理，治理后的滑坡稳定性系数提高到1.246，治理后的滑坡经过雨季考验，并经深孔测斜数据验证，数据均无异常，边坡处于稳定状态，仰斜式排水管排水效果较好。

6 结语

采用GEO-Studio边坡稳定性模块SLOPE/W极限平衡法对滑坡进行稳定性计算，并通过雨季的考验，深孔监测无异常，证明锚索格梁+竖向钢花管+仰斜式排水管处治该滑坡可行。