某公路邊坡滑塌整治設計

鄭朝煒

(廣州市市政工程設計研究院,廣東廣州 510060)

某公路邊坡滑塌整治設計

鄭朝煒

(廣州市市政工程設計研究院,廣東廣州 510060)

介紹了某公路邊坡滑塌整治設計,組成邊坡的巖性為風化的泥質粉砂巖夾泥(頁)巖,因長期裸露,日曬雨淋,使邊坡的巖土性狀發生了根本變化,導致了該邊坡多次滑塌。通過對邊坡滑塌形式、成因、特征進行調查與分析,提出相應的處治措施。

特殊性巖土；邊坡；滑塌；處治措施；設計

1 工程概況

某公路工程位于廣州市北部,呈近東西走向,全長9.67 km。公路沿線主要為丘陵,形成多處路塹陡坡或高邊坡,邊坡總長達2.22 km,邊坡防護工程的設計與施工在該道路工程中是重中之重。邊坡工程往往存在風險性和不確定性,稍有不慎就會發生塌方、滑坡等,這與邊坡防護設計方案和施工單位的良莠、施工的技術、經驗、方法和施工質量有密切的關系。在公路里程K7+640～K7+740段左側路塹邊坡,最大坡高只有11 m,自然邊坡較緩,坡角11°～15°；組成邊坡的巖性為全～強風化泥質粉砂巖夾泥(頁)巖。該邊坡防護工程施工圖設計為一級放坡,坡率為1∶1.5,坡面設置三維掛網植草防護。由于邊坡防護工程施工時一次性全斷面開挖,一挖到底,而且坡面開挖后沒有進行任何臨時防護,長期裸露,日曬雨淋,改變了邊坡的巖土性狀,導致了該邊坡多次滑塌,設計方案多次變更。

2 邊坡工程地質條件

(1)邊坡概況

K7+640～K7+740段左側路塹邊坡走向NNE,傾向NWW,最大坡高約11 m；自然邊坡較緩,坡角11°～15°。邊坡及其附近未發現有斷層破碎帶、滑坡或崩塌現象；坡面植被發育,坡體趨于穩定；坡面及坡腳未發現有泉水出露或積水濕地。

(2)地層巖性

組成邊坡的地層巖性主要為下石炭統巖關階孟公坳組(C1ym)泥質粉砂巖夾泥(頁)巖,巖層呈NE走向,傾向SE,傾角40°。邊坡的巖石已全～強風化,裂隙發育,呈堅硬土狀、土夾碎塊狀或半巖半土狀,巖塊手捏易碎。

3 設計方案

3.1 第一次變更設計

3.1.1 滑坡簡況

K7+640～K7+740段左側路塹邊坡防護工程施工圖設計為一級放坡,坡率為1∶1.5,坡面設置三維掛網植草防護,塹頂截水溝設在距坡口5 m處,坡腳至路塹邊溝。2012年12月4日該邊坡發生了滑坡。滑坡體略呈長條形,沿邊坡走向長約90 m,面積約1 800 m2,滑坡體平均厚度約2 m,屬淺層滑坡。滑坡破裂緣位于塹頂坡口處,距塹頂截水溝約5 m；滑坡后壁近直立,高1.0～1.5 m；滑坡體剪出口位于坡腳路塹邊溝處,滑坡橫向拉張裂縫和縱向剪切裂縫明顯；滑坡體較緩,坡面較平整,未出現滑坡臺階,滑坡體前緣也未出現明顯的滑動鼓丘,坡面的三維網植草基本完好,見圖1。

圖1 K7+640～K7+740段左側路塹邊坡滑坡照片

3.1.2 滑坡成因分析［1-3］

組成邊坡巖(土)體的巖性、結構和產狀是影響邊坡穩定性的內因,水的作用、風化作用、地震及人為因素是影響邊坡穩定性的外因。組成本邊坡的地層巖性為全～強風化泥質粉砂巖夾泥(頁)巖。其中泥質粉砂巖的含泥量較高；泥(頁)巖的頁理(層理)結構面發育,其礦物成分主要為高嶺土,或含親水礦物(伊利石、蒙脫石)。泥質粉砂巖、泥(頁)巖是一種特殊性巖土,它的特性是怕曬、忌水、易風化,特別是泥(頁)巖風化土其顆粒細小,呈粉狀,比表面積較大,是一種高液限、高塑性粘土。該類巖土干燥時強度較高,遇水時易吸水軟化、崩解,吸水后體積膨脹,土體中的含水量、孔隙水壓力和重度增大,強度大幅度降低。邊坡削坡暴露新鮮面之后,易于因脹縮交替而風化,裂隙擴大、加深和增加,產生許多片狀、塊狀剝落,并為雨水滲入創造良好通道。邊坡土體發生裂隙(裂縫)常是邊坡穩定性的不利因素,也是滑坡的預兆之一。降雨時,雨水沿裂隙滲入到邊坡土體內部,不僅軟化了土體,同時靜水壓力的作用對邊坡土體產生側向壓力,從而促進邊坡的滑動。邊坡施工時一次性全斷面開挖,一挖到底,坡面長期裸露風化,日曬雨淋,特別是在塹頂至截水溝有一寬約5 m的平臺,未作防滲處理,降雨時雨水聚集并直接滲入坡體。本來邊坡就處于臨界穩定狀態,雖然后期坡面有三維網植草覆蓋,在施工完成不久,一段時間來的連續強降雨,雨水滲入后,不僅增大了邊坡巖土體的含水量和重度,也進一步降低了邊坡巖土體的強度和結構面的粘結力,使邊坡處于不穩定狀態,沿塹頂坡口破裂發生滑坡。

綜上所述,組成邊坡的巖性是一種特殊性巖土,怕曬、忌水、易風化；邊坡長期裸露風化,裂隙擴大、加深和增加,長期雨水滲入,改變了邊坡的巖土性狀,是造成該邊坡滑坡的主要原因。

3.1.3 處治措施［4-5］

根據滑坡成因機理,邊坡采用削方減載、緩坡率、護面防滲等措施進行綜合治理。首先從上至下清除滑坡段內2 m厚的松散土層至穩定原狀土,調整邊坡設計坡率,按照1∶2坡率重新進行削坡,按調整后的設計坡比采用M10砂漿砌筑片石(片石強度等級MU30,厚30 cm)進行邊坡護面處理,并按3 m×3 m間距布置φ10 cm PVC泄水孔；沿墻身每隔10～15 m設置伸縮縫一道,縫寬2 cm；沿坡高設置三組抗滑牛腿。

3.1.4 坡體及護面墻穩定性［6-7］

按新削坡方案進行邊坡穩定性計算,若按原狀土參數計算,穩定安全系數很大,Ks=1.46。即使考慮坡體表層軟化,按粘聚力C=10 kPa,內摩擦角φ=5°,安全系數Ks=1.30,滑動體重度γ=23.00 kN/m3,計算剩余下滑力為負值。即漿砌片石護面墻自身穩定,不會有向下滑動的趨勢。

3.2 第二次變更設計

3.2.1 護面墻滑塌簡況

在漿砌片石護面墻施工期間,坡面剛鋪筑完片石,還來不及采用水泥漿對片石之間的接縫進行勾縫防滲,又遇連日強降雨,雨水從片石之間的縫隙直接滲入坡體,受雨水浸泡軟化在坡面與片石之間形成一軟弱層,成為潛在滑動面,導致片石護面墻失穩開裂并向下滑移,在邊坡的中上部出現一長約70 m的拉張裂縫,裂縫寬約0.5～2.0 m。裂縫呈弧形展布,平面形態近似簸箕形,目前護面墻處于蠕動變形階段,中下部漿砌片石護面墻還有下滑的趨勢,坡腳有微量隆起的現象,見圖2。

圖2 漿砌片石護面墻滑塌照片

3.2.2 護面墻滑塌成因分析

2013年3月5日設計對已完成坡面削坡的邊坡進行現場踏勘,根據現場開挖后坡面的巖性來看,坡體的情況尚好(見圖3),決定按變更方案實施。但在漿砌片石護面墻施工期間,降雨不斷。2013年4月1日設計再次對邊坡進行現場踏勘,發現邊坡的坡面已經被雨水沖刷出溝壑,局部坡面的巖土性狀經過雨水的沖刷和浸泡已經發生了劇烈的變化。坡面巖土明顯變軟,局部巖層由強風化巖變質為類似于泥質粘土的性狀(見圖4)。當時已對施工單位提出了警告,要求一定要采取有效的臨時防水措施,且不能在上部非法堆載,并要求對所有軟化和出現裂縫明顯的地方進行反挖,換填漿砌片石進行處理。

圖3 施工期間剛削坡后坡面照片

圖4 施工期間雨水沖刷后坡面照片

邊坡按1∶2削坡后,邊坡自身穩定,護面墻除自身外不負擔其他荷載,也不承受墻后的土壓力。設計時主要考慮漿砌片石與坡面的摩擦力、抗滑平臺的支撐能力及坡腳護腳的支擋能力相互結合支撐漿砌片石護面墻的自重。但經過雨水沖刷浸泡后的土體摩擦系數明顯降低,土質松軟,而且反開挖清理表層松軟土體后回填漿砌片石的方法效果并不理想,沒能達到預期的效果。路塹頂沒有及時進行防滲處理,長期有雨水滲入土體,也造成土體軟化。在坡面剛鋪筑完片石,還來不及采用水泥漿對片石之間的接縫進行勾縫防滲,又遇連日強降雨,雨水從片石之間的縫隙直接滲入坡體,坡面表層土在雨水長時間的浸泡軟化形成軟弱層,在漿砌片石護面墻下方土體表層形成了一個淺表的潛在滑動面,與原狀土體分離,造成與原始設計時的設計參數和條件都相應改變,因此出現了漿砌片石護面墻整體失穩、斷裂和滑移。綜合上述,造成漿砌片石護面墻開裂滑移的主要原因為：

(1)清理坡面時坡腳部分松軟土沒有完全清理。

(2)開挖后的坡面沒有及時防護,新開挖的坡體再次長時間裸露風化、雨水沖刷和浸泡,土體的性質發生了根本的改變。連續的強降雨,使漿砌片石與坡面的摩阻力趨于0,受雨水浸泡軟化的土體淺表軟弱層成為了漿砌片石的潤滑層。

(3)路塹頂沒有及時作防滲處理,長期有雨水滲入土體,造成土體的粘聚力及內摩擦角參數降低。

3.2.3 處治措施

根據現場調查,導致漿砌片石護面墻開裂滑移的主要原因是土體淺表受雨水浸泡軟化,在坡面與片石之間形成一軟弱層,片石護面墻沿軟弱層失穩向下滑移。但雨水長期滲入坡體深部,邊坡的巖土性狀已發生根本性的變化,所以變更設計方案采用削方減載、緩坡率、固坡腳,設置平臺分級支護進行綜合治理。另外,業主要求本工程在2013年6月完工,勢必在雨季施工,施工期邊坡難以做到完全防水,難以保證坡面不被雨水沖刷及雨水滲入坡體,考慮到上述因素,坡面防護的變更設計采用輕型防護。

具體的變更設計方案為：對滑移下沉段破除已砌筑漿砌片石護面墻,清除表層松軟土體,重新進行削坡。邊坡分二級開挖支護,第一級6 m,第二級5 m,平臺寬度2 m,坡率1∶2。坡面采用菱形漿砌片石骨架內植草進行邊坡護面,坡腳設置護腳墻。護腳墻墻身采用C15混凝土澆筑,穿過淺層滑動面,基礎埋深為2.0 m。護腳墻每隔10～15 m設置一道伸縮縫,縫寬2～3 cm,縫頂、內、外三邊填塞深度不少于0.2 m的瀝青麻筋；墻體通長設砂礫反濾層,厚0.25 m,最低排水孔以下0.3 m和距墻頂0.1 m高范圍內設置夯實粘土防滲層；地面以上部分縱向每隔2.0 m設置泄水孔,泄水孔采用φ100 mm的PVC管。路塹頂平臺采用30 cm厚M7.5漿砌片石封閉。該設計方案的主要技術要點是：

(1)削方減載、緩坡率、分級支護,增設平臺,加強邊坡的整體穩定性。

(2)本邊坡易發生淺層滑塌,利用菱形骨架支護,把坡面土體化整為零,分散坡面土體的下滑力,減少淺層土體的整體滑移。

(3)針對邊坡土體易風化剝落,遇水易軟化崩解,為防止坡面流對坡面的沖刷破壞,采用噴播植草進行坡面防護。

(4)坡腳設置擋土墻,穿過淺層滑動面,增強邊坡坡腳的穩定性。

(5)塹頂平臺采用漿砌片石封閉,防止雨水滲入坡體影響邊坡穩定。

3.2.4 整治后邊坡穩定性

邊坡通過采用削方減載、緩坡率、固坡腳,設置平臺分級支護等措施后,按圓弧滑動法驗算邊坡的穩定性,經典型斷面計算,邊坡總的下滑力ΣTi=632.47 kN/m,總的抗滑力ΣRi=911.01 kN/m,邊坡穩定性系數Ks=1.44,大于1.30。即邊坡穩定安全系數滿足規范的要求,整治后的邊坡穩定。

4 幾點體會

(1)泥質粉砂巖、泥(頁)巖是一種特殊性巖土,其特性是怕曬、忌水、易風化。該類巖石的風化土干燥時強度較高,遇水易軟化、崩解,體積膨脹,含水量、孔隙水壓力和重度增大,強度大幅度降低。邊坡削坡暴露新鮮面之后,易于因脹縮交替而風化,裂隙擴大、加深和增加,產生許多片狀、塊狀剝落；風化裂隙又為雨水滲入創造良好通道,雨水沿裂隙滲入到邊坡土體內部,不僅軟化了土體,同時靜水壓力對邊坡土體產生側向壓力,從而促進邊坡的滑動。

(2)巖性為泥質粉砂巖、泥(頁)巖風化土的邊坡應加強支護,宜采用削方減載、緩坡率、強腰固腳、坡面加強防滲防沖刷等綜合治理措施。

(3)邊坡工程開挖后應及時按設計實施支護結構或采取封閉措施,避免一次性開挖成型,長期裸露風化,雨水侵蝕,任其發展；特別是路塹頂截水溝開挖后應及時進行防滲處理,不得滲漏、積水；塹頂坡口至截水溝部分應設置反向坡并進行防滲處理,以利于雨水流入截水溝,防止雨水積聚滲入坡體,降低邊坡穩定性。

(4)施工期邊坡塌方、滑坡等現象往往發生在連續強降雨期間。所以邊坡施工應避開雨季作業,施工期應采取有效的臨時防水應急措施。

(5)長期裸露風化的邊坡,特別是已發生過塌方或滑坡的邊坡,巖土的性狀已發生根本性變化,裂隙發育,穩定性差,這時常規的邊坡防護設計理念已不適應,應根據邊坡的地質特征和可能發生的破壞情況,因地制宜,進行精心設計和施工。坡前擋土墻基坑開挖施工時易發生牽引式塌方或滑坡,應分段跳槽開挖,加強支撐,在基坑靠坡體一側應采取有效、可靠的措施對坡腳進行預加固支擋,確保邊坡在施工期間的穩定和施工安全。

(6)邊坡工程往往存在風險性和不確定性,稍有不慎就會發生塌方、滑坡等,這與邊坡防護設計方案和施工單位的良莠、施工的技術、經驗、方法和施工質量有密切的關系。邊坡防護工程應選擇技術力量強,有施工經驗的隊伍承擔邊坡工程的施工作業。

［1］ JTG D30-2004，公路路基設計規范［S］.

［2］ JTG F10-2006，公路路基施工技術規范［S］.

［3］ GB 50330-2002，建筑邊坡工程技術規范［S］.

［4］ 鄭穎人，陳祖煜，王恭先，等.邊坡與滑坡工程治理［M］.北京:人民交通出版社，2010.

［5］ 蔡俊華.高速公路路塹邊坡滑坡治理［Z］.北京:中國交通建設集團有限公司，2008.

［6］ 詹小軍.某公路邊坡的穩定性評價及治理措施［Z］.湖北武漢:湖北省科學技術協會，2010.

［7］ 張玉芳，王春生，張從明.邊坡病害及治理工程效果評價［M］.北京:科學出版社，2009.

U418.5+2

B

1009-7716(2015)09-0071-04

2015-04-28

鄭朝煒(1986-),男,廣東揭陽人,工程師,從事道路橋梁工程設計工作。