蔡智明

（福建省高速公路集團(tuán)有限公司三明管理分公司，三明 365000）

0 引言

煤系地層通常指含有煤層的沉積巖地層， 其多為連續(xù)沉積。其典型的工程地質(zhì)特征是巖層軟硬不均，層間膠結(jié)較差，結(jié)構(gòu)松散，且遇水易軟化，結(jié)構(gòu)易破壞導(dǎo)致強(qiáng)度喪失等特點； 該地層受地下水或其它外營力作用下易形成軟弱夾層，具隔水、含水和強(qiáng)度軟弱等特點[1-3]。

在福建臺風(fēng)、持續(xù)強(qiáng)降雨多發(fā)地區(qū)，受地表水入滲影響，坡體內(nèi)煤系地層遇水軟化，力學(xué)指標(biāo)大幅降低，成為路塹高邊坡變形、滑坡復(fù)活等地質(zhì)災(zāi)害的主要因素，給道路建設(shè)和運(yùn)營安全帶來較大的安全隱患。 本文以福建省三明地區(qū)某運(yùn)營高速公路路塹高邊坡為例， 對含煤系地層的高邊坡變形破壞機(jī)理進(jìn)行探討， 并對其工程處治方案進(jìn)行分析，為將來類似的邊坡防治提供一定參考借鑒。

1 工程概況

本段邊坡位于運(yùn)營的泉南高速公路K202+365～K202+530 段右側(cè)，邊坡坡率較緩，主要防護(hù)工程措施是第1 級設(shè)置護(hù)腳墻與漿砌片石貼坡；第2 級、第3 級坡率均為1∶2，預(yù)應(yīng)力錨索加固防護(hù)；第4 級坡率1∶2，拱型骨架植草防護(hù)。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地貌地質(zhì)

場區(qū)為丘陵地貌， 丘陵自然坡度一般為10～30°，地下水和植被較發(fā)育，坡頂部較平緩。

邊坡巖體主要為第四系覆蓋層及二疊系的粉砂巖（圖1）。 坡體上覆坡殘積砂質(zhì)粘性土，局部夾角礫；下覆基巖為砂土狀至碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖，粉粒薄層狀構(gòu)造，風(fēng)化裂隙發(fā)育；砂土狀強(qiáng)風(fēng)化至中風(fēng)化炭質(zhì)粉砂巖，灰黑色，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，炭質(zhì)膠結(jié)，薄層狀構(gòu)造，風(fēng)化裂隙發(fā)育。

夾煤系地層，其為黑色，結(jié)構(gòu)面呈黑亮色，薄層狀構(gòu)造，風(fēng)化裂隙發(fā)育。

圖1 主斷面坡體防護(hù)與工程地質(zhì)圖

區(qū)內(nèi)巖體風(fēng)化嚴(yán)重、節(jié)理裂隙發(fā)育，為順層邊坡，其中煤系地層含水量較高，為易滑地層，為該邊坡發(fā)生變形的地質(zhì)基礎(chǔ)。 根據(jù)地質(zhì)赤平投影圖（圖2）所示，邊坡層理為順傾，為最不利結(jié)構(gòu)面。

圖2 節(jié)理產(chǎn)狀赤平投影

2.2 水文地質(zhì)

場區(qū)屬中亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，雨量充沛，年平均降水量約為1800mm。 區(qū)內(nèi)地表水主要為大氣降雨地表水，地表徑流條件較差，排水不暢，地表水容易補(bǔ)給地下水，地下水較發(fā)育，坡腳仰斜排水孔常流水。 砂土狀炭質(zhì)粉砂巖及煤系地層容易隔水， 造成坡體巖體透水性一般，地下水不易向下順利排泄，僅能通過煤系地層與上下地層接觸面排泄， 誘發(fā)坡體容易沿軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生變形，場區(qū)地下水直接受大氣降水補(bǔ)給，具有明顯季節(jié)特征。

3 變形病害及原因分析

3.1 邊坡病害變形現(xiàn)狀

坡體變形病害主要表現(xiàn)如下：

坡面結(jié)構(gòu)物破損主要有坡面第2 級局部2 孔錨頭崩裂，1 根框架梁斷開破壞；地表破壞主要有邊坡坡頂2 道張開拉裂，多級邊坡平臺下錯拉裂，第1 級腳墻上部呈現(xiàn)貫通的V 字型剪出變形（圖3）。

經(jīng)調(diào)查，本段邊坡在工程建設(shè)期間曾變形破壞，后采用清理滑體， 放緩邊坡， 增設(shè)預(yù)應(yīng)力加固等綜合措施處治。本次坡體變形主要體現(xiàn)于坡體滑動變形特征，前緣剪出口位于早期變形剪出口位置，變形范圍相當(dāng)。

3.2 變形分析

該滑坡前緣剪出口貫通，中部滑移沉陷，左右側(cè)界基本貫通，后緣產(chǎn)生新張開裂縫，及存在沿前期老滑面變形跡象。 其滑移主軸方向基本與線路垂直， 變形體寬度約85m、長度約78m、最大厚度約16m，滑坡體達(dá)3.1×104m3，屬于小型的基巖滑坡地質(zhì)災(zāi)害。

滑坡體前緣剪出變形嚴(yán)重，受持續(xù)強(qiáng)降雨影響，地表水富集于煤系地層，加劇巖體力學(xué)指標(biāo)的弱化，易加劇現(xiàn)有滑體的變形發(fā)展，存在突發(fā)滑坡變形可能；同時可誘發(fā)滑坡后緣穩(wěn)定場區(qū)次生變形，演變?yōu)檩^大規(guī)?；?，對滑坡前部高速公路的運(yùn)營通車形成重大威脅。

3.3 變形原因分析

結(jié)合邊坡施工、工程地質(zhì)條件、變形發(fā)展等分析，邊坡發(fā)生變形主要因素如下：

2017 年6 月至8 月， 該地區(qū)遭遇持續(xù)性強(qiáng)降雨，連續(xù)的強(qiáng)降雨成為該滑坡的誘發(fā)外因[4]。

邊坡巖體結(jié)構(gòu)破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，風(fēng)化劇烈，空隙、裂隙較多，有利于大氣降雨的地表水下滲補(bǔ)給；而砂土狀炭質(zhì)粉砂巖及煤系地層容易隔水， 地下水僅能通過煤系地層與上下地層接觸面排泄， 誘發(fā)坡體沿軟弱結(jié)構(gòu)面發(fā)生變形；同時煤系地層遇水浸泡抗剪強(qiáng)度降低，形成軟弱滑帶，這是發(fā)生坡體變形的主要內(nèi)因。

邊坡曾發(fā)生淺層變形失穩(wěn)， 原滑坡松散體未完全清除，受地表水入滲影響，易吸水飽和，增加滑體重量，加劇坡體變形；同時，原既有滑面未刷方清除，成為本次坡體變形的軟弱滑動面，致使滑坡沿原滑坡變形發(fā)展。

4 穩(wěn)定性分析

結(jié)合巖土勘察指標(biāo)，利用反演法，通過邊坡極限平衡理論反算坡體滑帶力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)。

結(jié)合前文分析， 本滑坡現(xiàn)階段變形發(fā)展處于蠕動擠壓階段，評價其主斷面坡體穩(wěn)定狀態(tài)約為1.0～1.05。 以邊坡主斷面K202＋460 進(jìn)行量化計算分析， 選用較為嚴(yán)格的剛體極限平衡方法——Morgensten&Price 法， 采用Slide 軟件進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性反演計算，計算上、下層滑坡穩(wěn)定系數(shù)淺層為1.01，深層為1.045，如圖4 所示[5-7]。

圖4 K202＋460 斷面穩(wěn)定性分析

反算滑帶巖體強(qiáng)度指標(biāo)詳見表1。

表1 滑坡巖體強(qiáng)度指標(biāo)表

5 治理工程方案

5.1 方案分析

通過上述對本段邊坡變形發(fā)展過程、工程地質(zhì)條件、變形影響因素等綜合分析， 對本段邊坡變形病害提出三個綜合治理方案。

方案一：坡面原位預(yù)應(yīng)力補(bǔ)強(qiáng)加固。其主要工程措施為，在邊坡坡面空隙部位增設(shè)第1 級700kN，第2 級、第3級設(shè)450kN 預(yù)應(yīng)力錨索加固工程。 邊坡加固后穩(wěn)定性分別為淺層1.496，深層1.233，工程造價約460 萬元。

圖5 坡面原位加固穩(wěn)定性計算

方案二：抗滑樁結(jié)合坡面錨索補(bǔ)強(qiáng)加固。其主要工程措施為，在第2 級平臺上增設(shè)13 根2.5m×2m 抗滑樁，第3 級增設(shè)8 片預(yù)應(yīng)力錨索框架。 邊坡加固后穩(wěn)定性分別為淺層4.636，深層1.242，工程造價約625 萬元。

方案三：刷方卸荷及坡面補(bǔ)強(qiáng)加固。其主要工程措施為，考慮邊坡刷方征地線控制，第2 級設(shè)置22m 寬平臺，第3 級坡率為1∶1.25，第4 級坡率為1∶1.5，對滑坡上部進(jìn)行刷方卸載；同時在第1 級、第2 級、第3 階增設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索框架加固。 邊坡加固后深層穩(wěn)定性1.242，工程造價約430 萬元。

圖6 抗滑樁支擋穩(wěn)定性計算

圖7 卸載加固穩(wěn)定性計算

5.2 方案比選

方案一采用原位加固措施，考慮邊坡具體情況，主要依靠預(yù)應(yīng)力錨索等對松散滑體進(jìn)行強(qiáng)加固， 其長期有效性和可靠性難以滿足； 且由于坡體存在既有滑面等薄弱面，受外界降雨等影響，可持續(xù)弱化，邊坡存在再次變形可能，難以根治。

方案二采用抗滑樁支擋方案， 其可以有效對滑坡進(jìn)行工程治理，且邊坡上部坡率較緩，有寬平臺，具備設(shè)置抗滑樁條件。但鑒于本滑坡下部存在煤系地層等軟層，且本滑坡變形量值較大， 開挖抗滑樁坑， 存在一定安全風(fēng)險，同時采用抗滑樁治理費用較高，總體上該方案施工安全性與經(jīng)濟(jì)性稍差。

方案三采用卸載加固方案， 其有效的對滑坡上部進(jìn)行卸載，并清除部分淺層滑體，有效減小下滑力；同時，考慮既有滑面影響，對坡體下部和上部坡體進(jìn)行分級加固，其針對性較強(qiáng)。綜合對比，選擇該方案對本滑坡進(jìn)行工程治理。

同時，在方案三基礎(chǔ)上結(jié)合地表截排水、坡體平孔排水、坡面修復(fù)等措施對其進(jìn)行綜合治理。

6 結(jié)語

本段邊坡高約36m，坡率平緩，受坡體內(nèi)含煤系地層等影響，邊坡層多次發(fā)生變形，采用預(yù)應(yīng)力加固防護(hù)后，安全運(yùn)營近10 年，受多年強(qiáng)降雨影響，坡體再次發(fā)生滑移變形破壞，且對高速公路運(yùn)營造成較大安全影響。以本段邊坡為案例，通過對含煤系地層的變形機(jī)理、穩(wěn)定性評價及多個處治方案的對比分析， 提出了卸載減載結(jié)合預(yù)應(yīng)力加固的有效處治方案，取得了良好的工程處治效果。由此可總結(jié)， 對于類似含煤系地層、 軟層等不良地質(zhì)邊坡，應(yīng)結(jié)合邊坡具體情況，清除變形體、滑動面，或上部多卸載、下部支擋加固等綜合措施可有效對其進(jìn)行根治，本文對工程建設(shè)的此類問題具有較大參考意義。