某高速公路淺層滑坡事故機理分析及治理

易宙子，梁秋花，覃志毅，龔文耀

(深圳市建設綜合勘察設計院有限公司，廣東 深圳 518108)

1 引 言

廣東省自然地理環境復雜，多山地、丘陵，且普遍處于季風性氣候，雨季降雨集中，導致滑坡發生的規模大、數量多、分布廣泛、危害嚴重等特點。由于經濟發展快，工程建設項目多、分布廣，工程建設不可避免進行了大量的山體改造，產生了很多邊坡支護問題。邊坡類型按巖土類型可分為巖質邊坡和土質邊坡，降雨對兩種類型的穩定性均有影響，尤其對土質邊坡影響巨大。部分土質邊坡，坡率較緩，按坡率法設計時，按規范給出的建議放坡坡率，總體上應該處于穩定狀態，但由于匯水面積大，地表水對其影響大，時有發生淺層滑坡。勘察設計時，對于總體坡率較緩的土質邊坡，也并不能夠掉以輕心，對于重要的構筑物附近平緩土質邊坡，仍應采取積極有效的支護措施。

本文介紹的項目為土質邊坡，坡面為殘積粉質黏土，邊坡總體坡率僅為1∶2，雖然坡率較緩，卻連續兩個雨季發生滑坡事故，值得總結分析，對類似地層進行邊坡設計工作時，可引起相關勘察設計人員的注意和重視。

2 工程概況

2.1 滑坡情況概述

本邊坡位于深圳市龍崗區荷坳收費站以西約 300 m，機荷高速公路北側，具體位置為水荷立交E匝道北側邊坡。該邊坡傾向南，坡高約 18 m，總體坡度約25°～27°，換算坡率約 1∶2，坡腳設有混凝土擋墻，擋墻高約2.45 m。

該段邊坡經歷過兩次滑坡：

第一次滑坡發生時間為2017年9月。坡面原采用漿砌片石護面，厚度約 0.5 m，坡面設有泄水孔，分三級放坡，坡頂植被較為茂盛，平臺處設有水溝，寬度及深度 0.2 m～0.6 m。滑坡事故發生后，水溝結構已破碎，片石坍塌，嚴重影響排水(圖1)。漿砌石砂漿不飽滿，結構松散，處于下滑狀態，局部鼓包嚴重，第三級邊坡塌方下滑 3.2 m。

圖1 第一次滑坡照片

滑坡發生后，采取了如下主要治理措施：掛鋼絲網噴射混凝土方式修復邊坡；對于坍塌的第三級邊坡面，卸載削坡至滑動面頂，并掛鋼絲網噴射混凝土；修復、新建排水溝。

2018年8月底，受連續暴雨影響，發生第二次滑坡。此次滑坡為淺層滑坡，由于坡腳設有混凝土擋墻，坡腳穩定，但邊坡周邊護面也出現了開裂、坡面隆起、變形等，邊坡后緣錯開約 1 m，整體下滑，滑坡體東西寬度約 30 m，南北長度約 40 m，滑坡堆積土體最厚處約 5 m，滑坡土體約 2 500立方(圖2)。

圖2 第二次滑坡照片

兩次滑坡均發生在強臺風雨季，且在強降雨結束后，高度懷疑滑坡事故與降雨有密切聯系，另外土質本身的原因也有待查明。

2.2 工程巖土特征

2018年9月，為了查明滑坡原因，徹底解決邊坡對高速公路的風險，對滑坡范圍進行了邊坡病害整治為目的的勘查工作。

在滑坡體上布置了數個鉆孔，根據鉆孔揭示，場地內勘探深度范圍內揭露的地層有第四系殘積層(Qel)及泥炭系測水組泥質粉砂巖(C)，地層自上而下描述如下：

①粉質黏土：褐黃色，可塑狀為主，濕，浸水易軟化，原巖結構已破壞，總厚度為 3.0 m～6.0 m，該層在深度 1.5 m～4.8 m附近出現擾動重塑現象，呈軟塑狀，飽和，為滑動面，其上可判定為滑坡體。

②泥炭系測水組泥質粉砂巖(C)，淺部為全風化泥質粉砂巖，厚度大于 8 m，未鉆穿，褐黃色為主，局部為淺灰～灰黑色，原巖結構基本破壞，但尚可辨認，干鉆可鉆進，巖芯呈土柱狀，手捏粉砂狀，遇水易軟化崩解。

從鉆探結果看，滑動面在殘積粉質黏土內，滑動面深度在邊坡面下 1.5 m～4.8 m，滑動面土層明顯呈濕滑狀態。

經過對殘積粉質黏土采取土樣，進行室內土工試驗。邊坡坡面土層的物理力學試驗性質統計如表1所示：

土的物理力學性質統計表 表1

經統計，殘積土平均含水量達到了35.7%，最大為43.2%，平均孔隙比為1.015，液性指數較離散，數值范圍大，總體為可塑狀態，部分土樣顯示為軟塑狀態。從土的各項物理力學指標判定，邊坡上土體總體性質較差。

2.3 區域地質概況

據區域地質資料顯示，本項目位于深圳大斷裂北部，為五華～深圳大斷裂及紫金～博羅大斷裂所夾持，北部有東西向高要～惠來深斷裂橫貫。

區域內巖層為石炭系測水組泥質粉砂巖，巖層整體傾向北西，本邊坡為東西走向，傾向南，總體為反向坡，巖層傾向對邊坡穩定有利，基本排除了順層滑動的可能。從區域地質圖上顯示(圖3)，邊坡所在區域構造較發育，尤其是次級斷裂發育，造成原巖結構較破碎，裂隙發育，地表水極易侵入，對邊坡穩定有不利影響。

圖3 邊坡場地區域地質圖

2.4 地下水特征

邊坡勘查期間，鉆孔中測得地下水位埋深為 2.0 m～3.0 m，相應標高為 +76.54 m～+80.69 m之間。地下水位受地貌形態、位置控制明顯，受雨季大氣降水、地表水系下滲和側向徑流補給影響較大。根據地方經驗，殘坡積土及風化帶區域的地下水年變幅在 2.0 m～3.0 m左右。由于屬于雨季，地下水埋藏淺，水位較高。

3 滑坡機理分析

3.1 滑坡內因

(1)區域地質條件

場地斷裂發育，造成原巖結構較破碎，裂隙發育，地表水極易侵入，對邊坡穩定有不利影響。

(2)土體力學性質

石炭系泥質粉砂巖殘積土，由于本身含有泥質成分，風化后細顆粒易軟化。當坡頂在位移的作用下產生裂縫，雨水逐步入滲，土體經過雨水浸泡后，含水量可大幅升高，從取得的土樣含水量來看，殘積土含水量最小26.7%，最大含水量43.2%，說明土體經浸泡后，含水量明顯大幅度提高。另外，本邊坡土的孔隙比平均值達到了1.015，達到了淤泥質土的指標特征，土的性質較差。從土的含水量和土的孔隙比指標來判斷，已接近于淤泥質土的性質，因此，按 1∶2的坡率放坡，難以保證邊坡的穩定，也就不足為奇。

(3)地表匯水面積大

本邊坡后緣上方匯水面積較大，而坡面平緩，邊坡面積大，當暴雨襲擊時，坡面水量大。

(4)排水設施變形

坡面變形較大，發生位移后，坡頂排水溝有開裂情況，土體產生了一些橫向的裂縫，形成了水的良好通道，未能及時封堵，地表水交易入滲。另外，坡面排水管也有堵塞現象。

3.2 滑坡誘因

水是滑坡的重要誘發因子，而降雨是地表水的主要來源，降雨型滑坡也是滑坡事故的主要類型。降雨型滑坡占滑坡總數的90%，且集中發生在雨季及暴雨之后，很多滑坡具有“大雨大滑，小雨小滑，無雨不滑”的特點，降雨對邊坡造成的影響主要有以下幾個方面：

(1)土體的抗剪強度減小

土體內的剪應力僅能由土體的骨架所承擔，降雨入滲土體，含水量增加，基質吸力降低，有效應力減小，φ值降低，C值先增大后減小，土體的抗剪強度減小，尤其當滑動面處土體的抗剪強度參數降低，將會發生加速滑坡的變形破壞。

(2)裂隙的擴展貫通機理

由于重力作用，坡體后緣產生拉張裂隙，暴雨中，坡體裂縫會聚積大量裂縫水，若不能及時排出，不但會因靜水壓力作用而影響坡體穩定性，還會誘發裂縫的擴展貫通和裂縫水的入滲，造成坡體失穩。

(3)徑流對坡面的侵蝕

高速徑流沖刷剝蝕地表，使坡面變得粗糙，同時水流入滲由淺及深沖蝕坡體，破壞坡體結構，降低土體抗剪強度，并促進坡面徑流對坡體的淘刷破壞，水流沿裂隙入滲溶蝕，使裂隙擴寬并加速相互貫通，裂隙的儲水、徑流能力增強，同時裂隙也會成為坡體變形破壞的啟裂部位。降雨過程中降雨強度超過坡面的入滲速度才會產生徑流，徑流速度越大對破面的破壞作用越強。

總之，降雨是滑坡事故最重要的誘因。降雨可增加坡體自重，降低土的有效應力，產生動、靜水壓力，增強邊坡的下滑力，同時降雨入滲使土體軟化，土體強度參數c、φ值減小，巖土體強度降低，孔隙水壓力上升，破壞面有效應力減小，邊坡抗滑力減小，最終導致滑坡。

4 治理方案及效果

4.1 穩定性計算分析

邊坡穩定性采用瑞典調分法，通過理正軟件巖土6.0進行計算。

選擇具有代表性的斷面，地層主要為粉質黏土、全風化泥質粉砂巖，邊坡坡率為 1∶2，巖土參數取值如表2所示。

巖土參數取值表 表2

巖土計算采用圓弧滑動進行邊坡穩定性計算，邊坡穩定性計算結果如表3所示。計算簡圖如下：

邊坡穩定性計算結果 表3

注：根據現場滑坡情況，計算采用指定暴雨狀態是指暴雨期間雨水滲入邊坡土體，使邊坡巖土體飽水，暴雨狀態后巖土參數降低，取值按表2；滑坡前無水狀態指的是邊坡未滲入水，巖土參數按滑坡前正常狀態取值，其中粉質黏土的取正常值為黏聚力取 18 kPa，內摩擦角取16°。

①無水狀態

最不利滑動面：滑動圓心=(9.497，39.201)(m)

滑動半徑=39.122(m)

滑動安全系數=1.318

②暴雨狀態

最不利滑動面：滑動圓心=(6.060，69.614)(m)

滑動半徑=65.099(m)

滑動安全系數=0.832

4.2 治理方案

治理重點仍是排水工作，主要為設置排水溝、跌水溝，平臺排水溝排水方向為向兩側截洪溝或跌水溝引排，坡體排水采用表層短泄水孔方式。

加強支護的強度和剛性：對已滑坡的區域采用削坡卸載+大放坡+兩道抗滑樁的治理方式，削坡主要將因滑塌擾動的土體按設計坡率要求挖除，坡表面采用井字格構梁護坡，格構梁間植草綠化，對滑坡區域旁邊開裂區域，將片石清除，削坡后，新建素混凝土井字格構梁，并植草防護。邊坡治理設計剖面如圖4所示：

圖4 邊坡治理設計剖面示意圖

4.3 治理效果

2018年10月，按抗滑樁的方案進行邊坡治理后，目前經過2019年一個雨季的考驗，邊坡安全穩定。從監測單位的監測數據判定，邊坡變形已基本收斂，邊坡處于安全穩定狀態。以抗滑樁深層水平位移為例，其監測成果如表4所示，治理后邊坡現狀如圖5所示。

抗滑樁深層水平位移監測成果 表4

圖5 治理后邊坡現狀

5 結 語

土質邊坡的坡率較緩時，容易造成設計人員的麻痹大意，主要原因是，按坡率法設計時，按規范給出的建議放坡坡率，直觀上容易讓專業人員認為邊坡總體將處于穩定狀態，但由于緩坡匯水面積大，地表水對土體影響大，同時遇到石炭系測水組泥質粉砂巖風化殘積地層時，又易發土體軟化現象，造成土體強度大幅下降，因此，在該類地層中，淺層滑坡時有發生。對于此類邊坡，不能簡單采用放坡處理，首先應該加大排水溝尺寸設計，有效加強排水，其次應該加強巡查，對于已出現的裂縫及時處置，做好防滲，除了需要做好截排水措施以外，對于重要的構筑物附近平緩土質邊坡，需考慮采取抗滑樁等剛性的支護措施。