滇东南地区连续降雨对山区高速地表结构的影响及处治措施

刘阳，雷广，陈兵乐

（中交第二航务工程局有限公司第五工程分公司，湖北 武汉 430000）

0 引言

随着云南及广西西部地区高速公路网的持续完善及延伸，该地区的高速公路建设已进入发展快车道，但受限于气候多变、地形地貌复杂、不良地质等问题，该地区高速公路及其他大型基建工程建设一直困难重重，病害处治、设计变更频率居高不下，为工程建设质量、进度、成本、安全等方面的管控工作带来巨大挑战。本文以中交二航局文麻高速TJ-2标三家1号大桥桥区及K39边坡滑移处治工程为依托，对滇东南地区降雨对地表结构的影响及相应的处治措施进行研究，旨在为后续该地区的工程建设提供有效的参考依据，积累经验，以达到提质增效、降低成本、提高安全性的目的。

1 工程概况

云南省文山至麻栗坡高速公路（以下简称文麻高速）位于云南省东南部文山州境内，起点接蒙文砚高速公路甲马石K89+824处，终点位于麻栗坡北接天麻高速起点，全长74.591km。本项目是云南省省会昆明经文山进入越南的重要通道之一。项目的实施对于贯彻国家“一带一路”倡议，完善地方高速公路网，发展地方经济，维护边疆稳定，促进民族地区经济发展等意义重大，也是云南省“十三五”规划中的重点建设项目之一。

三家 1 号大桥 （ZK39+145/YK39+155）、K39+400边坡位于云南省东南部文山州西畴县莲花塘乡革岔村境内，三家1 号大桥为30m 装配式预应力混凝土小箱梁，采用双柱式墩配桩基础。该桥跨越一条季节性冲沟，两岸斜坡植被发育，冲沟的沟向为195°，宽度10～30m，深约20m，沟床上覆盖粉质黏土，下部为泥质页岩，地表水丰富。K39+400边坡原设计为四级挖方边坡，后因开挖时发生多次垮塌沉降，设计变更新增支挡工程。

2 连续降雨对坡体及地表结构的影响情况

文山州地处云贵高原东南部，为亚热带气候，全年降雨充沛。结合近两年文山州气象资料显示，每年5—10 月为文山州雨季时间，降雨量为全年降雨量的82%，平均日降雨量约为100mm，局部大暴雨，降雨量可达150～200mm以上。

三家1 号大桥桥址区及K39 边坡区域岩体为泥质页岩，属于软岩，岩体破碎，裂隙发育，受区域地质构造影响及集中降雨的长期侵入作用，使该坡体岩体风化强烈，强度降低。加之工程活动对该区域岩土体大规模的扰动以及堆载的作用下，斜坡体易在岩土分解处发生滑动，无降雨时坡体处于稳定状态，有一定强度。

因此，由于桥区所在斜坡前缘冲沟深切，滑坡前缘高程约1 240m，后缘高程约1 310m，相对高差70m。形成了一个高陡临空面且坡体上覆盖土层以松散的粉质黏土为主，孔隙率较大，地表水及雨水下渗后转化为地下水。地下水分两部分，一部分随着坡体内的自有通道排出，一部分使岩土体含水量达到饱和状态。岩土体容量增大，增加了下滑力，降低了抗滑力，且在岩土层分界处形成暂时性地下水富集现象，在强风化层顶部形成静水压力，对上覆岩土体产生浮托力，降低有效正应力和摩擦阻力，同时使该软弱层进一步软化，其抗剪强度进一步降低。此处软岩覆盖层经地勘单位钻探探明可达到40m左右的深度。由于排水工程处治不够及时且效果欠佳，坡体富水无法有效及时排出，使其淤积在斜坡坡脚，形成对斜坡下部岩体的长时间浸泡，改变了周围岩体的力学性质。尤其是强度，使坡脚失去了有效的支撑。坡体后缘填土加载进一步增加了斜坡的下滑力。因此，大气降水下渗加之地下水水位过高，以及后期工程加载是导致坡体向下方产生推移式滑动的主要诱发原因，从而导致该坡体上方未入硬岩的结构基础及上部结构出现偏位的现象。

综上所述，斜坡变形滑动机理为：该区域地质构造、地层结构、岩土特性和沉积形成的地形地貌是该区域滑坡发生变形失稳的决定性因素和内在原因，而该区域的人类工程活动和地下水是诱发滑坡发生滑动的重要外在原因。

3 降雨、施工期间地表结构监测情况及数据分析

自2020 年11 月架梁前的复测发现墩台结构偏位后，项目随即按照相关方要求对桥区及K39+400坡体进行扩大范围持续监测并加密监控点的布置，布设深层位移监测孔。根据持续监测数据分析，可发现降雨及施工期间地表结构发生偏位的几个特点。

（1）2020.11—2021.3 为干旱时期，主要受地下水影响，这段时间内桥墩监测位移数据呈现变大的趋势，但是幅度很小，基本处于相对稳定的状态。其中最大位移是右幅1 号墩，累计位移达16mm，高程沉降最大为右幅0号墩，累计沉降达7mm，地表位移数据正常。

（2）三家1 号大桥桥下抗滑桩按照设计于2021.3 月开始施工，施工工艺采用钻孔灌注桩，由于桩基施工对桥区周围稳定影响较大，导致左幅0#台位移数据逐渐变大，于2021.5.27日累计位移达91mm，高程沉降累计达37mm，其间变形速率平均为2mm/d，但自5 月23日对左幅0号台右侧进行反压后，变形停止，其他墩位数据正常。

（3）2021年5月进入雨季后，通过监测数据发现左幅0 号、右幅0 号、右幅1 号墩位移量均呈现变大的趋势，右幅0 号及右幅1 号墩位移量均变大30mm，现右幅0 号墩累计位移55mm，右幅1 号—0 墩累计位移3mm、右幅1 号—1 墩累计位移47mm，左幅0 号墩累计位移133mm，抗滑桩连梁累计位移最大38mm。

（4）雨季期间，通过对地表及结构物的监测数据显示，结构的位移和沉降变化并不是线形变化或朝某一方向固定变化。受地下水及地表降水侵蚀影响，表层岩性软化处于不稳定状态。导致地表及工程结构在位移或沉降变化过程中出现反向变化或逆向变化。

（5）在强降雨期间，由于地表水快速而大量渗入地下，加之地下水排出不及时，导致地下水位迅速攀升，使岩土体重度增大，加之工程荷载、施工扰动、岩性软化、有效正应力和摩擦力降低等原因破坏了斜坡的极限平衡状态。通过8 月26 日的数据可发现部分墩柱结构位移量出现突变，位移速率达25mm/d。

4 地勘工作内容、稳定性分析及处治原则

4.1 地勘工作开展

（1）通过开展野外地质调查，查清桥址区及K39+400 边坡区域地下水补给径流排泄与地表水系、大气降水之间的水力联系，确定该区域各含水层和水文地质单元的边界条件，分析该区域岩溶、断层带、褶皱等含水层的水文地质特征与隔水层的空间关系。查清区域大型节理、断层等发育特征，确定变形区的边界范围及深度。

（2）查明变形特征，分析出裂缝的分布位置、性质、形状、宽度、延伸长度等要素及变化情况。

（3）通过地面钻孔，投放示踪剂的方法将溶解后的示踪剂投放至目标含水层，再进行注水加压。使溶解于水中的示踪剂随地下水流不断转移，对井下各出水点的地下水按照一定的时间间隔进行监测取样，根据示踪剂离子浓度随时间的变化情况，分析地下水的运动规律、地下水径流途径。

（4）扩大探测范围，在未变形区布置深层测斜孔，以此判断后缘山体是否也发生变形及滑坡边界。在已变形区布置测斜孔，确定滑面深度。

（5）走访当地常住居民，归纳整理获得信息，以了解该区域往年的地质变化及特殊水文信息情况。

（6）在地下水数据模拟中较为精确地确定降雨入渗系数是模拟能否成功的关键。采用水均衡法模拟计算岩溶区域的大气降水入渗系数。根据研究区自然地理、气象水文以及岩溶地下水资源利用开发情况，建立研究区三水转化均衡关系，如图1所示。

图1 “三水”转化、均衡要素框

根据三水转化均衡要素图，可以建立岩溶水文地质区水均衡方程式：

同时，大气降雨入渗系数与地下水量有如下均衡关系：

式（1）～（2）中：P为大气降水量；R1为地表河流、溪沟水流入量；E为蒸发量；Qa为地表水开采量；R2为地表水流出量；W为地下水流出量；Δω为均衡期内地下水储量的变化；α为大气降雨入渗系数；Qb为地下水开采量。

4.2 稳定性分析

滑带土抗剪强度参数对滑坡稳定性计算、评价起到关键作用，通常的做法有工程地质类比法、土工试验法、反算法相结合进行综合分析。

（1）在钻孔中主要采取滑带土做室内土工试验，统计试验数据采用标准值。具体数据统计结果如表1所示。

根据钻孔控制及滑坡变形特征，经分析降雨是影响滑坡变形的重要因素。在暴雨工况下，滑坡体有可能进一步变形。

（2）计算参数及物理力学参数的确定分析。通过颗粒分析试验来测定土体中各种颗粒所占总质量的百分数，颗粒分析的结果可作为土体分类、压缩性及可塑性等衡量标准之一；采用环刀法测量土体密度，通过高精度电子秤测试土体质量，除以体积可求其密度；通过直剪试验来确定断层、弱带及滑土带的抗剪强度。

（3）抗剪强度敏感性分析。根据桥区及K39+400边坡滑坡情况，采用危险性较大的坡面进行反算，目前该坡面处于变形阶段，在暴雨工况下处于不稳定状态。滑带土的抗剪强度指标c、φ值的变化与滑坡稳定性系数的敏感度如表2所示。

根据《滑坡防治工程勘查规范》（GB/T 32864—2016）[1]，按照滑坡的安全稳定系数将滑坡的稳定状态分成4个等级：稳定性系数Fs＞1.15为稳定，1.15≥Fs＞1.05为基本稳定，1.05≥Fs＞1.0为欠稳定，Fs＜1.0为不稳定。

结合《滑坡防治工程勘查规范》对滑坡稳定状态的四个等级划分及12.3 条反演取值法反算，可基本确定滑坡体黏聚力值c及滑面内摩擦角值φ。

（4）由于斜坡滑动受水压力影响较大，因此可根据《滑坡防治工程勘查规范》的稳定性计算公式进行稳定性计算。

通过计算结果和滑坡稳定性及推力计算汇总表进行比对，可推定三家1 号大桥址区及K39 滑坡在暴雨工况下处于基本稳定—欠稳定状态，在雨季期间存在整体滑动的可能性。

4.3 处治原则

（1）重视防排水施工。鉴于三家1 号大桥桥址区及K39+400边坡土体遇水不稳的问题，在施工筹备及施工过程中要高度重视防排水施工，不论是永久性防排水还是临时性防排水工程均需高质量施工，切勿偷工减料。包括裸露坡面的覆盖，坡顶、坡面截排水及施打深层泄水孔、降水井、防护墙体上施打泄水孔，碎石盲沟施作。而且因为地区炭质泥岩的缘故，遇水成渣，施打的深层泄水孔、墙体泄水孔极易堵塞，所以泄水孔在做防堵塞措施的同时还要经常性地进行排查，对发生堵塞的排水孔及时疏通以保证排水效果，避免出现地下水位过高，造成坡体压力过大进而对地表结构产生影响[2]。

（2）多种防护形式结合治理，灵活应用。由于每个坡体滑移滑塌的诱因不同，滑移规模及受力不等，所以在进行工程处治时要“对症下药”。结合三家1 号大桥及K39+400 约1km2范围的滑坡处治工程，在此采用了被动防护网、护面墙、拱形骨架、框格梁、护脚墙、重力式挡墙、矩形抗滑桩+冠梁+锚索、圆形抗滑桩+冠梁、反压等多种防护及处治形式，并视坡面防护效果及变化在后期及时跟进补充新的防护和处治措施，从而达到效果最优，成本可控、资源节省的良性状态。

（3）勘察及监控量测的重要性。工程地质的探明工作一直是业界普遍存在的一道难题，在无法彻底探明确定地质情况时，必须确保地质勘察工作的全面性、监控量测工作的严谨性及动态管理的可靠性。地勘工作要有切实依据并加以科学分析。及时设置并增大监控量测点及钻孔的布设范围，按照固定周期进行监测，并分析结果，了解变化规律，通过反向推理逐步了解地质情况[3]。

通过对施工环境及工程结构自身的持续观测，进行信息反馈及预测预报，从而达到优化设计，正确指导现场施工的目的，切忌因地勘及监控量测工作不到位、结论及数据不可靠而导致现场处治施工始终处于被动状态，疲于应对、资源浪费、成本增加且处治工程无法根治已出现的问题，使边坡处治工程处于恶性循环之中。

5 结语

边坡灾害处治工程及地质勘察工作一直是高速公路工程建设过程中一项无法完全规避的难题，特别是处于不良地质以及气候条件复杂的建设项目。本文结合文麻高速TJ-2 标项目的边坡处治工程，总结经验教训，旨在为后续类似项目的建设工作提供参考依据，进而达到有效降低项目建设成本，安全、质量可控，节约资源的目的，推动行业的共同进步。