山区高速公路边坡滑坡治理技术分析

■沈向彬

（三明莆炎高速公路有限责任公司， 三明 365000）

福建三明地区山脉较多， 沿线多为粉砂岩、砂岩、泥岩、煤系地层等，地层岩性比较复杂，构造较发育，此类岩体在开挖过程中碰到降雨，随着雨水的浸泡和侵入，像粉砂岩、泥岩、煤系地层等岩体遇水易膨胀和软化，岩体强度急剧降低，加上岩层是顺层情况，岩体极易出现滑坡[1]。 三明多条高速公路在建设过程中，都出现过顺层节理边坡滑坡，此类滑坡在福建西北地区高速公路建设中经常出现。 因此， 本文以三明莆炎高速公路顺层滑坡治理为例，分析病害产生的原因和治理方案，以期为同类顺层滑坡病害提供借鉴。

1 工程概况及地质情况

1.1 工程概况

莆炎高速公路三明段K361+077～K361+306 段路基位于建宁县内，设计路基采用整体式，路基宽度26 m，双向4 车道，为深挖路堑地段。原设计坡率为1∶0.75～1∶1.25，每级边坡高8 m，平台宽2 m，共七级边坡，第一、二、三、五级坡采用锚索框架梁防护，其余采用拱形骨架植草防护。

1.2 工程地质情况

该滑坡位于闽西北剥蚀丘陵区， 山体植被发育， 山坡开挖后形成的高边坡， 上部为0.60～2.00 m 的可塑状坡积粘性土及中密状碎石土为主，中部为3～5 m 的全风化岩和砂土状强风化岩，下部为碎块状强风化岩和中风化岩组成的Ⅳ级岩质边坡。 开挖后左侧最高边坡约49.46 m，层理产状145°∠45°，山体自然坡度约25°～45°，未见断裂构造带发育。

1.3 水文地质情况

地下水主要为长石变粒岩、凝灰质砂岩及辉绿岩风化层中的孔隙裂隙水， 坡体渗水总流量约16 m3/d，自北向南排泄，主要受大气降水的补给，水位季节性变化大。

1.4 临时处置措施

边坡自上而下开挖至第二级时，发现边坡坡顶及边坡坡面自上而下出现竖向裂缝。 发现裂缝后，现场立即停止开挖边坡，并马上撤离施工人员及所有施工的机械设备，设立警戒线，在坡体下部临时堆土反压，并设置沉降观测点，及时观测边坡沉降及位移情况。 通过观测得知，位于边坡坡顶往山体方向9 m 位置的裂缝为初始裂缝， 自边坡顶而下，形成贯穿裂缝， 裂缝宽0.2～1.2 m 不等， 总长度约80 m。裂缝所形成的滑坡体，高度40 m，沿线路方向长度100 m，体积约2.5 万m3（图1）。

图1 K361+077～K361+066 段路堑边坡裂缝平面图

2 原因分析

2.1 内因分析

（1）山体内部多为碎块状和砂土状强风化岩以及全风化岩， 且碎块状与砂土状岩层分布不规则，沿山体横向、竖向交错分布，遇水软化以及受扰动后稳定性差，极易产生软弱结构层。 （2）岩层上土层均为高液限土，液限为51.8～62.4，上部土层结构较松散，遇水极易软化，导致强度降低。

2.2 外因分析

（1）边坡开挖过程中，使山体形成临空面，后缘地表水通过粉质黏土层渗入，降低了土体的抗剪强度，增加土体的重度，诱发整个土体因受力不稳定而向临空面滑移。 （2）因坡顶初始裂缝距工作区较远且受植被遮挡，未能及时发现，加之连续雨天使得大量地表水灌入裂缝，通过破碎带，渗入岩层，使岩层渐渐软化的同时不断受到冲刷并沿水流带走大量砂性土，从而使得裂缝不断延伸、扩大，山体滑移速度加剧。 （3）该边坡下部为石质边坡，需爆破作业，对边坡扰动较大。

3 滑坡监测

3.1 监测方案

本次监测只进行变形监测， 主要的监测内容是地表位移，使用大地测量仪器定期进行监测。 根据滑坡体形态以及地质情况共设测设点4 个，即JC1、JC2、JC3、JC4（图1），主要观测的内容包括水平位移量、位移方向和标高差值，点位误差要求不超过5.0 mm。

3.2 监测结果分析

通过30 d 的时间对该滑坡体进行位移监测，整理数据， 绘制水平位移与时间关系的曲线如图2所示。 并对观测结果进行分析， 总结出以下特征：（1）随着时间推移，滑坡体位移量呈线性增大状态。（2）遇暴雨天气以及连续雨水天气，滑坡体位移量呈急剧增大状态。 （3）滑坡体上部即粉质黏土和碎石土层位移速度较风化岩层大。

图2 各观测点水平位移与时间关系曲线

4 滑坡变形计算及稳定性评价

4.1 计算模型及计算方法

根据现场调查资料， 并结合地质勘探资料，分析该边坡存在附着较厚的坡积粘性土及碎石土，下部为碎块状强风化岩层，推断该滑坡体基本为岩质切层滑坡，但是由于地层中存在竖向破碎带，故根据《建筑边坡工程技术规范》规定，采用山体内部圆弧形滑动法进行稳定性计算，计算公式如下：

计算方法如下：（1）基本荷载计算时，土体自重按天然重度以及相应工况分别计取。 （2）计算工况选择自重、暴雨、地震。 （3）计算参数的确定如下：坡顶粉质黏土及碎石土c=0.06，φ=20°；山体Ⅳ级岩质边坡c=10，φ=42°；天然重度取22 kN/m3，抗滑稳定安全系数取1.15。

4.2 稳定性评价

根据剖面的计算， 累计下滑力为4526.08 kN；累计抗滑力为4639.232 kN； 稳定性系数为1.025，即1.0

5 滑坡治理方案选择

本工程设计方共设计3 种滑坡治理方案：①抗滑桩+预应力锚索框架+拱形骨架加固；②以卸载为主+放缓边坡+预应力锚索框架+拱形骨架支护；③重力式路堑半挡墙+预应力锚索框架+拱形骨架+TBS 植草+客土喷播植草综合防护。 根据滑坡体稳定性分析可知，若直接采用方案①，边坡虽稳定性较好，但工程造价较高，施工工期较长，边坡较长时间暴露易导致二次边坡失稳， 产生新的滑动面，且锚索抗拔力随时间推移预应力损失变大，故此方案存在明显缺陷。 若采用方案②，削坡工程量过大，征地范围增加，因后缘山体较高，边坡级数增加，后方产生新的滑坡体临空面，且上方坡体其表面存在破碎状强风化岩， 受地表水冲刷侵蚀易引发新的滑坡。 综合安全性、工程造价、施工工期等因素，本方案最终采用以削坡减载为主，防护为辅的综合治理措施，主要遵从“减载、固脚、强腰、排水”的原则理念进行方案设计， 即第一级边坡采用路堑半挡墙，第二级边坡采用TBS 植草灌，第三级边坡采用锚索框架，第四、六级边坡采用拱形骨架植草，第五级边坡根据地质情况采用锚索框架+TBS 植草灌结合，第七级边坡采用客土喷播植草灌。

6 滑坡治理设计

根据滑坡稳定性计算分析结合地形、 地貌、岩性及滑坡体实际特征，为减少削坡量，以及满足边坡稳定性，故将边坡分7 级台阶进行综合治理。 （1）地表与坡体水处理。 造成滑坡的主要因素是水的作用，一方面，滑坡体浸水后，滑体的重量增加；另一方面，由于水的浸入，使滑体滑面润滑，从而减小了滑体与滑床的摩阻力，软化了滑带土，增大了滑体推力。 处理方法如下：一是对边坡外地表水进行截流引排， 在滑体后缘以外设置一条200 m 的60 cm×60 cm 截水沟， 将滑体外汇水引向滑体以外的路基边沟；二是对边坡坡体水进行引排，在第一级边坡打一排平孔泄水孔 （间距5 m）， 采用外径75 mm、管长15 m 塑料排水管，用来引排坡体水；三是对各级边坡进行绿化防护， 并及时进行引排，在各级坡面采用TBS 植草、 拱形骨架植草防护等方式，将雨天坡面水引向各级平台排水沟，边坡平台采用8 cm 厚C20 现浇砼硬化， 通过平台排水沟将水引向检修踏步兼急流槽或两侧截水沟，在碎落台上设置流水槽消力池，将急流槽的水最终引向路堑边沟。 （2）减载和降坡率：边坡失稳滑动的最直接原因是滑动力自重大于抗滑力，因此，对边坡进行减载处理是边坡滑坡治理的有效措施之一，对边坡既有塌方进行清楚，设置宽平台，并适当降低边坡坡率。 第五、六、七级坡面采用完全削坡方案，坡面高度均为8 m，其中第五级边坡平台宽度为4 m，其余平台宽度2 m，边坡平台设置挡水梗以及排水沟，坡率分别为1∶1、1∶1、1∶1.25，坡面防护设计与原设计相同，分别为锚索框架梁植草防护、拱形骨架植草防护以及客土喷播植草防护。 （3）“强腰”加固：第二、三、四级坡面因其岩性较好，故采用削坡减载与坡面防护相结合的治理方案。坡面高度均为8 m，平台宽度均为2 m，边坡平台设置挡水梗以及排水沟，坡率分别为1∶1、1∶1、1∶1， 坡面防护设计与原设计相同，第二、三级边坡采用700 kN 锚索框架梁植草防护，第四级边坡采用拱形骨架植草防护，预应力锚索框架防护可有效加固顺层滑坡[1]。 （4）“固脚”：第一级边坡局部较破碎，节理较发育，部分岩层为顺层节理，为提高边坡稳定性，在第一级边坡采用重力式半挡墙防护（C20 片石砼挡墙、墙高4 m），上半坡面采用植草防护，坡率1∶0.75。

7 边坡监测

滑坡位移监测通过监测数据分析收集滑坡滑动面的具体位置和滑坡的动态变化趋势，对滑坡潜在的稳定性进行评价，并对滑坡治理提供有力的依据[2]。 在K361+250 位置（路堑外侧5～10 m 位置）设置30 m 深孔位移监测，采用PVC 测斜管，并增加地表水平位移监测，在第一、三、五级边坡平台上每级固定3 个点，利用全站仪对位移、高差相对变化量进行监测，每周观测一次，检测期限至工程竣工止。 目前，该段高速公路已通车，施工完成2 年多，根据现场布置的深孔位移监测和地表位移监测报告，该滑坡体已收敛并趋于稳定，该滑坡治理取得一定成效[3]。

8 结语

该地段所处地区常年降水频繁，水量大，在滑坡治理前需先做好防排水措施， 滑坡体卸载过程中不得一次性加载过多机械， 尽可能减小滑坡体的附加荷载。 边坡防护施工需严格遵循施工规范， 开挖一级，防护一级，特别是山区岩层产状或节理面为顺坡向的边坡，要实行高边坡动态设计，每开挖一级边坡应及时通知设计、业主、监理、施工四方到现场进行动态设计。治理过程中需严格进行边坡稳定性监测，监测点位应适当扩大范围，同时，对于其他高边坡施工，应做到密切关注，勤监测、早防护，防患于未然。