李宏杰

云南省建設(shè)投資控股集團(tuán)有限公司國際工程部 云南 昆明 650500

我國目前關(guān)于邊坡失穩(wěn)機(jī)理的研究較多，普遍認(rèn)為造成邊坡失穩(wěn)的因素有邊坡開挖、軟弱夾層、地表水入滲、巖體結(jié)構(gòu)面等，但是關(guān)于邊坡失穩(wěn)治理措施的研究相對較少，這表示治理方案設(shè)計(jì)及實(shí)施還需要進(jìn)一步強(qiáng)化[1]?，F(xiàn)階段在邊坡失穩(wěn)治理中應(yīng)用較多的措施有設(shè)置排水溝、設(shè)置排水孔、夯填處理地表裂縫、設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索地梁、設(shè)置截水溝等，這些措施也將被應(yīng)用在本次邊坡失穩(wěn)治理中，均能夠獲得較為理想的邊坡失穩(wěn)治理成果。

1 邊坡失穩(wěn)機(jī)理及治理措施研究價值

邊坡失穩(wěn)導(dǎo)致的滑坡等事故屬于常見的地質(zhì)災(zāi)害類型，據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，滑坡這一地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生頻率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于泥石流、山體崩塌等其他地質(zhì)災(zāi)害，每年都會造成較為嚴(yán)重的人員傷亡和財產(chǎn)損失[2]。順層邊坡則是失穩(wěn)現(xiàn)象發(fā)生頻率較高的一種邊坡類型，這是因?yàn)榇祟愋瓦吰聨r層的穩(wěn)定程度和強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他邊坡類型。在早期研究中，普遍認(rèn)為順層緩傾軟巖高邊坡出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象的概率較多，判斷依據(jù)是巖層傾角及結(jié)構(gòu)面具有優(yōu)勢；但實(shí)際情況表明，此類型邊坡的失穩(wěn)事故依然較為常見[3]。由此可見，需要強(qiáng)化對順層緩傾軟巖高邊坡邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象的治理，以此來確保高速公路工程的安全穩(wěn)定運(yùn)行，想要制定針對性治理方案、采取科學(xué)化治理措施，便需要明確邊坡失穩(wěn)機(jī)理及邊坡失穩(wěn)破壞機(jī)制。

2 某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡失穩(wěn)概況

2.1 基本情況

某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡為深挖路塹邊坡，等級為4級，地層巖性為第四系全新統(tǒng)殘坡積物、二疊系上統(tǒng)上石盒子組沉積巖（中風(fēng)化頁巖、中風(fēng)化砂巖）；有兩條發(fā)育斷層，一條斷層的破碎帶寬度為25-50cm，另一條斷層的破碎帶寬度為90-190cm。在邊坡開挖過程中，坡體出現(xiàn)了較大程度的變形破壞，具體表現(xiàn)如下：坡體頂部存在若干條拉張裂縫、坡體表面存在多處掉塊和脫落情況、坡體底部呈現(xiàn)為明顯的剪出特征。由此可見，某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡已經(jīng)出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的失穩(wěn)問題，隨時可能出現(xiàn)整體坍塌情況，如果不進(jìn)行針對性治理，會對周邊村莊及耕地的安全產(chǎn)生威脅。

2.2 地形地貌

某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡整體地形呈現(xiàn)為北高南低、起伏較大的特征，整體地質(zhì)條件相對較差，具體如圖1、圖2所示。通過下圖可知，某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡山梁前沿有一條已經(jīng)發(fā)育完全的近東西向沖溝，此為區(qū)內(nèi)主溝，切割深度為45-100m，為“U”字型；山梁東西兩側(cè)各自有一條已經(jīng)發(fā)育完全的小型沖溝，切割深度為10-20m，為“V”字型。邊坡開挖已經(jīng)改變了邊坡原有的地形地貌，已經(jīng)形成的人工邊坡坡體頂部與坡體底部的高度差為30m。

圖1 某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡平面圖

圖2 某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡剖面圖

2.3 水文條件

某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡的地表水沒有發(fā)育，因此沖溝一般呈現(xiàn)為無水狀態(tài)，但是在暴雨季節(jié)，由于自然降水會出現(xiàn)洪水流出情況，此時沖溝也會受到一定的沖刷和侵蝕。具體來講，在雨季，一部分自然降水會形成地表水自然從高處流向低處，一部分自然降水會直接下滲轉(zhuǎn)變?yōu)榈叵滤Ｔ诠こ炭辈爝^程中，未發(fā)現(xiàn)邊坡所在地存在地下水資源。

3 某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡失穩(wěn)機(jī)理

3.1 邊坡失穩(wěn)特征

在邊坡開挖工程開始之后，坡體表面便開始出現(xiàn)裂縫，裂縫范圍長度為150m，寬度范圍為100m。由于坡體頂部為村莊和耕地，某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡失穩(wěn)加劇了村莊附近東西向張拉裂縫的發(fā)育，使得裂縫的長度延伸了10-40m，寬度延伸了5-15cm。邊坡右側(cè)斷層、坡體底部沿頁巖軟弱夾層已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的剪出特征，這表示邊坡失穩(wěn)的整體特征為順層滑移和拉裂式破壞。

3.2 邊坡失穩(wěn)機(jī)理分析

3.2.1 結(jié)構(gòu)面條件

工程邊坡失穩(wěn)與結(jié)構(gòu)面條件有著密不可分的關(guān)系，并且不同結(jié)構(gòu)面條件導(dǎo)致的巖體破壞模式不同，可見明確邊坡結(jié)構(gòu)面條件是分析邊坡失穩(wěn)機(jī)理的重要條件。現(xiàn)對某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡失穩(wěn)范圍內(nèi)的45條巖體縫隙進(jìn)行分析及統(tǒng)計(jì)，以此為依據(jù)繪制了圖3所示的結(jié)構(gòu)面裂隙走向圖。通過下圖可知，邊坡失穩(wěn)范圍內(nèi)的主要結(jié)構(gòu)面裂隙有4組，其走向分別為5°（編號為J1）、34°（編號為J2）、55°（編號為J3）、279°（編號為J4）。J1、J2、J3與邊坡開挖面的相交角度較大，屬于穩(wěn)定型結(jié)構(gòu)面，但是會對巖體造成切割破壞影響，J1還能夠控制邊坡結(jié)構(gòu)的右側(cè)邊界。J4位于邊坡結(jié)構(gòu)的同側(cè)，屬于不穩(wěn)定型結(jié)構(gòu)面，會對巖體造成控制破壞影響，是對邊坡穩(wěn)定程度破壞最為顯著的結(jié)構(gòu)面；并且J4所在邊坡為順層邊坡，該邊坡的穩(wěn)定程度直接關(guān)系到了整體邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定程度。

圖3 結(jié)構(gòu)面裂隙走向圖

3.2.2 工程地質(zhì)條件

某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡的主要底層巖體為頁巖、砂巖、中風(fēng)化泥巖，具體是以中風(fēng)化泥巖為主、部分為砂巖、中間夾雜著頁巖，且結(jié)構(gòu)面發(fā)育程度和結(jié)合程度較差，多見巖屑、泥質(zhì)巖層。由此可見，此邊坡為軟巖地層，基本特征是容易風(fēng)化、強(qiáng)度較低、遇水容易軟化、失水容易崩塌，地質(zhì)條件相對較差；例如，頁巖為泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，其強(qiáng)度較低，膠結(jié)程度較差，構(gòu)造較為不穩(wěn)定，不良的地質(zhì)條件是邊坡失穩(wěn)的根本因素。

3.2.3 邊坡開挖因素

邊坡開挖為邊坡滑動創(chuàng)造了臨空空間，這是因?yàn)檫吰麻_挖造成了某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡坡體應(yīng)力回彈，導(dǎo)致了初始位移，坡體表面縫隙進(jìn)一步擴(kuò)展，增加了自然降水的滲入概率；坡體底部開挖降低了坡體的阻滑作用，當(dāng)阻滑作用小于下滑力量時，坡體便會沿著軟土夾層面剪出，坡體頂部裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展，自然降水通過裂縫侵蝕巖體結(jié)構(gòu)和裂縫，最終使得各個裂縫結(jié)構(gòu)和軟化結(jié)構(gòu)相通，形成滑動面。

3.2.4 自然降水因素

盡管在工程勘察過程中未發(fā)現(xiàn)某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡所在地存在地下水資源，但是在自然降水期間，坡體底部斷層面及剪出面已經(jīng)開始有地下水滲出，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要原因是自然降水沿著邊坡的張拉裂縫和坡體表面原有的結(jié)構(gòu)縫隙大量滲入，并且張拉裂縫、結(jié)構(gòu)縫隙、斷層面、剪出面結(jié)構(gòu)已經(jīng)呈現(xiàn)為局部貫通狀態(tài)，表示地下水已經(jīng)有足夠的通道外泄，致使自然降水能夠從坡體頂部和坡體表面一直滲透到坡體底部，最終從坡體底部排出。在自然降水條件下，邊坡自身的質(zhì)量會被增加，并且降水會對邊坡產(chǎn)生潤滑和軟化作用，進(jìn)一步增加了邊坡的軟化程度和下滑程度，過多的自然降水是邊坡失穩(wěn)的助推因素。

4 某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡失穩(wěn)治理措施

4.1 邊坡失穩(wěn)治理原則

第一，盡量做到一次性根治原則，需要全面掌握邊坡失穩(wěn)機(jī)理，在設(shè)計(jì)治理方案時盡量一次性根治失穩(wěn)問題和已經(jīng)形成的災(zāi)害，做到不留后患[4]；同時邊坡失穩(wěn)措施也需要落實(shí)到位，考慮到邊坡失穩(wěn)治理工程較為特殊和復(fù)雜，在采取任何治理措施之前都需要做好安全防護(hù)，在確保安全程度的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)全面治理。第二，綜合治理原則，邊坡失穩(wěn)往往受到了多方因素的共同影響，每個因素產(chǎn)生的影響又能夠分為作用影響和誘發(fā)影響，進(jìn)行邊坡失穩(wěn)治理需要從綜合角度出發(fā)，在采取單項(xiàng)治理措施的同時，還需要采取綜合治理措施，在獲得綜合治理效果的同時，準(zhǔn)確把握各項(xiàng)作用因素和誘發(fā)因素[5]。第三，技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)可行性原則，邊坡失穩(wěn)方案制定及邊坡失穩(wěn)措施落實(shí)需要符合施工單位的技術(shù)水平，治理成本需要在施工單位能夠承擔(dān)的范圍內(nèi)，以此來確保技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的合理性，這需要對多項(xiàng)治理方案進(jìn)行性分析對比，在保證治理效果的基礎(chǔ)上，盡量選擇性價比較高的治理方案，同時避免施工方案與現(xiàn)有工程布局發(fā)生較大沖突，避免治理措施無法準(zhǔn)確落實(shí)。

4.2 整體邊坡失穩(wěn)治理方案

針對某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡失穩(wěn)實(shí)際情況，為了進(jìn)一步解決邊坡失穩(wěn)問題，確保周邊房屋、人員、高速公路的安全，現(xiàn)制定如下治理方案[6]。第一階段為應(yīng)急處理方案，目的是避免失穩(wěn)問題進(jìn)一步擴(kuò)大：設(shè)置微型鋼管樁群及截水溝對坡體范圍內(nèi)的地表水進(jìn)行攔截，應(yīng)用三七灰土夯實(shí)處理坡體表面的裂縫，以此來減緩坡體變形情況。第二階段為問題解決方案，目的是在放緩邊坡失穩(wěn)問題發(fā)生速度的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對邊坡失穩(wěn)問題的徹底治理：在一級平臺至二級坡面中部位置設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁，以此來阻抗中層和深層滑坡；在三級坡面位置設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索地梁，以此來縮小中層和深層滑體的變形范圍；在坡體表面其余位置設(shè)置窗孔式護(hù)面墻，以此來進(jìn)行防護(hù)；設(shè)置仰斜排水孔和排水溝，以此來排水。經(jīng)過實(shí)施，本次邊坡失穩(wěn)治理方案具有顯著治理效果。

4.3 具體邊坡失穩(wěn)治理流程

4.3.1 第一階段治理流程

第一，設(shè)置微型鋼管樁群。在邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象最為嚴(yán)重位置處，沿著裂縫的走向設(shè)置微型鋼管樁群，具體需要按照4排3列12根的模式布置微型鋼管樁群，微型鋼管的行距為0.7m，列距為0.7m[7]。微型鋼管樁群中間設(shè)置一根108鋼管，鋼管內(nèi)部設(shè)置了三根鋼筋，隨后向鋼管及微型鋼管中注入M35水泥，微型鋼管樁群頂部應(yīng)用C30鋼筋混凝土承臺進(jìn)行連接。

第二，設(shè)置截水溝。在邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象最為嚴(yán)重位置外側(cè)設(shè)置截水溝，以此來將地下水引入到排水系統(tǒng)中，截水溝寬度為0.6m，高度為0.6m，厚度為0.3m。

第三，夯實(shí)處理坡體表面的裂縫。應(yīng)用三七灰土夯實(shí)處理坡體表面和失穩(wěn)范圍周邊的裂縫。

4.3.2 第二階段治理流程

第一，設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁，整體設(shè)置如圖4所示。一級平臺頂部位置分別設(shè)置了A型、B型、C型三種錨索抗滑樁，三種錨索抗滑樁樁身均應(yīng)用C30鋼筋混凝土砌筑，樁間距均為6m[8]。

圖4 預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁設(shè)置圖

第二，設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索地梁。在三級坡面位置設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索地梁，預(yù)應(yīng)力錨索地梁均應(yīng)用C30鋼筋混凝土砌筑。

第三，設(shè)置窗孔式護(hù)面墻。在一級邊坡、二級邊坡、三級邊坡、四級邊坡位置設(shè)置窗孔式護(hù)面墻，墻的頂部寬度為0.4m，墻的底部寬度為0.9m，孔式護(hù)面墻內(nèi)部需要植入耕植土，并且種植花草進(jìn)行綠化。

第四，設(shè)置仰斜排水孔。在一級邊坡和三級邊坡位置設(shè)置仰斜排水孔，排水孔間距均為6m。

第五，設(shè)置排水溝。在第三級平臺、第四級平臺設(shè)置排水溝，以此來將地下水引入到排水系統(tǒng)中，排水溝寬度為0.6m，長度為0.6m，厚度為0.3m。

5 結(jié)束語

某高速公路出現(xiàn)順層緩傾軟巖高邊坡失穩(wěn)問題的內(nèi)在因素是邊坡體結(jié)構(gòu)面發(fā)育不夠良好，即所在工程地質(zhì)條件較差；直接因素是邊坡開挖面，即外界工程施工直接誘發(fā)了邊坡失穩(wěn)；加劇因素是自然降水，即降水進(jìn)一步增加了邊坡失穩(wěn)的嚴(yán)重程度。想要做好對某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡失穩(wěn)的科學(xué)治理，首先需要制定整體治理方案，其次需要分階段開展具體治理流程，實(shí)現(xiàn)徹底治理，同時實(shí)現(xiàn)對邊坡巖體的加固，降低后續(xù)失穩(wěn)事件發(fā)生概率。