查 俊，龔文宗，李耀華

(廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029)

0 引言

滑坡是斜坡上的部分巖體或土體受自然或人為因素影響，在重力作用下，沿著斜坡內(nèi)部一定的軟弱面(帶)整體以水平方向?yàn)橹骰瑒?dòng)位移的地質(zhì)現(xiàn)象，是山區(qū)高速公路主要病害之一[1-2]。廣西地處揚(yáng)子準(zhǔn)地臺(tái)的南端，炭質(zhì)巖地層分布廣泛，在下古生代時(shí)期就有出露，主要發(fā)育于盆地相、斜坡相及臺(tái)內(nèi)灘地相[3-4]。炭質(zhì)巖具有風(fēng)化快、崩解性強(qiáng)、崩解后迅速泥化、泥化后常呈軟塑狀、強(qiáng)度低等特點(diǎn)[5-7]，屬易滑地層；其在廣西六河路、桂柳路、宜柳路、三柳路、柳州環(huán)城等工程中廣泛分布，路基穩(wěn)定問(wèn)題突出[8]。

本文以廣西三柳高速公路柳城互通滑坡群處治工程為例，系統(tǒng)介紹了炭質(zhì)巖滑坡群的特殊工程地質(zhì)特征、發(fā)展演化過(guò)程、成因機(jī)制、穩(wěn)定性分析方法及工程處治措施，對(duì)國(guó)內(nèi)炭質(zhì)巖區(qū)滑坡工程防護(hù)與處治具有一定的借鑒意義。

1 工程概況

三柳高速公路柳城互通位于柳城縣大埔鎮(zhèn)楓木村附近，主要包括A、C匝道，路線沿山腰、坡腳一帶展布，均為路塹。場(chǎng)地屬剝蝕丘陵地貌，地面高程約110～250 m，地形起伏較大。原設(shè)計(jì)坡率為1∶1、1∶1.25、1∶1.25、1∶1.5，A匝道AK1+178～AK1+315段左側(cè)最高為38.1 m，C匝道CK0+280～CK0+358段右側(cè)最高為33.8 m，均為四級(jí)坡，坡面采用錨桿格梁+錨網(wǎng)客土噴播防護(hù)。開(kāi)挖后，此兩段均多次發(fā)生滑坡，形成滑坡群，按地段將其細(xì)分為Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)滑坡，如圖1所示。

2 特殊工程地質(zhì)特征

2.1 不利的地形地貌

滑坡群原始地形較高陡，重力勢(shì)能大。古滑坡和沖溝密集分布：古滑坡1、Ⅰ區(qū)滑坡、沖溝1、Ⅱ區(qū)滑坡、沖溝2、古滑坡2呈弧形連續(xù)分布，形成了規(guī)模較大的滑坡群。

圖1 柳城互通滑坡群工程地質(zhì)平面圖

據(jù)勘察報(bào)告，古滑坡1平面呈圈椅狀，長(zhǎng)約80 m，最寬約70 m，中間見(jiàn)寬平臺(tái)，滑體厚度為20～40 m，總體積約為7.5萬(wàn)m3；Ⅰ區(qū)滑坡從古滑坡1上部挖方通過(guò)；古滑坡2位于C匝道起點(diǎn)段，長(zhǎng)約100 m，寬約80 m，滑體厚度為10～15 m，總體積約為6.5萬(wàn)m3；Ⅱ區(qū)滑坡位于古滑坡2北側(cè)，與古滑坡2有部分重合。古滑坡體均以粉質(zhì)黏土及炭質(zhì)巖風(fēng)化物為主。

2.2 不利的巖土層

滑坡群內(nèi)巖性復(fù)雜，主要特殊性地層有：古滑坡體，結(jié)構(gòu)松散，厚度較大；炭質(zhì)巖，一種含大量炭化有機(jī)質(zhì)、呈黑色、污手的巖石類型，以泥巖、頁(yè)巖居多，本項(xiàng)目以頁(yè)巖及風(fēng)化物為主，力學(xué)性質(zhì)極差；軟硬巖相間，主要為粉砂巖及炭質(zhì)頁(yè)巖互層，差異風(fēng)化易導(dǎo)致粉砂巖被拉斷，炭質(zhì)巖被壓剪破壞。

2.3 不利的地質(zhì)構(gòu)造

滑坡群位于柳州山字形構(gòu)造西翼反射弧弧頂，區(qū)域構(gòu)造線以東西向?yàn)橹?，逆沖及次級(jí)斷層均非常發(fā)育，如圖2所示形成了疊瓦式構(gòu)造，滑坡位于其間。

滑坡群位于大埔背斜(1)的核部，與甲伴嶺區(qū)域性大斷層(F1)相距4 km，與東泉-柳城逆斷層(F2)最近約500 m，新白芒-楓木斷裂(f2)從滑坡群內(nèi)通過(guò)。北側(cè)巖層產(chǎn)狀345°∠35°，為順向坡，傾角小于坡角，穩(wěn)定性較差。

圖2 滑坡群區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造圖

2.4 不利的水文條件

滑坡群呈倒“C”狀分布，易匯水、積水，難排水。邊坡開(kāi)挖后排水措施缺失或極不通暢，強(qiáng)降雨時(shí)雨水大量入滲，使炭質(zhì)巖呈軟塑狀，部分坡腳積水嚴(yán)重，引起支擋結(jié)構(gòu)破壞。

3 滑坡過(guò)程及滑坡特征

3.1 滑坡過(guò)程

2016年7月匝道邊坡開(kāi)始施工，2016年11月下旬受降雨影響Ⅰ區(qū)邊坡開(kāi)始滑坡，其后又多次出現(xiàn)多處滑坍，范圍也逐漸擴(kuò)大至Ⅱ區(qū)。

2017年5～8月在Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)坡腳設(shè)置了3～5 m擋墻。2017年9月雨季后Ⅰ區(qū)滑坡規(guī)模及范圍仍逐步擴(kuò)大。2017年底實(shí)施了削方+抗滑樁等滑坡治理工程。到2019年7月，在持續(xù)暴雨影響下，Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)又發(fā)生了大面積滑移、抗滑樁開(kāi)裂等情況。

3.2 滑體群特征

Ⅰ區(qū)滑坡：平面呈馬鞍形，滑坡后緣下錯(cuò)1～2 m，坡體出現(xiàn)大量拉張裂隙，寬40～60 cm，長(zhǎng)3～15 m不等，可視深度達(dá)1 m。部分滑體從墻頂剪出，抗滑樁樁體及冠梁開(kāi)裂，擋墻滑移，樁墻前邊溝蓋板被擠壓破壞、隆起明顯，路面開(kāi)裂。

Ⅱ區(qū)滑坡：平面呈馬鞍狀，滑坡后緣最大下錯(cuò)約4 m，擦痕明顯，坡體出現(xiàn)大面積滑移，草皮剪斷，擋墻及路面均出現(xiàn)開(kāi)裂。

大滑坡群由兩個(gè)現(xiàn)狀滑坡(Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)滑坡)和兩個(gè)古滑坡組成(古滑坡1和古滑坡2)，總長(zhǎng)約400 m，寬約30～65 m，厚約10～40 m，總體積約為15～30萬(wàn)m3，屬中型牽引式滑坡。

4 基于滑坡力學(xué)的形成機(jī)制

筆者認(rèn)為滑坡是在重力(往下)、構(gòu)造應(yīng)力(當(dāng)與坡面一致時(shí)，往外)及外部荷載(作用力方向視具體荷載而定)與滑坡體摩阻力(與滑動(dòng)方向相反)共同作用后逐步演化而產(chǎn)生的結(jié)果。本文基于滑坡力學(xué)原理歸納本滑坡群形成機(jī)制為“四內(nèi)五外共作用機(jī)制”。

(1)內(nèi)因1為不利地形地貌。山高坡陡高勢(shì)能和松散的古滑坡深切沖溝。山高體大則重力大、重心高、勢(shì)能大，滑動(dòng)力大；深切沖溝則高差大，重力力矩大。

(2)內(nèi)因2為不利地質(zhì)構(gòu)造。棋盤(pán)狀的區(qū)域性逆沖斷裂帶使滑坡群內(nèi)儲(chǔ)存了變形能，破壞巖體結(jié)構(gòu)，應(yīng)力與坡面一致時(shí)產(chǎn)生推力，開(kāi)挖卸荷使得初始應(yīng)力釋放，并產(chǎn)生大量卸荷裂隙和順層坡，且傾角小于坡角，邊坡穩(wěn)定性差。構(gòu)造應(yīng)力在巖土體內(nèi)儲(chǔ)存形變能，使土體變形，降低了巖土體的粘聚力c、摩擦角φ及接觸面積，從而降低了巖土體抗滑力。

(3)內(nèi)因3為軟弱巖土體。本項(xiàng)目巖土體主要為古滑體、炭質(zhì)巖、軟硬巖，其在內(nèi)應(yīng)力、水或風(fēng)等作用下力學(xué)性質(zhì)急劇下降。特別是本項(xiàng)目這三類地層中均包括有炭質(zhì)巖，其崩解后遇水軟化成軟塑狀，抗剪強(qiáng)度急劇降低。

(4)內(nèi)因4為水的作用。水能迅速增加滑體重力，減少巖土體的摩阻力。邊坡開(kāi)挖后未施工相應(yīng)的排水系統(tǒng)，導(dǎo)致地表水無(wú)法及時(shí)排走而大量入滲坡體，甚至淤積在坡體或墻后。

(5)外因1為降雨及極端天氣。大量調(diào)查發(fā)現(xiàn)，滑坡多發(fā)生在持續(xù)降雨后。持續(xù)降雨形成的雨滴壓力、地表水流形成的沖刷力、地下水形成的滲透力、水的浮托力及飽和后減小的基質(zhì)吸力等，這些力的存在都對(duì)邊坡穩(wěn)定極為不利。

(6)外因2為人類活動(dòng)。本項(xiàng)目主要為邊坡開(kāi)挖卸載，坡率較陡，卸載后坡體重心上移、力矩增大，勢(shì)能相對(duì)增大。同時(shí)，水平向失去支撐，拉張卸荷裂隙開(kāi)展并往坡體內(nèi)發(fā)育，坡面及坡體巖土體力學(xué)性質(zhì)及摩阻力降低。

(7)外因3為風(fēng)化作用。炭質(zhì)巖邊坡開(kāi)挖后易風(fēng)化崩解，遇水后又軟化成泥，因而風(fēng)化為降低巖土體的c、φ值創(chuàng)造了條件。

(8)外因4為溫度應(yīng)力作用。據(jù)了解，開(kāi)挖的坡面大、長(zhǎng)時(shí)間裸露，炭質(zhì)巖在溫度應(yīng)力的作用下，易產(chǎn)生裂縫，降低摩阻力。

(9)外因5為震動(dòng)。本項(xiàng)目主要為鉤機(jī)及汽車動(dòng)荷載(有的項(xiàng)目有地震)等，會(huì)對(duì)邊坡產(chǎn)生震動(dòng)推力，當(dāng)推力與坡向一致時(shí)，會(huì)加速邊坡滑動(dòng)。

5 滑坡穩(wěn)定性分析

滑坡穩(wěn)定性分析方法與步驟：(1)進(jìn)行精細(xì)滑坡地質(zhì)測(cè)繪，找出滑坡范圍、后緣、剪出口，測(cè)出滑動(dòng)面，繪制成圖；(2)選擇典型剖面進(jìn)行勘察，在滑坡帶內(nèi)取樣試驗(yàn)，得出c、φ值，與反演參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，綜合取值；(3)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及勘察成果判定滑坡機(jī)制，選擇計(jì)算模式，進(jìn)行滑坡監(jiān)測(cè)；(4)根據(jù)監(jiān)測(cè)成果對(duì)滑坡趨勢(shì)做定性定量分析，形成具體可行的滑坡治理方案；(5)滑坡治理后的監(jiān)測(cè)預(yù)警、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。

5.1 滑坡監(jiān)測(cè)

根據(jù)滑坡監(jiān)測(cè)報(bào)告，2020-03-10至2020-03-31監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)水平位移0.01～4.71 mm，最大累計(jì)水平位移點(diǎn)為BZK 8號(hào)孔，階段變化速率為0.197～0.357 mm/d。深部位移監(jiān)測(cè)傳感器出現(xiàn)輕微變形跡象，變形量不大。從滑坡的變形特征、監(jiān)測(cè)情況分析，枯雨季節(jié)，滑坡整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但在連續(xù)暴雨的狀態(tài)下，極有可能發(fā)生滑坡失穩(wěn)(見(jiàn)圖3)。

圖3 滑坡監(jiān)測(cè)累計(jì)位移曲線圖

5.2 滑坡推力計(jì)算

滑坡變形特征明顯，根據(jù)鉆探資料并結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)已基本確定滑面位置，滑面基本貫穿，具備反演求參條件。在Ⅰ、Ⅱ滑坡區(qū)分別選取1-1′和4-4′剖面進(jìn)行反演計(jì)算，在飽和狀態(tài)下，滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，取其穩(wěn)定系數(shù)為0.95，取c值為13.85 kPa，Ⅰ區(qū)反算得φ值為17.0°，Ⅱ區(qū)反算得φ值為12.3°。

滑坡的滑動(dòng)面呈折線型，按照《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(GB/T32864-2016)推薦的公式對(duì)滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。

(1)計(jì)算工況組合。

工況Ⅰ：天然工況，安全系數(shù)1.30。

工況Ⅱ：飽和工況，安全系數(shù)1.15。

(2)計(jì)算結(jié)果。

采用理正巖土計(jì)算軟件(6.5 PB2版)對(duì)滑坡的穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 天然工況和飽和工況滑坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

6 滑坡處治設(shè)計(jì)

6.1 處治方案確定

本滑坡群處治從兩個(gè)方面考慮：(1)解決降雨及地下水對(duì)邊坡的影響問(wèn)題；(2)解決滑坡的下滑問(wèn)題。對(duì)于前者，由于炭質(zhì)巖類邊坡巖體破碎，遇水極易軟化、崩解，因此擬采用全坡面掛網(wǎng)噴混凝土進(jìn)行封閉，并增設(shè)截水溝、平臺(tái)排水溝、急流槽、深層泄水孔，墻背開(kāi)挖換填粗粒料或無(wú)砂大孔混凝土等；對(duì)于后者，擬采用放緩邊坡、增加支擋以降低滑動(dòng)力、增加抗滑力的方案。

6.2 處治方案設(shè)計(jì)

6.2.1 滑坡Ⅰ區(qū)

在原抗滑樁后4～5 m處增設(shè)一排抗滑樁，樁徑為2.0 m，樁長(zhǎng)為25 m，樁間距為4 m，前后排抗滑樁間采用斷面尺寸為1.2 m×1 m的C30混凝土連系梁連接(如圖4、圖5所示)。新增抗滑樁內(nèi)側(cè)設(shè)置8 m平臺(tái)，然后按1∶1.75～1∶2.5(局部為1∶2.75)邊坡坡率分級(jí)開(kāi)挖放坡，坡頂處削坡卸載，以減小邊坡下滑推力。增設(shè)深層泄水孔，全坡面采用掛網(wǎng)噴混凝土防護(hù)。AK1+182～AK1+224抗滑樁段第2～3級(jí)邊坡采用格梁錨索進(jìn)行坡面防護(hù)加固。

圖4 滑坡Ⅰ區(qū)抗滑樁平面布置圖

6.2.2 滑坡Ⅱ區(qū)

對(duì)常規(guī)重力式擋土墻段，采用錨筋樁加固。錨筋樁作用于擋墻墻頂及墻后邊坡平臺(tái)，頂部通過(guò)縱、橫向連接鋼筋連成整體，現(xiàn)澆混凝土封閉。錨筋樁設(shè)置3～4排，排間距為1 m，第1、2排位于墻身處。錨筋樁樁體鋼筋組采用5根φ36 mm鋼筋，設(shè)計(jì)孔徑為215 mm，孔深為20 m，縱向間距為1.5 m，按梅花形交錯(cuò)布置，如圖6所示。對(duì)CK0+330～CK0+295古滑坡段，在現(xiàn)有擋土墻后設(shè)一排抗滑樁，抗滑樁直徑為2 m，樁長(zhǎng)為25 m，樁間距為4 m。

圖5 滑坡Ⅰ區(qū)抗滑樁設(shè)計(jì)斷面圖

圖6 滑坡Ⅱ區(qū)處治設(shè)計(jì)斷面圖(cm)

6.3 設(shè)計(jì)驗(yàn)算

6.3.1 材料抗剪力計(jì)算

抗滑樁樁徑為2.0 m，采用HPB400鋼筋，鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為360 MPa，抗剪強(qiáng)度按抗拉強(qiáng)度的35%取值，不考慮樁基混凝土部分抗剪，安全系數(shù)取1.3，則單根抗滑樁所能提供的抗剪力為：0.076 364×360 000×0.35/1.3=7 401 kN，單樁所承擔(dān)滑坡推力為：885×4.0=3 540 kN，抗滑樁所能提供的抗剪力大于承擔(dān)的滑坡推力。

6.3.2 水平承載力驗(yàn)算

根據(jù)《樁基規(guī)范》5.7.2第6款(式5.7.2-2)計(jì)算，樁的水平變形系數(shù)α=0.229(1/m)，樁身抗彎剛度EI=24 699 913.868(kN·m2)，樁頂水平位移系數(shù)vx=2.441，樁頂位移取30 mm時(shí)，單樁水平承載力特征值Rha=2 725.393(kN)，抗滑樁安全系數(shù)分別為Fs1=2 725.393×2/(4.0×885)=1.539，F(xiàn)s2=2 725.393/(4.0×552)=1.234，均符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

7 結(jié)語(yǔ)

目前該滑坡群已按現(xiàn)有方案施工完成一段時(shí)間，現(xiàn)狀穩(wěn)定，表明滑坡群處治方案是合理的。結(jié)合本工程處治經(jīng)驗(yàn)，得出如下結(jié)論：

(1)公路工程選線時(shí)宜盡量避開(kāi)古滑坡群或大型斷裂影響區(qū)域，應(yīng)選擇區(qū)域地質(zhì)穩(wěn)定性較好的地段通過(guò)。

(2)對(duì)炭質(zhì)頁(yè)巖等易崩解的軟質(zhì)巖邊坡，應(yīng)盡量放緩邊坡坡率，及時(shí)進(jìn)行全坡面封閉處理，并充分做好邊坡截、排水措施。

(3)采用抗滑樁或重力式擋土墻作為邊坡支擋結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)充分考慮邊坡土體飽和、地下水位上升、坡腳土體浸水軟化崩解或邊溝開(kāi)挖造成抗滑樁懸臂段增加或地基承載能力不足等情況。

(4)對(duì)于重要邊坡工程，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，以更好地指導(dǎo)施工或及時(shí)調(diào)整防護(hù)方案。