北非地區泥灰巖頁巖邊坡變形機理及處置

文/中國市政工程西北設計研究院有限公司 廖耀華 鄭秀琦

阿爾及利亞某城市繞城高速公路為東西走向，路線全長18.37km。沿線屬山地地貌，地形起伏較大，高填深挖段較多，其中挖方邊坡最高級數為8級，坡高63.1m。道路走廊帶范圍內多為泥灰巖、頁巖。

本工程在施工期間，由于當地習慣及其他因素影響，挖方邊坡均為裸坡狀態。邊坡受巖土本身性質、堆載、陽光雨水等綜合因素影響，最終誘發邊坡變形、剝落、局部坍塌等不良現象。本文結合工程實際，主要針對PK9和PK12兩處工點的邊坡變形，闡述其變形機理，并針對性地提出處置措施。

工程地質概述

工程沿線屬山地，植被茂盛，地形起伏較大。根據地質調查和鉆探顯示，地層分布如下。

粘土質碎石土：該土層GTR分類為B6，且對氣象條件敏感。

強風化、中風化頁巖：黃褐色，砂質結構，裂隙發育，巖芯多呈片狀或短柱狀，破碎到較破碎，易風化，遇水強度易軟化。

微風化頁巖：灰白色，短柱狀，裂隙不發育，易風化，遇水強度易軟化。

強風化、中風化泥灰巖：灰綠色，泥質結構，層狀構造，巖芯呈柱狀，節理發育，風干易碎，遇水易軟化，具有一定的膨脹性。

路線范圍內主要的含水層為第四系沖洪積層和含礫粘土層，主要受雨季降水和灌溉用水入滲補給，以地下水開采和蒸發的方式排泄，其水位受季節變化的影響起伏波動較大，勘察期間未揭露地下水。

場區為Ⅲ類，工程類別分級屬2級，地震加速度A為0.30g，屬地震高發區。場地屬于堅固場地，場地級別S2。

邊坡變形因素

基本因素

巖土體本身的性質是邊坡變形的基本因素。填土TR層主要為黏土及巖石碎片，分選性差，滲透性較強，地表水易于下滲，是水滲流良好的通道。頁巖是由粘土物質經壓實作用、脫水作用、重結晶作用后形成，抗風化力弱，不透水，但遇水后巖石強度極大降低。泥灰巖具有中、強膨脹性，遇水易軟化，且強度急劇下降。

誘發因素

邊坡開挖不當。海外項目一般工期較長，圖紙批復耗時較多，施工企業基于人、機成本，往往追求生產效益，忽略了科學挖坡、坡率到位的重要性。同時，邊坡開挖過程中未做好臨時排水措施，未做到分段、分區開挖。邊坡開挖前，巖土體內部存在先期固結壓力和巖土體側向壓力。在邊坡開挖過程中，由于臨空面的存在，導致巖土體側向壓力釋放，產生側向位移，坡面的巖土體產生一定量的卸荷回彈，導致應力重分布、應力集中等現象。隨著開挖的進行，進而導致邊坡變形。

堆載。施工單位為便于后期耕植土的利用，往往將清表土置于坡頂不遠處。堆載增大了邊坡的負擔，對邊坡的整體穩定性極其不利。

排水設施、邊坡防護的滯后。邊坡成形后，坡頂截水溝、平臺邊溝、急流槽及坡腳邊溝的排水設施，邊坡防護措施往往不能隨著邊坡的形成而立即開展，遇降水易形成小范圍積水，隨著雨水的下滲，產生了不利影響：（a）土體含水率增大，容重增加；（b）土體自身C、φ值降低；（c）泥灰巖膨脹，增大下滑力；（d）增加動、靜水壓力。

邊坡變形機理分析及處置措施

PK9工點段分析

PK9工點段左側挖方最大坡高約34m，采用坡率1：1.25至1：1.50的四級邊坡。坡頂外約14.5m處有一處國際高壓鐵塔，為阿爾及利亞、摩洛哥供電線路，不能拆移，且必須保證安全。

經計算，三種工況安全系數分別為2.33＞1.50、1.97＞1.30、1.99＞1.30，均滿足要求。

邊坡成形后未做任何防護。

圖1 最不利斷面模型圖

圖2 裂縫貫穿整個坡體

經現場調查，PK9+025至PK9+075范圍內邊坡存在一條較深的裂縫從坡頂貫穿至坡底，裂縫發育與邊坡巖體主結構面一致，若裂縫進一步發展，邊坡整體失穩破壞的可能性較大，存在重大安全隱患。

經多方案技術討論比選，并結合施工難易程度、造價、安全性等因素，處置建議如下：清理坡面風化層和巖石碎屑；在貫穿裂縫中進行灌漿封閉（常壓灌漿）；設置泄水管；設置預應力錨索對一、二、三級邊坡進行加固處理；第四級邊坡進行掛鋼絲網+噴砼處理，坡口至截水溝之間采用砼封閉；邊坡設置監測點進行邊坡位移、變形監測。

PK12工點段分析

PK12工點段左側挖方最大坡高約28m，邊坡坡率均為1：1.50，邊坡分級高度為5m。該工點段主要為泥灰巖，地層物理力學參數如表1所示。

表1 地層物理力學參數

圖3 最不利斷面模型圖

圖4 PK11+925局部崩塌

圖5 PK12+025全景圖

經計算，三種工況安全系數分別為1.89＞1.50、1.50＞1.30、1.51＞1.30，均滿足要求。

經歷兩個旱、雨季交替后，坡體病害問題開始顯現：

PK11+900至PK12+025挖方區表層為3m至4m厚殘坡積碎石土層，下伏強風化、中風化泥灰巖。邊坡開挖后排水系統不完善，邊坡長期裸露未進行任何保護。PK12+025處原有一處谷地，為地下水滲流通道。在邊坡形成之后，地下水流向坡體表面，對其造成長期的沖刷，在雨季流量增大的情況下，形成了較嚴重的水土流失，坡頂外側耕地存在牽引式小型滑移現象。處治建議為：

清除流失土體直至出露基巖；

加強橫向排水，設置坡面急流槽，間距為20m一道；

滲水處設置混凝土護面V字形溝或盲溝，并與坡面急流槽相連通，形成完整的排水系統；

原耕地田埂處設置高度為50cm的磚砌矮墻，恢復原狀，防止水土流失。

結語

北非地區阿爾及利亞公路項目具有自身的特點，其邊坡工程在計算穩定性滿足要求的前提下，盡量不采取防護措施（或以覆蓋腐殖土 + 撒播草籽為主）。裸坡狀態經旱、雨季交替后，常因為施工方法不當、堆載、降雨積水等因素而出現各種病害。本文通過借鑒國內同類邊坡病害的處置方法，結合阿爾及利亞當地經驗，綜合考慮施工水平、造價、環境等因素，針對不同的病害，分析其變形機理，因地制宜，針對性地提出處置方案，并取得了一定的效果，為以后北非地區公路項目同類型的邊坡變形處置，提供參考和借鑒意義。