段全江

（中交遠洲交通科技集團有限公司，河北 石家莊 050050）

0 引言

在地質(zhì)條件復(fù)雜的山區(qū)修建高速公路，由于線型的限制，必然存在大量的邊坡工程。其中巖質(zhì)順層邊坡在工程斜坡中穩(wěn)定性較差，且容易發(fā)生變形破壞，常因開挖不當、處治不及時等發(fā)生順層滑動，勢必對工程安全和施工成本造成嚴重影響。

1 工程概況

某高速K13+900—K14+068段左側(cè)在開挖約5m時，引起開口線外約30m處的高壓線塔的變形。本文對該滑坡區(qū)的地質(zhì)條件、變形特征等進行分析，提出相關(guān)處治方案，為后續(xù)該類型邊坡的設(shè)計及施工提供參考。

2 地質(zhì)環(huán)境

2.1 地形地貌

場地屬構(gòu)造剝蝕丘陵地貌區(qū)，地處山間溝谷斜坡，海拔314～450m，向西側(cè)偏南傾斜，原地面坡度25～30°，植被較為發(fā)育，覆蓋率較好?；挛挥谛逼轮猩喜?，高程在385～420m。斜坡下部為在建高速開挖堆填區(qū)，局部坡度約40°，整體地形在剖面上呈階梯狀，施工區(qū)位于斜坡中下部。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造及地層巖性

場區(qū)新構(gòu)造運動較強烈，位于騰龍背斜的南東翼，該向斜核部為三疊系下統(tǒng)銅街子組（T1t）地層，為北西翼陡、南東翼緩的不對稱向斜。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015）[3]，工作區(qū)地震動峰值加速度為0.05g，地震反應(yīng)譜特征周期定為0.45s，地震基本烈度為Ⅵ度。

受褶皺構(gòu)造影響，場區(qū)附近次級褶曲較發(fā)育，路基區(qū)巖層產(chǎn)狀為：290～295°∠22～36°，隨著路線走向傾角逐漸變緩，貫通裂隙較發(fā)育，巖體較破碎。巖體發(fā)育有兩組近正交節(jié)理，L1：150～160°∠70～73°，延伸長度大于4.0m，最大可達8m 左右，間距0.8～1.3m；L2：233～237°∠70～75°，延伸長度大于3.0～6.0m，間距0.6～1.5m。裂隙面較為平直，微張-張開狀，泥質(zhì)充填。

根據(jù)相關(guān)勘察設(shè)計資料，該段路基分布地層主要為第四系全系統(tǒng)填土（Q4me）、殘坡積碎石土（Q4el+dl）及三疊系下統(tǒng)銅街子組（T1t）。（1）填土：褐黃色、紫紅色，以粉質(zhì)黏土夾碎塊石為主，厚度約1～3m，結(jié)構(gòu)較松散，稍濕，碎塊石分選性較差，碎塊石成分主要為砂巖、泥灰?guī)r，粒徑最大可達1m，多呈次棱狀，塊石含量約占總量的30%～50%，主要分布于斜坡下方在建高速公路施工場地內(nèi)；（2）碎石土：褐黃色，松散，稍濕，母巖成分主要由強～中風(fēng)化砂巖、泥灰?guī)r組成，充填粉質(zhì)黏土；（3）泥灰?guī)r：褐灰色為主，隱晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層及中厚層構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，裂隙面間有泥質(zhì)充填，該巖體具有飽水暴曬開裂的特征；（4）砂巖：暗紫色，細粒結(jié)構(gòu)，薄層狀構(gòu)造，夾薄層泥灰?guī)r，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯呈短柱狀和餅狀。巖體的節(jié)理裂隙及層面多由泥質(zhì)充填。

2.3 水文地質(zhì)條件

場區(qū)屬中亞熱帶高原濕潤季風(fēng)氣候，年平均氣溫18.1℃，平均蒸發(fā)量1 147.2mm，多年年均降水量1 038mm。斜坡坡面無穩(wěn)定水系發(fā)育，整體坡度較陡，利于排水；在斜坡下部西側(cè)發(fā)育一季節(jié)性沖溝，沖溝溪流內(nèi)未見常年流水，僅在雨季天降暴雨時有暫時性流水，且相對高差約50m，對滑坡穩(wěn)定性影響較小。

工程區(qū)場地地下水主要有第四系松散層孔隙水、基巖裂隙水兩種類型。松散堆積層孔隙潛水主要賦存于第四系松散堆積層中，以潛水為主，主要接受大氣降水補給，滑坡區(qū)未見地下泉水出露?；鶐r裂隙水主要賦存于基巖裂隙中，以大氣降水補給為主，由于基巖裂隙分布不均勻，無統(tǒng)一水力聯(lián)系，在接受大氣降水和地表水補給后，表現(xiàn)出滲流各向異性的特點，運移帶有局限性?；鶐r裂隙水的存在可降低巖體的抗剪強度，加快巖石風(fēng)化，降低巖體的穩(wěn)定性。

根據(jù)相關(guān)資料，區(qū)內(nèi)水化學(xué)類型為HCO3--SO42--Ca2+型水，pH=7.95，屬弱堿性水，水對混凝土及鋼結(jié)構(gòu)腐蝕性等級為微腐蝕性。

2 滑坡變形破壞特征及形成機制分析

2.1 原設(shè)計及施工情況

K13+900—K14+068 段路基左側(cè)，該段路基邊坡最大高度約33.3m（對應(yīng)樁號K14+020），共四級邊坡，每10m 高設(shè)置一處2m 寬的邊坡平臺（平臺處設(shè)置平臺截水溝），坡率均為1∶1，防護形式：K13+920—K14+000 左側(cè)，一級邊坡框架錨桿，第二級邊坡掛鐵絲網(wǎng)噴播植草，第三級邊坡噴播植草。K14+000—K14+060 左側(cè)，一、二級邊坡框架錨桿，第三級邊坡掛鐵絲網(wǎng)噴播植草，第四級邊坡噴播植草。

2020 年 4 月 1 日 開 挖 ，5 日 在 開 挖 至 約 5m 時 ， 6日18：00 許邊坡出現(xiàn)裂縫，19：30 左右裂縫進一步發(fā)展，天色已晚且光線極差，第一次現(xiàn)場勘察未能登上山頂；23：00左右登上山頂后發(fā)現(xiàn)，鐵塔因基礎(chǔ)沉降已出現(xiàn)變形（220KV國網(wǎng)69號鐵塔正對路線樁號是K14+020）。塔基距坡頂截水溝的水平距離約為20m，路基邊坡開挖高度約3～5m，順層滑動導(dǎo)致塔基失穩(wěn)?；w后緣裂縫高約1.2～1.5m，寬度0.8～1.2m，滑體長度約25～35m。施工隨即停止，若該電力鐵塔一旦垮塌，極有可能影響縣城區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)正常運行，出現(xiàn)大面積停電，造成惡劣的社會影響。

2.2 滑面特征

滑動面為軟弱夾層及其與節(jié)理面組成貫通而形成。在現(xiàn)場調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，滑動面厚度約為0.5～1.1cm 泥質(zhì)夾層，充填于裂隙及層面間。該層含水量較高，透水性低，在前緣開挖后失去支撐，從而發(fā)生順層滑動。

2.3 滑坡規(guī)模及潛在危害

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，坡體上裂隙密布，已經(jīng)基本解體，在平面上呈近似三角形狀，后緣為裂隙面L1 與巖層面的交匯地帶。滑坡軸長約45m，前緣最寬處約35m，平均寬度約24m，滑體厚度約2m，主滑方向為290°，滑坡方量約0.22×104m3，為小型牽引式順層巖質(zhì)滑坡。

場區(qū)所在斜坡區(qū)域為巖質(zhì)順向斜坡，在建高速公路仍需下挖約26m，施工過程中的震動或雨季的連續(xù)降雨會使得坡體進一步發(fā)生滑移；同時電力公司由于應(yīng)急需要，將臨時鐵塔仍放置在此坡體上方。若不及時對此順層斜坡進行處置，必然會再次影響鐵塔運行及公路施工工期。

2.4 形成機理分析

該邊坡在未開挖之前，塔基已運營多年，未發(fā)生變形。開挖約5m 左右，加之場區(qū)的雨水侵蝕，變形隨之產(chǎn)生。其破壞機理表現(xiàn)為：（1）初步階段：在重力及邊坡開挖作用下，由層面及節(jié)理密集區(qū)組合形式的碎裂層狀結(jié)構(gòu)巖體，在坡體內(nèi)部發(fā)生位置變化，側(cè)向巖體約束力逐漸降低，加之雨水入滲軟化泥化夾層，巖體發(fā)生順層蠕滑；（2）滑移加速階段：軟弱結(jié)構(gòu)面與節(jié)理面密集帶貫通形成滑動面，產(chǎn)生大量裂縫，發(fā)生滑移直至破壞。

據(jù)此，邊坡破壞模式為滑移-拉裂漸進破壞，其主要控制因素為巖體結(jié)構(gòu)及層間軟弱面。同時開挖形成臨空面，為滑動提供了空間；陡傾結(jié)構(gòu)面與層面組合下將巖體切割成塊狀，降雨軟化泥化夾層，后緣裂隙中的水壓力作用下導(dǎo)致抗滑力不足，從而發(fā)生滑動。

3 滑坡穩(wěn)定性分析評價

3.1 計算工況的選取

根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30—2015）[4]及《公路滑坡防治設(shè)計規(guī)范》（JTG/T 3334—2018）[5]中相關(guān)規(guī)定，該區(qū)地震基本烈度為Ⅵ度，故不需要考慮非正常工況Ⅱ（即地震工況），僅需要考慮正常工況及非正常工況Ⅰ。工況一：正常工況，自重+地表荷載+天然狀態(tài)；工況二：非正常工況Ⅰ，自重+地表荷載+連續(xù)降雨或暴雨。

3.2 計算剖面相關(guān)參數(shù)及計算結(jié)果

選擇對應(yīng)滑坡主滑方向的K14+020 工程地質(zhì)剖面進行計算。通常情況下，滑帶的抗剪強度是根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗、室內(nèi)試驗和反算結(jié)果綜合確定，但滑帶土一般很難取得原狀樣進行室內(nèi)試驗，尤其是巖體的軟化夾層。本文根據(jù)相關(guān)手冊[6]和規(guī)范規(guī)程[4]及反算結(jié)果來確定滑帶土的參數(shù)。采用《工程地質(zhì)手冊》[6]中給出的方法進行平面滑動的計算。

將地形恢復(fù)至開挖5m 后即將發(fā)生滑動的情形進行反算，其處于整體滑動狀態(tài)，根據(jù)《公路滑坡防治設(shè)計規(guī)范》（JTG/T 3334—2108）[5]的相關(guān)要求，此時反算穩(wěn)定系數(shù)處于0.95～1.00，本次反算穩(wěn)定性系數(shù)取F=0.99。邊坡未滑動時，潛在滑面應(yīng)考慮水壓力及滑面的揚壓力。據(jù)勘察成果、滑坡穩(wěn)定性反演，并結(jié)合當?shù)亟?jīng)驗，基巖容重取23.2kN/m3，軟弱結(jié)構(gòu)面參數(shù)見表1。

表1 軟弱結(jié)構(gòu)面參數(shù)建議值

根據(jù)現(xiàn)行《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30—2105）[4]及《公路滑坡防治設(shè)計規(guī)范》（JTG/T 3334—2108）[5]，開挖至設(shè)計標高后，平面滑動面采用傳遞系數(shù)法計算下滑推力。正常工況下的邊坡設(shè)計安全系數(shù)Fs 取1.25，剩余下滑推力為1 150.9kN/m；非正常工況下Fs取1.10，剩余下滑推力為959.2kN/m。

4 處置方案

滑坡發(fā)生后，針對開挖揭露巖層及補勘成果，選取了3個比選方案：

方案一：順層清方。若采用該方案將減少運營期間的維護工作，但電力部門由于應(yīng)急保通的需要，將臨時塔基仍設(shè)置在該斜坡上，位于清方區(qū)域；同時該方案需一清到頂，需要設(shè)置約80萬方的棄土場，同時需要改遷110kV 的鐵塔，且對環(huán)境影響較大。該方案占地多，且需要與相關(guān)管理部門協(xié)調(diào)，難度極大，故無法采用該方案。

方案二：錨索+格構(gòu)梁方案。該方案仍需要先對邊坡進行開挖，由于坡體為碎裂層狀結(jié)構(gòu)，層面間多由泥質(zhì)充填，即使分段分級開挖，也無法保證施工開挖期間的穩(wěn)定性，可能對臨時鐵塔基礎(chǔ)再次造成危害。故不采用此方案。

方案三：抗滑樁+錨索+格構(gòu)梁方案。采用預(yù)加固的思路，先行設(shè)置支擋結(jié)構(gòu)，再開挖。共設(shè)抗滑樁20根，抗滑樁為矩形截面，樁徑為2.0m×2.5m，樁長為24m，樁間距為6.0m，抗滑樁布置在左側(cè)邊溝外1.8m，樁長24m?？够瑯渡喜贾脙膳佩^索，第一排錨索布置于樁頂以下1m，錨索長23～28m，第二排錨索布置于第一排錨索下2.5m，錨索長21～25m。抗滑樁之間設(shè)置擋土板。抗滑樁樁頂平臺4.0m（含抗滑樁寬度2.5m），樁頂平臺（已開挖部分）以上邊坡坡率為1∶2，采用框架錨桿防護，錨桿長9m。本方案不增加占地，坡口線距離臨時鐵塔37.4m。

排水措施：在坡頂線以外設(shè)置截水溝，將坡體外部的水引入自然溝渠排走。施工中必須先把截水溝修筑完畢后，再開挖邊坡。邊坡平臺設(shè)置平臺截水溝，坡面設(shè)置平臺截水溝急流槽，將坡面水體引入路基邊溝排出路基范圍。同時在抗滑樁中部設(shè)置一排長度25m 傾角10°的仰斜式排水孔，以疏干潛在滑面的基巖裂隙水。

該處路基已于2021 年9 月施工完成，施工期間監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)，特別是新建的臨時鐵塔位置處的地基變形量均小于容許值。這表明對該滑坡的形成機理分析及所采取的治理方案是合理有效的。

5 結(jié)語

本文通過對某高速K13+900-K14+068段施工期間左側(cè)順層邊坡滑動的地質(zhì)環(huán)境、破壞特征等進行了詳細分析，分析滑坡的形成機理及穩(wěn)定性，并給出了處治方案。順層滑坡不是瞬間發(fā)生的，通常是漸進破壞的過程。對該滑坡的3個處置方案進行了分析比選，根據(jù)實際情況，確定采用抗滑樁+錨索+格構(gòu)梁的處治方案。對于該類層間有軟弱夾層的順層邊坡，開挖后極易發(fā)生順層滑動，宜采用預(yù)加固的設(shè)計和施工理念，預(yù)加固一般以抗滑樁（錨索抗滑樁）為主，可避免滑坡災(zāi)害的發(fā)生。目前該邊坡已經(jīng)開挖到設(shè)計標高，坡體變形量在容許范圍內(nèi)。對于順層邊坡，如有條件，可進行繞避；無法繞避時，盡可能減少挖方高度。