某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡失穩(wěn)機理及治理措施研究

李宏杰

云南省建設投資控股集團有限公司國際工程部 云南 昆明 650500

我國目前關于邊坡失穩(wěn)機理的研究較多，普遍認為造成邊坡失穩(wěn)的因素有邊坡開挖、軟弱夾層、地表水入滲、巖體結(jié)構面等，但是關于邊坡失穩(wěn)治理措施的研究相對較少，這表示治理方案設計及實施還需要進一步強化[1]。現(xiàn)階段在邊坡失穩(wěn)治理中應用較多的措施有設置排水溝、設置排水孔、夯填處理地表裂縫、設置預應力錨索地梁、設置截水溝等，這些措施也將被應用在本次邊坡失穩(wěn)治理中，均能夠獲得較為理想的邊坡失穩(wěn)治理成果。

1 邊坡失穩(wěn)機理及治理措施研究價值

邊坡失穩(wěn)導致的滑坡等事故屬于常見的地質(zhì)災害類型，據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，滑坡這一地質(zhì)災害的發(fā)生頻率要遠遠高于泥石流、山體崩塌等其他地質(zhì)災害，每年都會造成較為嚴重的人員傷亡和財產(chǎn)損失[2]。順層邊坡則是失穩(wěn)現(xiàn)象發(fā)生頻率較高的一種邊坡類型，這是因為此類型邊坡巖層的穩(wěn)定程度和強度遠遠低于其他邊坡類型。在早期研究中，普遍認為順層緩傾軟巖高邊坡出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象的概率較多，判斷依據(jù)是巖層傾角及結(jié)構面具有優(yōu)勢；但實際情況表明，此類型邊坡的失穩(wěn)事故依然較為常見[3]。由此可見，需要強化對順層緩傾軟巖高邊坡邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象的治理，以此來確保高速公路工程的安全穩(wěn)定運行，想要制定針對性治理方案、采取科學化治理措施，便需要明確邊坡失穩(wěn)機理及邊坡失穩(wěn)破壞機制。

2 某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡失穩(wěn)概況

2.1 基本情況

某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡為深挖路塹邊坡，等級為4級，地層巖性為第四系全新統(tǒng)殘坡積物、二疊系上統(tǒng)上石盒子組沉積巖（中風化頁巖、中風化砂巖）；有兩條發(fā)育斷層，一條斷層的破碎帶寬度為25-50cm，另一條斷層的破碎帶寬度為90-190cm。在邊坡開挖過程中，坡體出現(xiàn)了較大程度的變形破壞，具體表現(xiàn)如下：坡體頂部存在若干條拉張裂縫、坡體表面存在多處掉塊和脫落情況、坡體底部呈現(xiàn)為明顯的剪出特征。由此可見，某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡已經(jīng)出現(xiàn)了較為嚴重的失穩(wěn)問題，隨時可能出現(xiàn)整體坍塌情況，如果不進行針對性治理，會對周邊村莊及耕地的安全產(chǎn)生威脅。

2.2 地形地貌

某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡整體地形呈現(xiàn)為北高南低、起伏較大的特征，整體地質(zhì)條件相對較差，具體如圖1、圖2所示。通過下圖可知，某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡山梁前沿有一條已經(jīng)發(fā)育完全的近東西向沖溝，此為區(qū)內(nèi)主溝，切割深度為45-100m，為“U”字型；山梁東西兩側(cè)各自有一條已經(jīng)發(fā)育完全的小型沖溝，切割深度為10-20m，為“V”字型。邊坡開挖已經(jīng)改變了邊坡原有的地形地貌，已經(jīng)形成的人工邊坡坡體頂部與坡體底部的高度差為30m。

圖1 某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡平面圖

圖2 某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡剖面圖

2.3 水文條件

某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡的地表水沒有發(fā)育，因此沖溝一般呈現(xiàn)為無水狀態(tài)，但是在暴雨季節(jié)，由于自然降水會出現(xiàn)洪水流出情況，此時沖溝也會受到一定的沖刷和侵蝕。具體來講，在雨季，一部分自然降水會形成地表水自然從高處流向低處，一部分自然降水會直接下滲轉(zhuǎn)變?yōu)榈叵滤Ｔ诠こ炭辈爝^程中，未發(fā)現(xiàn)邊坡所在地存在地下水資源。

3 某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡失穩(wěn)機理

3.1 邊坡失穩(wěn)特征

在邊坡開挖工程開始之后，坡體表面便開始出現(xiàn)裂縫，裂縫范圍長度為150m，寬度范圍為100m。由于坡體頂部為村莊和耕地，某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡失穩(wěn)加劇了村莊附近東西向張拉裂縫的發(fā)育，使得裂縫的長度延伸了10-40m，寬度延伸了5-15cm。邊坡右側(cè)斷層、坡體底部沿頁巖軟弱夾層已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的剪出特征，這表示邊坡失穩(wěn)的整體特征為順層滑移和拉裂式破壞。

3.2 邊坡失穩(wěn)機理分析

3.2.1 結(jié)構面條件

工程邊坡失穩(wěn)與結(jié)構面條件有著密不可分的關系，并且不同結(jié)構面條件導致的巖體破壞模式不同，可見明確邊坡結(jié)構面條件是分析邊坡失穩(wěn)機理的重要條件。現(xiàn)對某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡失穩(wěn)范圍內(nèi)的45條巖體縫隙進行分析及統(tǒng)計，以此為依據(jù)繪制了圖3所示的結(jié)構面裂隙走向圖。通過下圖可知，邊坡失穩(wěn)范圍內(nèi)的主要結(jié)構面裂隙有4組，其走向分別為5°（編號為J1）、34°（編號為J2）、55°（編號為J3）、279°（編號為J4）。J1、J2、J3與邊坡開挖面的相交角度較大，屬于穩(wěn)定型結(jié)構面，但是會對巖體造成切割破壞影響，J1還能夠控制邊坡結(jié)構的右側(cè)邊界。J4位于邊坡結(jié)構的同側(cè)，屬于不穩(wěn)定型結(jié)構面，會對巖體造成控制破壞影響，是對邊坡穩(wěn)定程度破壞最為顯著的結(jié)構面；并且J4所在邊坡為順層邊坡，該邊坡的穩(wěn)定程度直接關系到了整體邊坡結(jié)構的穩(wěn)定程度。

圖3 結(jié)構面裂隙走向圖

3.2.2 工程地質(zhì)條件

某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡的主要底層巖體為頁巖、砂巖、中風化泥巖，具體是以中風化泥巖為主、部分為砂巖、中間夾雜著頁巖，且結(jié)構面發(fā)育程度和結(jié)合程度較差，多見巖屑、泥質(zhì)巖層。由此可見，此邊坡為軟巖地層，基本特征是容易風化、強度較低、遇水容易軟化、失水容易崩塌，地質(zhì)條件相對較差；例如，頁巖為泥質(zhì)結(jié)構，其強度較低，膠結(jié)程度較差，構造較為不穩(wěn)定，不良的地質(zhì)條件是邊坡失穩(wěn)的根本因素。

3.2.3 邊坡開挖因素

邊坡開挖為邊坡滑動創(chuàng)造了臨空空間，這是因為邊坡開挖造成了某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡坡體應力回彈，導致了初始位移，坡體表面縫隙進一步擴展，增加了自然降水的滲入概率；坡體底部開挖降低了坡體的阻滑作用，當阻滑作用小于下滑力量時，坡體便會沿著軟土夾層面剪出，坡體頂部裂縫進一步擴展，自然降水通過裂縫侵蝕巖體結(jié)構和裂縫，最終使得各個裂縫結(jié)構和軟化結(jié)構相通，形成滑動面。

3.2.4 自然降水因素

盡管在工程勘察過程中未發(fā)現(xiàn)某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡所在地存在地下水資源，但是在自然降水期間，坡體底部斷層面及剪出面已經(jīng)開始有地下水滲出，導致這種現(xiàn)象的主要原因是自然降水沿著邊坡的張拉裂縫和坡體表面原有的結(jié)構縫隙大量滲入，并且張拉裂縫、結(jié)構縫隙、斷層面、剪出面結(jié)構已經(jīng)呈現(xiàn)為局部貫通狀態(tài)，表示地下水已經(jīng)有足夠的通道外泄，致使自然降水能夠從坡體頂部和坡體表面一直滲透到坡體底部，最終從坡體底部排出。在自然降水條件下，邊坡自身的質(zhì)量會被增加，并且降水會對邊坡產(chǎn)生潤滑和軟化作用，進一步增加了邊坡的軟化程度和下滑程度，過多的自然降水是邊坡失穩(wěn)的助推因素。

4 某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡失穩(wěn)治理措施

4.1 邊坡失穩(wěn)治理原則

第一，盡量做到一次性根治原則，需要全面掌握邊坡失穩(wěn)機理，在設計治理方案時盡量一次性根治失穩(wěn)問題和已經(jīng)形成的災害，做到不留后患[4]；同時邊坡失穩(wěn)措施也需要落實到位，考慮到邊坡失穩(wěn)治理工程較為特殊和復雜，在采取任何治理措施之前都需要做好安全防護，在確保安全程度的基礎上實現(xiàn)全面治理。第二，綜合治理原則，邊坡失穩(wěn)往往受到了多方因素的共同影響，每個因素產(chǎn)生的影響又能夠分為作用影響和誘發(fā)影響，進行邊坡失穩(wěn)治理需要從綜合角度出發(fā)，在采取單項治理措施的同時，還需要采取綜合治理措施，在獲得綜合治理效果的同時，準確把握各項作用因素和誘發(fā)因素[5]。第三，技術可行性和經(jīng)濟可行性原則，邊坡失穩(wěn)方案制定及邊坡失穩(wěn)措施落實需要符合施工單位的技術水平，治理成本需要在施工單位能夠承擔的范圍內(nèi)，以此來確保技術和經(jīng)濟上的合理性，這需要對多項治理方案進行性分析對比，在保證治理效果的基礎上，盡量選擇性價比較高的治理方案，同時避免施工方案與現(xiàn)有工程布局發(fā)生較大沖突，避免治理措施無法準確落實。

4.2 整體邊坡失穩(wěn)治理方案

針對某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡失穩(wěn)實際情況，為了進一步解決邊坡失穩(wěn)問題，確保周邊房屋、人員、高速公路的安全，現(xiàn)制定如下治理方案[6]。第一階段為應急處理方案，目的是避免失穩(wěn)問題進一步擴大：設置微型鋼管樁群及截水溝對坡體范圍內(nèi)的地表水進行攔截，應用三七灰土夯實處理坡體表面的裂縫，以此來減緩坡體變形情況。第二階段為問題解決方案，目的是在放緩邊坡失穩(wěn)問題發(fā)生速度的基礎上，實現(xiàn)對邊坡失穩(wěn)問題的徹底治理：在一級平臺至二級坡面中部位置設置預應力錨索抗滑樁，以此來阻抗中層和深層滑坡；在三級坡面位置設置預應力錨索地梁，以此來縮小中層和深層滑體的變形范圍；在坡體表面其余位置設置窗孔式護面墻，以此來進行防護；設置仰斜排水孔和排水溝，以此來排水。經(jīng)過實施，本次邊坡失穩(wěn)治理方案具有顯著治理效果。

4.3 具體邊坡失穩(wěn)治理流程

4.3.1 第一階段治理流程

第一，設置微型鋼管樁群。在邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象最為嚴重位置處，沿著裂縫的走向設置微型鋼管樁群，具體需要按照4排3列12根的模式布置微型鋼管樁群，微型鋼管的行距為0.7m，列距為0.7m[7]。微型鋼管樁群中間設置一根108鋼管，鋼管內(nèi)部設置了三根鋼筋，隨后向鋼管及微型鋼管中注入M35水泥，微型鋼管樁群頂部應用C30鋼筋混凝土承臺進行連接。

第二，設置截水溝。在邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象最為嚴重位置外側(cè)設置截水溝，以此來將地下水引入到排水系統(tǒng)中，截水溝寬度為0.6m，高度為0.6m，厚度為0.3m。

第三，夯實處理坡體表面的裂縫。應用三七灰土夯實處理坡體表面和失穩(wěn)范圍周邊的裂縫。

4.3.2 第二階段治理流程

第一，設置預應力錨索抗滑樁，整體設置如圖4所示。一級平臺頂部位置分別設置了A型、B型、C型三種錨索抗滑樁，三種錨索抗滑樁樁身均應用C30鋼筋混凝土砌筑，樁間距均為6m[8]。

圖4 預應力錨索抗滑樁設置圖

第二，設置預應力錨索地梁。在三級坡面位置設置預應力錨索地梁，預應力錨索地梁均應用C30鋼筋混凝土砌筑。

第三，設置窗孔式護面墻。在一級邊坡、二級邊坡、三級邊坡、四級邊坡位置設置窗孔式護面墻，墻的頂部寬度為0.4m，墻的底部寬度為0.9m，孔式護面墻內(nèi)部需要植入耕植土，并且種植花草進行綠化。

第四，設置仰斜排水孔。在一級邊坡和三級邊坡位置設置仰斜排水孔，排水孔間距均為6m。

第五，設置排水溝。在第三級平臺、第四級平臺設置排水溝，以此來將地下水引入到排水系統(tǒng)中，排水溝寬度為0.6m，長度為0.6m，厚度為0.3m。

5 結(jié)束語

某高速公路出現(xiàn)順層緩傾軟巖高邊坡失穩(wěn)問題的內(nèi)在因素是邊坡體結(jié)構面發(fā)育不夠良好，即所在工程地質(zhì)條件較差；直接因素是邊坡開挖面，即外界工程施工直接誘發(fā)了邊坡失穩(wěn)；加劇因素是自然降水，即降水進一步增加了邊坡失穩(wěn)的嚴重程度。想要做好對某高速公路順層緩傾軟巖高邊坡失穩(wěn)的科學治理，首先需要制定整體治理方案，其次需要分階段開展具體治理流程，實現(xiàn)徹底治理，同時實現(xiàn)對邊坡巖體的加固，降低后續(xù)失穩(wěn)事件發(fā)生概率。