中等倾角岩质边坡顺层滑动治理措施研究

段全江

（中交远洲交通科技集团有限公司，河北 石家庄 050050）

0 引言

在地质条件复杂的山区修建高速公路，由于线型的限制，必然存在大量的边坡工程。其中岩质顺层边坡在工程斜坡中稳定性较差，且容易发生变形破坏，常因开挖不当、处治不及时等发生顺层滑动，势必对工程安全和施工成本造成严重影响。

1 工程概况

某高速K13+900—K14+068段左侧在开挖约5m时，引起开口线外约30m处的高压线塔的变形。本文对该滑坡区的地质条件、变形特征等进行分析，提出相关处治方案，为后续该类型边坡的设计及施工提供参考。

2 地质环境

2.1 地形地貌

场地属构造剥蚀丘陵地貌区，地处山间沟谷斜坡，海拔314～450m，向西侧偏南倾斜，原地面坡度25～30°，植被较为发育，覆盖率较好。滑坡位于斜坡中上部，高程在385～420m。斜坡下部为在建高速开挖堆填区，局部坡度约40°，整体地形在剖面上呈阶梯状，施工区位于斜坡中下部。

2.2 地质构造及地层岩性

场区新构造运动较强烈，位于腾龙背斜的南东翼，该向斜核部为三叠系下统铜街子组（T1t）地层，为北西翼陡、南东翼缓的不对称向斜。根据《中国地震动参数区划图》（GB 18306—2015）[3]，工作区地震动峰值加速度为0.05g，地震反应谱特征周期定为0.45s，地震基本烈度为Ⅵ度。

受褶皱构造影响，场区附近次级褶曲较发育，路基区岩层产状为：290～295°∠22～36°，随着路线走向倾角逐渐变缓，贯通裂隙较发育，岩体较破碎。岩体发育有两组近正交节理，L1：150～160°∠70～73°，延伸长度大于4.0m，最大可达8m 左右，间距0.8～1.3m；L2：233～237°∠70～75°，延伸长度大于3.0～6.0m，间距0.6～1.5m。裂隙面较为平直，微张-张开状，泥质充填。

根据相关勘察设计资料，该段路基分布地层主要为第四系全系统填土（Q4me）、残坡积碎石土（Q4el+dl）及三叠系下统铜街子组（T1t）。（1）填土：褐黄色、紫红色，以粉质黏土夹碎块石为主，厚度约1～3m，结构较松散，稍湿，碎块石分选性较差，碎块石成分主要为砂岩、泥灰岩，粒径最大可达1m，多呈次棱状，块石含量约占总量的30%～50%，主要分布于斜坡下方在建高速公路施工场地内；（2）碎石土：褐黄色，松散，稍湿，母岩成分主要由强～中风化砂岩、泥灰岩组成，充填粉质黏土；（3）泥灰岩：褐灰色为主，隐晶质结构，薄层及中厚层构造，节理裂隙发育，裂隙面间有泥质充填，该岩体具有饱水暴晒开裂的特征；（4）砂岩：暗紫色，细粒结构，薄层状构造，夹薄层泥灰岩，节理裂隙发育，岩芯呈短柱状和饼状。岩体的节理裂隙及层面多由泥质充填。

2.3 水文地质条件

场区属中亚热带高原湿润季风气候，年平均气温18.1℃，平均蒸发量1 147.2mm，多年年均降水量1 038mm。斜坡坡面无稳定水系发育，整体坡度较陡，利于排水；在斜坡下部西侧发育一季节性冲沟，冲沟溪流内未见常年流水，仅在雨季天降暴雨时有暂时性流水，且相对高差约50m，对滑坡稳定性影响较小。

工程区场地地下水主要有第四系松散层孔隙水、基岩裂隙水两种类型。松散堆积层孔隙潜水主要赋存于第四系松散堆积层中，以潜水为主，主要接受大气降水补给，滑坡区未见地下泉水出露。基岩裂隙水主要赋存于基岩裂隙中，以大气降水补给为主，由于基岩裂隙分布不均匀，无统一水力联系，在接受大气降水和地表水补给后，表现出渗流各向异性的特点，运移带有局限性。基岩裂隙水的存在可降低岩体的抗剪强度，加快岩石风化，降低岩体的稳定性。

根据相关资料，区内水化学类型为HCO3--SO42--Ca2+型水，pH=7.95，属弱碱性水，水对混凝土及钢结构腐蚀性等级为微腐蚀性。

2 滑坡变形破坏特征及形成机制分析

2.1 原设计及施工情况

K13+900—K14+068 段路基左侧，该段路基边坡最大高度约33.3m（对应桩号K14+020），共四级边坡，每10m 高设置一处2m 宽的边坡平台（平台处设置平台截水沟），坡率均为1∶1，防护形式：K13+920—K14+000 左侧，一级边坡框架锚杆，第二级边坡挂铁丝网喷播植草，第三级边坡喷播植草。K14+000—K14+060 左侧，一、二级边坡框架锚杆，第三级边坡挂铁丝网喷播植草，第四级边坡喷播植草。

2020 年 4 月 1 日 开 挖 ，5 日 在 开 挖 至 约 5m 时 ， 6日18：00 许边坡出现裂缝，19：30 左右裂缝进一步发展，天色已晚且光线极差，第一次现场勘察未能登上山顶；23：00左右登上山顶后发现，铁塔因基础沉降已出现变形（220KV国网69号铁塔正对路线桩号是K14+020）。塔基距坡顶截水沟的水平距离约为20m，路基边坡开挖高度约3～5m，顺层滑动导致塔基失稳。滑体后缘裂缝高约1.2～1.5m，宽度0.8～1.2m，滑体长度约25～35m。施工随即停止，若该电力铁塔一旦垮塌，极有可能影响县城区域内电网正常运行，出现大面积停电，造成恶劣的社会影响。

2.2 滑面特征

滑动面为软弱夹层及其与节理面组成贯通而形成。在现场调查中发现，滑动面厚度约为0.5～1.1cm 泥质夹层，充填于裂隙及层面间。该层含水量较高，透水性低，在前缘开挖后失去支撑，从而发生顺层滑动。

2.3 滑坡规模及潜在危害

根据现场调查，坡体上裂隙密布，已经基本解体，在平面上呈近似三角形状，后缘为裂隙面L1 与岩层面的交汇地带。滑坡轴长约45m，前缘最宽处约35m，平均宽度约24m，滑体厚度约2m，主滑方向为290°，滑坡方量约0.22×104m³，为小型牵引式顺层岩质滑坡。

场区所在斜坡区域为岩质顺向斜坡，在建高速公路仍需下挖约26m，施工过程中的震动或雨季的连续降雨会使得坡体进一步发生滑移；同时电力公司由于应急需要，将临时铁塔仍放置在此坡体上方。若不及时对此顺层斜坡进行处置，必然会再次影响铁塔运行及公路施工工期。

2.4 形成机理分析

该边坡在未开挖之前，塔基已运营多年，未发生变形。开挖约5m 左右，加之场区的雨水侵蚀，变形随之产生。其破坏机理表现为：（1）初步阶段：在重力及边坡开挖作用下，由层面及节理密集区组合形式的碎裂层状结构岩体，在坡体内部发生位置变化，侧向岩体约束力逐渐降低，加之雨水入渗软化泥化夹层，岩体发生顺层蠕滑；（2）滑移加速阶段：软弱结构面与节理面密集带贯通形成滑动面，产生大量裂缝，发生滑移直至破坏。

据此，边坡破坏模式为滑移-拉裂渐进破坏，其主要控制因素为岩体结构及层间软弱面。同时开挖形成临空面，为滑动提供了空间；陡倾结构面与层面组合下将岩体切割成块状，降雨软化泥化夹层，后缘裂隙中的水压力作用下导致抗滑力不足，从而发生滑动。

3 滑坡稳定性分析评价

3.1 计算工况的选取

根据《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）[4]及《公路滑坡防治设计规范》（JTG/T 3334—2018）[5]中相关规定，该区地震基本烈度为Ⅵ度，故不需要考虑非正常工况Ⅱ（即地震工况），仅需要考虑正常工况及非正常工况Ⅰ。工况一：正常工况，自重+地表荷载+天然状态；工况二：非正常工况Ⅰ，自重+地表荷载+连续降雨或暴雨。

3.2 计算剖面相关参数及计算结果

选择对应滑坡主滑方向的K14+020 工程地质剖面进行计算。通常情况下，滑带的抗剪强度是根据地区经验、室内试验和反算结果综合确定，但滑带土一般很难取得原状样进行室内试验，尤其是岩体的软化夹层。本文根据相关手册[6]和规范规程[4]及反算结果来确定滑带土的参数。采用《工程地质手册》[6]中给出的方法进行平面滑动的计算。

将地形恢复至开挖5m 后即将发生滑动的情形进行反算，其处于整体滑动状态，根据《公路滑坡防治设计规范》（JTG/T 3334—2108）[5]的相关要求，此时反算稳定系数处于0.95～1.00，本次反算稳定性系数取F=0.99。边坡未滑动时，潜在滑面应考虑水压力及滑面的扬压力。据勘察成果、滑坡稳定性反演，并结合当地经验，基岩容重取23.2kN/m3，软弱结构面参数见表1。

表1 软弱结构面参数建议值

根据现行《公路路基设计规范》（JTG D30—2105）[4]及《公路滑坡防治设计规范》（JTG/T 3334—2108）[5]，开挖至设计标高后，平面滑动面采用传递系数法计算下滑推力。正常工况下的边坡设计安全系数Fs 取1.25，剩余下滑推力为1 150.9kN/m；非正常工况下Fs取1.10，剩余下滑推力为959.2kN/m。

4 处置方案

滑坡发生后，针对开挖揭露岩层及补勘成果，选取了3个比选方案：

方案一：顺层清方。若采用该方案将减少运营期间的维护工作，但电力部门由于应急保通的需要，将临时塔基仍设置在该斜坡上，位于清方区域；同时该方案需一清到顶，需要设置约80万方的弃土场，同时需要改迁110kV 的铁塔，且对环境影响较大。该方案占地多，且需要与相关管理部门协调，难度极大，故无法采用该方案。

方案二：锚索+格构梁方案。该方案仍需要先对边坡进行开挖，由于坡体为碎裂层状结构，层面间多由泥质充填，即使分段分级开挖，也无法保证施工开挖期间的稳定性，可能对临时铁塔基础再次造成危害。故不采用此方案。

方案三：抗滑桩+锚索+格构梁方案。采用预加固的思路，先行设置支挡结构，再开挖。共设抗滑桩20根，抗滑桩为矩形截面，桩径为2.0m×2.5m，桩长为24m，桩间距为6.0m，抗滑桩布置在左侧边沟外1.8m，桩长24m。抗滑桩上布置两排锚索，第一排锚索布置于桩顶以下1m，锚索长23～28m，第二排锚索布置于第一排锚索下2.5m，锚索长21～25m。抗滑桩之间设置挡土板。抗滑桩桩顶平台4.0m（含抗滑桩宽度2.5m），桩顶平台（已开挖部分）以上边坡坡率为1∶2，采用框架锚杆防护，锚杆长9m。本方案不增加占地，坡口线距离临时铁塔37.4m。

排水措施：在坡顶线以外设置截水沟，将坡体外部的水引入自然沟渠排走。施工中必须先把截水沟修筑完毕后，再开挖边坡。边坡平台设置平台截水沟，坡面设置平台截水沟急流槽，将坡面水体引入路基边沟排出路基范围。同时在抗滑桩中部设置一排长度25m 倾角10°的仰斜式排水孔，以疏干潜在滑面的基岩裂隙水。

该处路基已于2021 年9 月施工完成，施工期间监测数据表明，坡体处于稳定状态，特别是新建的临时铁塔位置处的地基变形量均小于容许值。这表明对该滑坡的形成机理分析及所采取的治理方案是合理有效的。

5 结语

本文通过对某高速K13+900-K14+068段施工期间左侧顺层边坡滑动的地质环境、破坏特征等进行了详细分析，分析滑坡的形成机理及稳定性，并给出了处治方案。顺层滑坡不是瞬间发生的，通常是渐进破坏的过程。对该滑坡的3个处置方案进行了分析比选，根据实际情况，确定采用抗滑桩+锚索+格构梁的处治方案。对于该类层间有软弱夹层的顺层边坡，开挖后极易发生顺层滑动，宜采用预加固的设计和施工理念，预加固一般以抗滑桩（锚索抗滑桩）为主，可避免滑坡灾害的发生。目前该边坡已经开挖到设计标高，坡体变形量在容许范围内。对于顺层边坡，如有条件，可进行绕避；无法绕避时，尽可能减少挖方高度。