高速公路路堑边坡滑坡成因分析和处治措施

石磊，陈伟祥

（甘肃长达路业有限责任公司，兰州730030）

1 引言

兰州至海口国家高速公路（G75）渭源至武都标段（下文简称为“渭武高速”）北接临洮至渭源高速公路、兰州至临洮高速公路，位于渭源县路园镇，南接武都至罐子沟（甘川界段）高速公路，主线路线全长243.504 km，总体走向由东北向西南。路线经过陇西黄土区、高山峡谷区、高海拔积雪区和高烈度地震区，水文地质条件极为复杂多变，是滑坡、泥石流等地质灾害的频发区，地质灾害治理及处治技术措施难度大。

2 工程概况

K171+140～K171+440段路基设计为挖方路基，边坡防护形式为锚杆框格梁+拱形骨架，属于构造侵蚀中低山地貌，地形起伏较大，地层岩性自上而下为第四系更新统坡残积的粉质黏土，土黄色，可塑，稍湿，稳定性差；第四系更新统坡积碎石，中密，黏性土充填，无胶结，稳定性较差；下覆基岩为全风化泥质砂岩，岩石风化强烈，多呈土状，地层产状水平，节理裂隙一般发育，遇水崩解，失水干裂，稳定性一般。

3 滑坡发展过程

K171+140～K171+356段共发生3次边坡滑塌、溜塌现象（见图1）。具体情况如下：

2017年8月17日，K171+165～K171+212段第二级边坡受发生溜塌，边坡顶部出现裂缝，并采取削坡卸载，调整边坡高度、平台宽度及坡率，增加拱形骨架防护等处治措施。

2018年3月15日，K171+140～K171+300段边坡发生滑塌，滑坡总体向路堑开挖临空方向滑动，主滑动方向为89°，横宽约110～145 m，纵长约63 m，从滑坡后缘至剪出口垂直高度约22 m，滑坡体平均厚度约8 m，主要为上覆盖层粉质黏土和坡积碎石土，滑坡方量约4.5×104m3，采取了桩板墙+抗滑挡墙等处治措施。

2018年7月10日，因连续暴雨天气影响，滑坡再次向已实施段落方向顺延发展，K171+300～K171+356段边坡发生滑塌，横宽约125 m，纵长约55 m，滑体平均厚度约5 m，边坡坡面已实施防护措施损坏，采取了削坡卸载，调整边坡高度、平台宽度及坡率，桩板墙+抗滑挡墙等处治措施。

图1 滑坡后全貌

4 滑坡形态及原因分析

为科学合理地开展滑坡治理工程设计，保障路线通车运营安全，对K171+140～K171+440段右侧挖方边坡地质情况进行了补充勘察。如图2所示，该段地勘补充报告显示路堑地层岩性自上而下为第四系坡残积粉质黏土：土黄色，土体干燥，粉粒含量高，易碎，顶部含植物根须；古近系沉积砂质泥岩：红褐色，细粒结构，中厚层状构造，胶结差，半成岩状，岩质极软，岩层产状为155°∠6°，局部含砾石；页岩：青灰色、砖灰色，泥质结构，薄页状构造，层厚约30～50 cm，岩质极软，遇水易软化；泥质砂岩：砖红色、灰绿色、灰白色，细粒结构，厚层状构造，泥质、钙质胶结，强度低，抗风化能力弱，边坡开挖后坡面暴露岩体已风化呈砂土状。

滑坡主要原因为上部坡残积覆盖层、砂质泥岩层属于强透水层，下部页岩为相对隔水层，地下水下渗在页岩层顶面富集，受地下水浸泡，页岩饱水软化，强度降低，成为潜在软弱滑动面。路堑边坡开挖后形成外倾临空面，路堑边坡上部岩土体沿页岩层潜在滑动面剪出，形成浅层牵引式类土质滑坡。同时，滑坡将路堑边坡后缘截水沟破坏，在连续强降雨气候条件下，后缘坡面汇水在截水沟断头处渗入一级边坡，边坡坡脚出现地下水渗出现象，坡脚泥质砂岩软化强度降低，在侧向土压力和上覆岩土体自重作用下，岩土体向外倾临空面方向变形，由起始蠕变到失稳滑动，属半成岩地层顺层平面型滑坡[1]。

另滑坡后缘原地貌为中山剥蚀侵蚀地貌，自然边坡平缓，地表为种植田地，降雨后，坡面汇水在该范围坡面易富水，加大了地表水入渗量，使边坡岩土体含水量增大，岩体自重加大，强度降低，也是引起边坡失稳的原因。

综上所述，地形地貌和地质条件是物质基础，路堑边坡开挖后导致地应力重新分布以及冬冻春融、连续降雨均是诱发边坡滑塌的主要因素。

图2 滑坡典型横断面图

5 边坡稳定性评价

5.1 定性评价

K171+140～K171+361段路堑边坡开挖后，坡面岩土体向临空面变形，在二级边坡坡面形成浅层滑坡，滑坡体自边坡二级坡中部砂岩与上部强风化页岩、泥岩接触带剪出，向南K171+300附近延伸至一级边坡中部，剪出口基本与下部页岩与砂岩接触面一致。滑动造成路堑开挖坡面剪切前缘坡面臌胀开裂，二级坡后缘形成弧形拉裂缝，且后缘不断拉裂垮塌，最高处形成约4.5 m高吊坎，形成4道张拉裂缝，裂缝宽度50～80 cm，通过地表调查，滑坡后缘不断拉裂垮塌，滑坡范围有扩大趋势，路堑边坡处于不稳定状态[2]。

5.2 定量分析

参考已有勘察资料中相关室内试验数据、《岩土工程手册》、反算指标和经验数值等综合考虑，采用多种方法进行对比，得出了滑坡体、滑动带及后缘稳定岩土层物理力学参数[3]。场址区各岩土层的主要物理力学参数建议值如表1所示。

依据勘察报告，K171+205、K171+230、K171+255断面为顺层滑动边坡，滑动面黏聚力c取2～3 kPa，内摩擦角φ取12°～12.5°，K171+280、K171+325为垮塌边坡，滑体黏聚力c取8 kPa，内摩擦角φ取18°。

根据设计参数推荐值及潜在边坡的破坏边界条件和可能失稳方式，边坡沿最危险滑动面滑动，按此破坏模式，根据JTG D30—2015《公路路基设计规范》[4]中不平衡推力传递系数法进行计算，计算结果如表2所示。

表1 岩土工程设计参数推荐值

表2 K171+140～K171+361段边坡稳定性计算成果表

由计算结果可知，边坡正常工况下稳定性系数在0.86～1.28，非正常工况下稳定性系数在0.78～1.11，均小于JTG D30—2015《公路路基设计规范》高速公路正常工况稳定安全系数1.20～1.30，非正常工况1.10～1.20要求，在连续降雨、地震作用以及边坡开挖等因素的扰动下将进一步下滑，扩大边坡垮塌范围。

6 处治方案

为保证滑坡处治效果，根据滑坡不同类型、结合滑动面形状、现场实际及埋深，采取了以下处理方案：

1）对滑坡土体按照开挖一级防护一级原则进行清理，对坡面坡率由1∶1调整为1∶0.75，坡面顶部采用厚50 cm石灰土封水层封闭；

2）一级、二级挖方边坡采用孔径2.2 m桩板墙防护，挡土板采用C30预制混凝土，板后回填50 cm天然砂砾作为排水层，并设置仰斜式排水管排水；

3）为保证地下水下渗至路基范围内，路基边沟增设纵向管式盲沟，盲沟中设置直径20 cm排水管，填筑洁净碎石，排出地表以下层间渗水[5]。

7 滑坡监测

为了确保公路边坡的稳定性，及时预报险情，考虑到本边坡施工风险等级偏高，传统监测方法难以保证施工安全，特别是遭遇极端恶劣气候条件下，常规监测手段无法获取边坡变形信息，为保证边坡施工安全，对该边坡采用北斗+安全在线监测技术对其变形进行7 d×24 h不间断监测，边坡监测点布设如图3所示，为边坡施工、运营、维护、管理提供决策依据[6]，使既有边坡支护工程的技术改造决策更加科学、改造技术方案设计更加合理、经济。

图3 边坡GNSS监测点布设示意图