山區公路滑坡成因分析及處治設計

姚 廣

（山西省交通科技研發有限公司，山西 太原 030032）

0 引言

隨著我國交通基礎建設的蓬勃發展，山區公路建設也逐步完善，但在建設過程中，由于項目區域工程地質條件、水文地質條件、自然環境條件及人為等諸多因素影響，路基邊坡施工過程中易發生滑坡，特別是當邊坡坡面存在裂隙時,降雨對邊坡穩定性的影響更大[1-2]，增加了工程建設的難度，增加較大的處治費用，延長了工程建設的周期，嚴重危及國家和人民群眾的生命財產安全。因此，詳細調查滑坡形成條件，準確查明公路滑坡成因，研究分析滑坡的受力和變形特性，辨別滑坡所處變形階段，合理制定滑坡處治方案，不僅可為工程設計、工程施工提供科學合理的理論依據，而且對滑坡處治和滑坡的預測預報也具有重要的指導、借鑒作用[3]。本文以某山區公路滑坡為工程依托，分析滑坡形成機理及穩定性，提出綜合的處治方案，為類似項目提供參考依據。

1 工程概況

本滑坡發生在某山區公路K53+410—K53+490段深挖路塹，邊坡最大高度32 m，為三級邊坡，邊坡坡率為1∶0.5，每8 m 設2 m 寬邊坡平臺。一級邊坡原設計采用2 m 護面墻防護，二、三級邊坡采用植草防護。

該段深挖路塹邊坡于2015年7月—9月底開挖完成，隨后，相繼在邊坡坡面、坡頂、兩側及路基范圍內，發育多處裂縫及錯臺，裂縫最寬達0.5 m，錯臺最大高差約1.5 m，并且該邊坡向路基方向開始滑坡，前緣推向路基約3.0 m。K53+482 處路塹邊坡頂有一座高壓鐵塔，距離最近裂縫20 m。在滑塌區共發現3 處黃土陷穴。陷穴位于滑坡區頂部，多呈串珠狀，深0.5～2.0 m，直徑0.5～1.0 m。滑坡全景見圖1。

圖1 滑坡全景照

2 滑坡工程地質條件

2.1 地形、地貌

滑坡位于黃土覆蓋基巖中低山區，微地貌由黃土梁、峁及黃土沖溝等構成，坡頂受雨水沖刷，形成支離破碎的沖溝地形、發育有黃土陷穴多處，侵蝕沖溝方向為南—北向，寬度1.5～3.0 m，切割深度為2.0～3.0 m。由于人工整修，坡面多為臺階。坡面植被稀少，以灌木雜草為主。滑坡位于南北向黃土梁西側的斜坡上，斜坡坡角30°～42°，地形呈近階地狀，北側為小沖溝，沖溝切割較深，南側為陡坡。

2.2 地層巖性

滑體由第四系上- 中更新統黃土和上新近系上新統（N2）黏土夾鈣質結核組成。滑體中部較厚，向兩側和前緣逐漸變薄，呈隆起狀。其中黃土約占70%，N2黏土約占30%。黃土為滑體的主要組成部分。黃土，稍密狀，稍濕- 濕，具濕陷性，大孔隙及垂直節理發育，黏土，夾鈣質結核，多呈硬塑狀，局部因為硬可塑狀，土體較硬。失水后干裂，易剝落，具有一定的膨脹性。

2.3 水文地質

根據現場調查，黃土與交界處，即滑面（帶）附近濕軟，水痕明顯，說明雨季時，地表水下滲，在交界面能夠形成短暫的地下滯水。

3 滑坡形態特征、滑面特征

滑坡平面形態呈半月狀，主軸長度約43 m，中部寬度約75 m，滑體厚度10.0～20.0 m，滑體體積約4.3 萬m3，屬于小型牽引式滑坡，主滑動方向315°，與路線走向斜交。

滑坡滑動面明顯，剪出口位置位于路基標高以上1.5 m 處滑面光滑且具擦痕，后緣及側壁見有擦痕。滑動面為弧形。剪出口見圖2。

圖2 剪出口

4 滑坡形成機理分析

4.1 滑坡穩定性影響因素分析

國內外大多數專家，通過大量的理論研究和工程實踐普遍認為，滑坡是內外因素共同作用的結果[4-6]。影響該滑坡穩定性的主要因素為地質特性、施工擾動和大氣降水。

a）地質特性。坡體表層為黃土，大孔隙，垂直節理發育，地表水易下滲，滑床為黏土，滲透系數小，為天然隔水層。

b）施工擾動。本路段為深挖路段（最大挖方高度32 m），路基采用全斷面開挖，未能及時防護，形成臨空面，影響滑坡穩定。

c）大氣降水。工程施工期間，未能設置臨時排水設施，正值雨季，連續強降雨，除部分降雨通過地表徑流外，還有大量的地表水下滲，或通過黃土陷穴流入坡體內，使得滑帶土或滑面抗剪強度降低，降低坡體穩定性，降水作用是該滑坡形成的主要誘發因素。

4.2 滑坡的形成機理分析

本滑坡的形成，除了特殊的地形地貌外，與滑坡前緣路基開挖造成抗滑能力減小和大氣降水影響關系密切。黃土與黏土易形成滑動面，特殊的地質特性，是滑坡形成的基礎條件。路基開挖邊坡造成坡體上的支撐力下降，且為滑坡形成與位移提供了臨空面[7]，區域內降水量大，且集中，地表水下滲賦存于黃土與黏土交界處，降低了滑動帶（面）土體抗剪強度，增加了土體容重，諸多因素共同導致發生滑坡。

5 滑坡穩定性分析及評價

5.1 強度參數確定及滑坡推力計算

目前，滑動面巖土抗剪強度參數的反算法應用廣泛。當穩定系數及滑面等條件已知情況下反算滑面的巖土抗剪強度參數，反算結果是準確的[8]。本滑坡處于滑動的初始階段，即處于極限平衡狀態，坡體現狀穩定系數可取0.99～1。滑坡后緣裂縫及前緣剪出口位置明確。上述兩點符合進行反算的基本前提。

根據滑坡形態特征，選取主滑K53+465 斷面作為計算斷面，天然重度平均值γ=18.5 kN/m3，飽和重度平均值γ=19 kN/m3。采用反算法結合以往工程經驗類比綜合確定c=28 kPa，φ=12°。邊坡處于天然狀態下，滑坡穩定安全系數Ks取1.15，邊坡處于暴雨或連續降雨狀態下，滑坡穩定安全系數Ks取1.10。采用傳遞系數法計算下滑力。滑坡推力計算結果參數詳見表1。

表1 滑坡抗剪強度參數及滑坡推力計算結果

5.2 穩定性評價

根據滑坡的變形特征，裂縫位置、長度、寬度以及現有的地質資料，結合對滑坡穩定性計算綜合分析，確定滑體為小型牽引式滑坡，目前處于滑動階段，若隨著后期降雨的影響，滑坡將會繼續發展，且邊坡頂有一處高壓鐵塔，距離滑坡后緣裂縫最近距離僅20 m，如果邊坡繼續變形滑坡，對鐵塔地基穩定性必然產生一定的影響，帶來較大的經濟損失和社會影響，為了保證鐵塔地基和路基邊坡的穩定，以及通車后公路的營運安全，需要對滑坡處治。

6 滑坡處治設計

結合工程地質勘察情況，以及邊坡穩定性分析結果，對滑坡影響的80 m 長段落采用進行臨時反壓、卸載、抗滑擋墻支擋、排水等措施。具體方案如下。

6.1 堆載反壓設計

對K53+420—K53+470 段滑塌邊坡前緣采取臨時堆載反壓處治，反壓高度8 m，頂寬8 m，外側邊坡坡度1∶2。壓實度要求90%，并采用10%灰土對開挖線以外的地面裂縫以及黃土陷穴進行搗填處理。臨時反壓設計見圖3。

圖3 臨時反壓設計

6.2 邊坡卸載及抗滑擋墻支擋

對二級以上邊坡進行卸載，二、三級平臺寬度4 m，二、三級邊坡坡率由1∶0.5 調整為1∶1，四級邊坡坡率1∶0.75。一級邊坡采用C25 片石混凝土抗滑擋墻支擋，頂寬2.5 m，底寬5.4 m，墻高9.5 m，基礎埋深1.5 m，墊層采用5%水泥穩定碎石，二級及以上邊坡采用植草防護。邊坡卸載及抗滑擋墻支擋見圖4。

圖4 邊坡卸載及抗滑擋墻支擋

6.3 排水設計

滑坡頂部設置漿砌片石截水溝，斷面尺寸50×50 cm，防止地表水向滑坡側徑流。邊坡平臺采用漿砌片石滿鋪，并設置漿砌片石平臺截水溝，平臺截水溝斷面尺寸40×30 cm，并通過急流槽將截水溝、平臺截水溝、邊溝等相互連接，形成完善的排水系統。

7 結語

通過對山區公路滑坡的成因機理分析、穩定性研究分析以及處治得出以下結論：

a）在公路勘察設計階段，應結合地質情況選線，盡量繞避滑坡，減少對滑坡的擾動。

b）滑坡處治設計應以勘察資料為基礎，準確確定滑面位置，合理選取計算參數，進行詳細的穩定性分析計算，從而使提出的處治方案更加合理、有效。

c）邊坡開挖過程中，嚴禁全斷面開挖，應開挖一級，防護一級。

d）地表水下滲是誘發滑坡的重要因素之一，施工過程中，應設置臨時排水設施，并結合設計完善排水系統。