某收費站管理場區邊坡滑坡原因分析及處治設計

賈韻潔

（山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

1 工程概況

該滑坡位于某高速公路收費站管理場區內，屬深挖路塹邊坡，最大挖深為七級邊坡，設計邊坡坡率均為1∶0.75，邊坡開口線距離高壓鐵塔塔基僅為13 m。2013年12月24日，收費站管理場區東側和南側邊坡大面積出現失穩滑塌，在路基占地線外地表出現10～30 cm寬的簸箕型裂縫，錯臺高度1-2 m，裂縫已經延伸至高壓鐵塔塔基附近，且在距離高壓鐵塔塔基28 m處已經出現10～30 cm的不規則的裂縫和錯臺，邊坡發生滑坡時邊坡已開挖到第三級邊坡的土巖結合面。經勘察，滑體主要由黃土組成，滑床以強風化泥巖為主。滑坡對收費站管理場區及兩座高壓鐵塔有嚴重影響，存在嚴重安全隱患。滑坡全貌及滑坡的典型張性裂縫和剪出口見圖1、圖2。

圖1 滑坡全貌

圖2 滑坡張性裂縫及剪出口

2 自然地質條件

2.1 地形地貌

本路段地處構造剝蝕低山區，地形起伏較大。自然坡角為25°～45°，坡體相對高差約35～60 m，坡體植被不發育，主要以種植農作物為主。

2.2 地層巖性

根據地質調繪和鉆探資料，滑坡區地層由第四系風積、沖洪積黃土和二疊系上統上石盒子組強-中風化砂泥巖組成。

a）第四系風積物和沖洪積物為淺黃色-棕黃色，土質較均勻，孔隙較發育，可見蟲孔，垂直節理發育，具有Ⅲ-Ⅳ級自重濕陷性，呈硬塑-堅硬狀態，為滑體的主要組成部分。

b）強風化泥砂巖為棕紅色-黃綠色，為泥質結構和中粗砂結構，薄層-中厚層構造，礦物成分以黏土礦物、石英、長石為主，風化裂隙很發育，巖體破碎，砂泥巖互層，為滑床土的主要組成部分。

c）中風化砂泥巖為紫紅色-黃綠色，為泥質結構和中粗砂結構，中厚層-厚層構造，礦物成分以黏土礦物、石英、長石為主，節理裂隙較發育，巖體較完整，局部破碎。

2.3 地質構造及地震

項目區位于關王廟北東向褶帶，為南翹北傾的單斜構造，巖層平緩，傾角小于10°，斷裂活動處于相對穩定狀態，無影響工程的活動性斷裂構造，地質構造簡單。區內地震動峰值加速度為0.10g，地震動反應譜特征周期為0.40 s，相對應的地震基本烈度為Ⅶ度。

2.4 水文地質條件

a）地表水 工程區內大氣降水為地表水的主要來源，年平均降水量為400～600 mm，最大降水量為828.9 mm。降水一部分形成地表徑流由高處向低處排泄，另一部分垂直下滲轉化為地下水。

b）地下水 工程區內地下水埋藏較深，勘察和施工期間未見地下水，在周圍坡麓及沖溝內偶有泉水出露。地下水類型為第四系松散巖類孔隙水，主要為大氣降水垂直下滲補給，含水層主要為第四系上更新統風積及中更新統沖洪積黃土，由于土體孔隙及垂直節理發育，且地勢較高，地形切割嚴重，無良好的賦水條件，故一般透水而不含水，泥巖為相對隔水層，易沿其層面以上形成上層滯水，富水性弱。在滑坡場區的第三級平臺上挖探井和開挖邊坡時均發現有多處出水點，出水點均位于黃土和泥巖的接觸面，對邊坡的穩定性構成不利影響。出水點見圖3。

圖3 滑坡場區出水點

3 滑坡的變形特征和形成機理

該滑坡的變形特征和形成機理主要有以下幾方面：

a）由于滑體土孔隙和垂直節理發育，具有Ⅲ-Ⅳ級自重濕陷性，7、8月份連續降雨，雨水沿土體表面垂直裂隙及落水洞下滲，導致土體軟化和自重增加，抗剪強度降低，下伏P2s泥巖面形成有效隔水層。

b）7、8月份連續降雨形成地表徑流，從高處向低處排泄，坡頂未施工截水溝，開挖的坡面也未進行防護，徑流對坡面進行沖刷、侵蝕破壞，軟化坡腳土體，使其抗剪強度下降。

c）12月份隨著路基邊坡的逐步開挖，使坡腳形成臨空面，導致上部土體失穩，邊坡發生大面積滑塌。

在以上因素的共同作用下，為滑坡的形成提供了內在基礎與滑動條件，最終導致上部黃土沿基巖面產生牽引式整體滑動。大氣降水、人類工程活動是影響滑坡穩定性的主要因素。

4 滑坡穩定性計算分析

根據滑坡變形特征可知，該滑坡危害程度為嚴重，滑坡防治工程安全等級為I級[1]。根據滑體表面張性裂縫和前緣的剪出口，可以判定滑坡沿土巖結合面處于滑動階段。

根據地勘資料，對3個地質斷面進行穩定性計算，取滑坡的穩定系數F=0.97，分別對3個斷面的滑面C、Φ值進行反算；滑坡剩余下滑力計算采用《公路路基設計規范》（JTG D30—2015）推薦的傳遞系數法，分別對正常工況、非正常工況I（暴雨）和非正常工況Ⅱ（地震）進行計算，選擇剩余下滑力最大的工況進行支擋設計。計算過程使用“理正巖土工程計算分析軟件”進行。計算結果見表1。

表1 計算參數及剩余下滑力一覽表

5 滑坡處治設計

5.1 調整場區位置

受滑坡體和高壓鐵塔的影響，管理場區的位置需要重新調整。經現場調查，在收費廣場右側，連接線的右側路邊，有一處地勢平坦、工作車輛可經連接線和匝道繞行、方便收費管理以及工作人員和車輛出入的地方可以作為新的收費站管理場區，新場區遠離滑坡的影響范圍，同時也避開了拆遷超高壓輸電線路。

5.2 反壓設計

由于邊坡開挖形成臨空面，滑坡體局部剪出，臨近鐵塔塔基地表出現裂縫，威脅到鐵塔安全，在邊坡滑塌后立即對邊坡采取了緊急臨時反壓措施，反壓后裂縫趨于穩定，也無新裂縫產生，因此對原收費站管理場區已開挖邊坡采用反壓回填，以確保鐵塔塔基周圍土體的穩定[2]。場區反壓斷面設計見圖4，具體的反壓工序如下：a）坡腳設置4 m高M7.5水泥砂漿砌MU30片石護腳，護腳基礎要求嵌入中風化泥砂巖中不小于1.0 m，地基承載力要求不小于240 kPa。b）在基底填筑土方前，要求鋪筑50 cm砂礫墊層，有利于排水。c）在原場區第三級寬平臺上有出水點，需要設置1×1 m的碎石盲溝將水引出坡外。d）對斜坡和已填筑的坡面開挖向內傾4%的2 m寬平臺，并在已填筑每級臺階上設置5 m長鋼塑格柵。e）反壓區采用靜力壓路機逐層反壓回填，要求回填土方的壓實度不小于90%。對已反壓土方表層出現不均勻沉降的裂縫用10%灰土回填后方可繼續進行回填。f）在回填到寬平臺標高時采用振沖式壓路機對已填筑土方補強壓實后再進行上部土方的回填。g）施工坡頂截水溝、平臺排水溝及急流槽等排水工程。h）坡面綠化。

圖4 場區反壓斷面設計圖

5.3 支擋設計

根據剩余下滑力計算結果，斷面-1采用2.0 m×3.0 m C30混凝土抗滑樁，樁間距6.0 m，樁長17.0～18.0 m，共布置6根樁；斷面-2采用3.0 m×4.0 m C30混凝土抗滑樁，樁間距6.0 m，樁長20.0 m，共布置8根樁；斷面-3采用2.0 m×3.0 m C30混凝土抗滑樁，樁間距6.0 m，樁長19.0 m，共布置4根樁，總共布置18根抗滑樁。在滑坡后緣裂縫外5 m處設置截水溝，完善其他排水和防護設施；采用10%灰土填埋裂縫并夯實。滑坡處治平面圖見圖5。

圖5 滑坡處治平面圖

6 結語

a）收費站管理場區設置不可避免地會形成高填深挖，這不僅對自然環境造成了嚴重破壞，還可能誘發和加劇各種地質災害，甚至給運營留下嚴重的安全隱患。

b）對路線需穿越重要構筑物的路段，勘察設計階段應加強勘察，并對路線方案進行充分的多方案比選，以免造成較大的設計變更。

c）在滑坡發生后，臨時的應急處治工程非常重要，它不僅可以有效地控制滑坡的繼續變形，還可以為永久工程的設計和施工贏得寶貴時間和設計依據。