林建業(yè)， 李 博， 張志和， 林壯宏

(廣東省南粵交通投資建設(shè)有限公司， 廣東 廣州 510100)

粵西地區(qū)公路順層滑坡形成機(jī)理與處治

林建業(yè)， 李 博， 張志和， 林壯宏

(廣東省南粵交通投資建設(shè)有限公司， 廣東 廣州 510100)

以在建云湛高速公路典型路塹高邊坡順層滑坡病害為背景，通過(guò)對(duì)工程地質(zhì)條件、原設(shè)計(jì)方案和施工現(xiàn)場(chǎng)情況等進(jìn)行分析，得到了巖性、雨水和施工擾動(dòng)是導(dǎo)致順層滑坡病害的關(guān)鍵因素。根據(jù)這些影響因素對(duì)原設(shè)計(jì)和施工方案進(jìn)行了優(yōu)化，經(jīng)放緩邊坡坡率、快速密封坡面、臨時(shí)支護(hù)邊坡等多項(xiàng)措施，順層滑坡病害得到有效治理并取得較好效果，研究成果可為粵西地區(qū)類似工程的設(shè)計(jì)與施工提供一定的借鑒。

順層滑坡； 形成機(jī)理； 密封坡面； 臨時(shí)支護(hù)

0 引言

滑坡是斜坡巖土體的滑動(dòng)行為，可依據(jù)滑體特征、變形動(dòng)力成因和變形活動(dòng)特征對(duì)滑坡進(jìn)行分類，順層滑坡是按滑面與巖層層面的關(guān)系進(jìn)行劃分的。實(shí)際工程中，由于順層邊坡的層狀結(jié)構(gòu)及含有軟弱夾層面或?qū)娱g錯(cuò)動(dòng)面而極易滑動(dòng)失穩(wěn)，是山區(qū)高速公路中普遍存在的一種邊坡病害，同時(shí)也是邊坡加固工程設(shè)計(jì)與施工的重難點(diǎn)。學(xué)術(shù)界和工程界對(duì)順層滑坡的形成機(jī)理和處治措施也進(jìn)行了大量的研究，文獻(xiàn)[1-3]通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)、有限元模擬、有限元理論推導(dǎo)等方法分析了順層巖質(zhì)邊坡變形破壞規(guī)律和穩(wěn)定性，對(duì)邊坡設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行優(yōu)化；文獻(xiàn)[4，5]通過(guò)大型地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)分析了含軟弱夾層順層邊坡在開(kāi)挖、降雨、支擋等工況下病害發(fā)展形態(tài)，以及關(guān)鍵位置處的物理量發(fā)展模式和變化特征；文獻(xiàn)[6-11]通過(guò)地質(zhì)調(diào)繪、病害調(diào)查、理論分析、工程經(jīng)驗(yàn)類比等方法對(duì)工程實(shí)踐中路塹順層滑坡進(jìn)行分析，并提出病害防治對(duì)策。以上成果對(duì)順層滑坡病害處治具有重要的理論指導(dǎo)和實(shí)踐意義。在建汕(頭)湛(江)高速公路云浮至湛江段及支線工程(簡(jiǎn)稱“云湛高速公路”)沿線多處發(fā)生順層滑坡病害，開(kāi)展順層滑坡病害處治研究可更好地指導(dǎo)工程施工，并對(duì)本地區(qū)類似工程建設(shè)提供一定的借鑒。

1 工程概況

云湛高速公路位于云浮、陽(yáng)江、茂名和湛江四市之間，路線全長(zhǎng)315.94 km。其中，云浮新興至陽(yáng)江陽(yáng)春段(簡(jiǎn)稱“本路段”)全長(zhǎng)85.777 km，共有76處高邊坡。本路段前25 km為低山丘陵及山間洼地，據(jù)地質(zhì)勘探、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和工程施工，該段順層邊坡病害較為集中，且具有區(qū)域代表性。本文選取K4+020～K4+199左側(cè)路塹高邊坡順層滑坡為背景，對(duì)粵西地區(qū)順層滑坡產(chǎn)生機(jī)理及處治措施進(jìn)行分析。

2 順層滑坡形成

2.1 工程地質(zhì)條件

2.1.1 地形地貌

本路段地處低山丘陵區(qū)，地形起伏較平緩，坡體地面標(biāo)高約85.0～95.0 m，自然坡角最大約15°。山體植被發(fā)育，生長(zhǎng)松樹(shù)及各種灌木、蕨類植物。

2.1.2 地層巖性

根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)繪及鉆探資料成果，邊坡主要由第四系殘坡積粉質(zhì)黏土和泥盆系中統(tǒng)老虎坳組D21全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖、粉砂巖等組成，具體如下：

① 粉質(zhì)黏土： 紅黃色，硬塑，稍粘，稍有韌性，干強(qiáng)度較高，表層含大量植物根，包含物主要為巖屑。γ=19.0 kN/m3，c=16.0～23.0 kPa，ψ=15.0°～22.0°。

② 全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖： 棕紅色，全風(fēng)化，原巖結(jié)構(gòu)基本破壞，呈半巖半土狀，手掰可碎，巖占30%。γ=19.5 kN/m3，c=18.0～26.0 kPa，ψ=22.0°～24.0°。

③ 強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖：紫紅色，強(qiáng)風(fēng)化，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，礦物成分以石英為主，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯大多呈碎塊狀，局部夾有少量全風(fēng)化土柱，手掰易散。γ=21.0 kN/m3，c=24.0～30.0 kPa，ψ=25.0°～28.0°。

④ 中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖：紫紅色，中風(fēng)化，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯較完整，一般以5～10 cm的短柱狀為主，錘擊可斷。

2.1.3 水文地質(zhì)條件

本場(chǎng)區(qū)地勢(shì)較高且起伏較大，不利于地表水的賦存和集聚，僅在雨季有短暫地表水流。

地下水主要類型為孔隙水及基巖裂隙水，大氣降水為其主要補(bǔ)給來(lái)源。前者主要賦存于第四系松散層中，孔隙含水量隨季節(jié)變化；后者賦存于巖石裂隙中，其透水性及富水性不均勻。地下水以側(cè)向滲流的形式向溝谷排泄或蒸發(fā)。

2.2 原設(shè)計(jì)情況

2.2.1 邊坡穩(wěn)定性分析

線位在山體中部通過(guò)，左側(cè)邊坡切削范圍較大，巖層產(chǎn)狀318°～320∠18°～36°，坡面為320∠45°，視傾角26°，順傾。根據(jù)邊坡地質(zhì)調(diào)繪和勘察結(jié)果，擬建邊坡上部為粉質(zhì)黏土和碎石土及強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，受雨水浸泡后易軟化，易產(chǎn)生沖刷變形破壞。巖層層面及裂隙J2走向和邊坡走向相近，傾向16°～36°之間，加之裂隙J1切割，其組合最易產(chǎn)生順層滑坡。

鉆孔揭示為巖質(zhì)邊坡未見(jiàn)地下水。邊坡按10 m分級(jí)，第一、二級(jí)1∶1，最上兩級(jí)1∶1.25；邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，正常工況下安全系數(shù)K=1.291，滿足規(guī)范要求；非正常工況下安全系數(shù)K=1.124，滿足規(guī)范要求。

邊坡選取控制性K4+110斷面進(jìn)行驗(yàn)算，力學(xué)參數(shù)取值參考有關(guān)試驗(yàn)值，并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)確定，設(shè)計(jì)指標(biāo)采用值見(jiàn)表1。

表1 巖土層力學(xué)參數(shù)建議值Table1 Suggestedvalueofmechanicalparametersofrock地層序號(hào)容重/(kN·m-3)巖(土)層名稱層厚/m黏聚力c/kPa內(nèi)摩擦角φ/(°)①19粉質(zhì)粘土 10～15 2019②195全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖 50～1202223③21強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖190～2502727④22中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖>200

2.2.2 邊坡加固

根據(jù)以上地質(zhì)條件和穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)，采取以下邊坡加固防護(hù)措施：

① 路塹邊坡采用臺(tái)階式邊坡，上緩下陡，每10 m分一級(jí)，第一、二級(jí)1∶1，最上兩級(jí)1∶1.25。第三級(jí)平臺(tái)寬12 m，其余各級(jí)平臺(tái)寬2 m。

② 邊坡防護(hù)、加固

一級(jí)采用錨桿格子梁植草防護(hù)，錨桿格子梁未覆蓋處采用客土噴播植草防護(hù)；二級(jí)采用預(yù)應(yīng)力錨索格子梁植草防護(hù)，錨索格子梁未覆蓋處均采用客土噴播植草防護(hù)，單孔錨索采用4束，單孔設(shè)計(jì)錨固噸位500 kN，設(shè)計(jì)鎖定錨固噸位580 kN；三級(jí)、四級(jí)采用人字型骨架植草防護(hù)。

邊坡坡腳設(shè)置邊溝，路塹頂5 m外設(shè)C20混凝土預(yù)制塊截水溝，邊坡平臺(tái)處設(shè)置平臺(tái)排水溝，平臺(tái)排水溝采用C20預(yù)制塊，直角梯形斷面，底寬40 cm，深30 cm，平臺(tái)截水溝通過(guò)引流槽或急流槽將坡面水引至截水溝或邊溝。

在第一級(jí)設(shè)置仰斜式排水管，排水斜孔孔口設(shè)于錨桿格梁的最下一級(jí)橫梁下部，水平間距10 m，排水孔徑130 mm，孔內(nèi)填充φ110 mm硬塑透水管，里端采用2層無(wú)紡布包封。

2.3 滑坡發(fā)展過(guò)程

2.3.1 第一次滑塌情況

現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖后，2016年3月30日晚K4+050～K4+110段左側(cè)第三級(jí)邊坡發(fā)生滑塌，第三級(jí)邊坡頂部12 m寬平臺(tái)靠外側(cè)5.5 m左右塌陷(見(jiàn)圖1)。

圖1 第三級(jí)邊坡滑塌現(xiàn)場(chǎng)

2.3.2 第二次滑塌情況

2016年4月18日對(duì)第三級(jí)平臺(tái)消坡減載，平臺(tái)寬度由原設(shè)計(jì)的12 m減少至5 m，開(kāi)挖至坡腳以上3 m處，第三級(jí)坡面K4+072～K4+100出現(xiàn)縱向裂紋，深度約0.8～0.9 m。

2.3.3 第三次滑塌情況(見(jiàn)圖2)

2016年4月20日將第三級(jí)平臺(tái)寬度減少至4 m并開(kāi)挖至第三級(jí)坡腳后，4月21日第三級(jí)邊坡K4+085～K4+120段坡面出現(xiàn)縱向裂紋，深度0.6～0.8 m。

當(dāng)?shù)谌?jí)邊坡平臺(tái)寬度減至4 m并刷坡至距坡腳4 m位置時(shí)，K4+062～K4+098出現(xiàn)淺層滑塌，且最深處達(dá)2 m，為防止雨水沿裂縫灌入坡體，用彩條布對(duì)裂縫進(jìn)行覆蓋。

2.4 滑坡形成機(jī)理

① 巖性： 邊坡巖性是直接影響邊坡整體穩(wěn)定的根本因素。該段邊坡地層巖性從上至下依次為粉質(zhì)黏土、強(qiáng)-中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，受雨水浸泡后易軟化，易產(chǎn)生沖刷變形破壞。巖層產(chǎn)狀318°～320°∠18°～36°，與坡向320°呈小角度斜交順傾，節(jié)理裂隙發(fā)育，易產(chǎn)生巖層順層滑動(dòng)、剝落破壞。

圖2 第三級(jí)邊坡坡面裂縫

② 施工擾動(dòng)： 施工過(guò)程中，防護(hù)施工往往滯后時(shí)間較長(zhǎng)，初期處于應(yīng)力調(diào)整且發(fā)生松弛的巖體沒(méi)有得到及時(shí)加固，變形沒(méi)有得到有效限制。

③ 雨水： 雨水是影響邊坡穩(wěn)定的主要因素之一。沿節(jié)理裂隙下滲的雨水不僅軟化巖體，降低了巖體的抗拉、抗剪強(qiáng)度，而且使得巖層及節(jié)理面得到潤(rùn)滑，巖體易沿著軟弱結(jié)構(gòu)面滑動(dòng)而產(chǎn)生邊坡塌方。本項(xiàng)目所在地區(qū)雨量充沛，邊坡防水尤為重要。

現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖后揭示邊坡自上而下依次為坡積碎石土、全-強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、強(qiáng)-中風(fēng)化泥巖。雨水容易通過(guò)表層碎石土并沿著風(fēng)化裂隙下滲，下層的強(qiáng)-中風(fēng)化泥巖層透水性差，易形成隔水層，水不能下滲而導(dǎo)致泥巖層上部土層積水。坡頂截水溝開(kāi)挖后沒(méi)有及時(shí)鋪設(shè)預(yù)制塊或覆蓋防水彩條布，形成天然水溝。暴雨天氣，大量雨水通過(guò)坡頂土溝滲入坡體，軟化巖土體后抗剪強(qiáng)度降低，巖土體發(fā)生滑塌，導(dǎo)致邊坡出現(xiàn)多道貫通裂縫。

3 滑坡處治和效果

3.1 處治方案

① 利用第三級(jí)寬平臺(tái)進(jìn)行削坡減載，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)清理并測(cè)量坍塌范圍及深度，確定第三級(jí)平臺(tái)寬度由12 m減至4 m，第三級(jí)邊坡坡率調(diào)整為1∶1.5；第二級(jí)平臺(tái)寬度由2 m增至5 m，第二級(jí)邊坡坡率調(diào)整為1∶1.25；第一級(jí)邊坡平臺(tái)寬度及坡率維持原設(shè)計(jì)不變。邊坡防護(hù)按原設(shè)計(jì)執(zhí)行，第二、三級(jí)邊坡采用錨索框格梁防護(hù)，第一級(jí)邊坡采用錨桿框格梁防護(hù)。

② 第二級(jí)、第三級(jí)邊坡增加臨時(shí)防護(hù)： 一邊刷坡，一邊噴射5 cm厚C20混凝土快速封閉邊坡表面，以防止雨水下滲，第三級(jí)平臺(tái)裂縫用C20混凝土充填封閉。

③ 第二級(jí)、第三級(jí)邊坡施做臨時(shí)支護(hù)，打入Φ32 mm錨桿同時(shí)預(yù)留錨索施工位置(見(jiàn)圖3)。錨桿長(zhǎng)度6 m，錨孔下傾35°。

圖3 邊坡臨時(shí)錨桿分布Figure 3 Distribution of temporary anchor rod in slope

④ 坡面框格梁以外部分采用漿砌片石封閉，片石護(hù)坡需設(shè)泄水孔，泄水孔采用直徑10 cm的PVC排水管，其后用碎石作反濾層，體積為20×20×15 cm3,最下一排反濾層的防滲土工布連續(xù)鋪設(shè)。泄水孔按間距2～3 m梅花形布置，最下一排泄水孔距下方水溝底50 cm。

⑤ 原預(yù)制平臺(tái)截水溝改為現(xiàn)澆鋼筋混凝土，平臺(tái)截水溝外側(cè)采用5 cm厚C20混凝土封閉硬化，每10 m長(zhǎng)度設(shè)2 cm伸縮縫，并采用瀝青麻筋填塞。

3.2 治理效果

施工過(guò)程中，刷坡減載按自上而下、開(kāi)挖一級(jí)防護(hù)一級(jí)，從邊坡兩側(cè)往中間順序跳槽施工。刷坡、噴混、臨時(shí)錨固、錨桿、錨索框格梁等施工銜接緊湊；平臺(tái)排水溝、截水溝等施工應(yīng)避免雨水進(jìn)入開(kāi)挖溝體，澆筑后應(yīng)保證平臺(tái)及坡頂匯水能順利流入水溝。

由圖4可知: 此滑坡病害已得到有效治理并取得較好效果，同時(shí)驗(yàn)證了本文理論分析的正確性和治理方案的有效性。

圖4 邊坡經(jīng)治理后的效果Figure 4 The effect of slope treatment

4 結(jié)語(yǔ)

本文以在建云湛高速公路中具有代表性的K4+020～K4+199左側(cè)路塹高邊坡順層滑坡病害為工程背景，通過(guò)對(duì)工程地質(zhì)條件、原設(shè)計(jì)方案和施工現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行分析，揭示了巖性、雨水和施工擾動(dòng)是導(dǎo)致滑坡病害的關(guān)鍵因素。結(jié)合工程現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)原設(shè)計(jì)和施工方案進(jìn)行優(yōu)化，取得了較好的效果，并得到如下結(jié)論：

① 巖性是影響邊坡整體穩(wěn)定的根本因素，巖層與邊坡呈小角度斜交順傾且節(jié)理裂隙發(fā)育，易產(chǎn)生巖層順層滑動(dòng)，可通過(guò)放緩邊坡、削坡減載等減小坡體滑移量。

② 雨水是影響邊坡穩(wěn)定的關(guān)鍵因素，雨水沿節(jié)理裂隙下滲軟化巖體，降低了巖體抗拉、抗剪強(qiáng)度，致使坡體順軟弱結(jié)構(gòu)面滑移破壞，可通過(guò)鋪設(shè)彩條布、設(shè)置現(xiàn)澆鋼筋混凝土截水溝、噴射混凝土快速封閉平臺(tái)、漿砌片石封閉坡面、設(shè)置泄水孔等措施有效地控制雨水的影響。

③ 實(shí)際施工中，防護(hù)施工滯后導(dǎo)致巖體后期變形未得到有效控制，可通過(guò)坡面噴射混凝土、設(shè)置臨時(shí)錨桿加固松弛的巖體，為邊坡防護(hù)施工爭(zhēng)取時(shí)間。

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Analysis of Formation Mechanism and Treatment of Highway Bedding Landslide in Western Guangdong

LIN Jianye, LI Bo, ZHANG Zhihe, LIN Zhuanghong

(Gangdong Nanyue Transportation Investment & Construction Co., Ltd., Guangzhou, Guangdong 510100, China)

The engineering geological conditions, the original design scheme and construction site condition is analyzed based on the typical bedding landslide of high cutting slope in YunZhan highway under construction. We get the lithology, rain and the construction disturbance is the key factor of landslide disease.The original design and construction scheme is optimized according to the influencing factors of bedding landslide disease. The bedding landslide disease has been effectively managed and achieved good results by reducing the slope rate, rapid sealing slope, temporary support measures, etc. The research results can provide certain reference for design and construction of similar projects in Western Guangdong.

bedding landslide; the formation mechanism; seal the slope; temporary support measures

2016 — 10 — 10

林建業(yè)(1975- )，男，廣東揭陽(yáng)人，高級(jí)工程師，主要從事高速公路工程管理工作。

U 418.5+5

A

1674 — 0610(2016)06 — 0141 — 04