G206國道宿州市夾溝段滑坡穩定性分析及治理方案

袁 利，李 婷

(安徽省地質環境監測總站，安徽 合肥 230041)

2020年4月20日，G206國道宿州市夾溝鎮改建工程K844+200-K844+380段道路右幅邊坡，由于修建道路工程進行切坡形成臨空面，加之巖層節理裂隙，巖石破碎，受降雨等因素影響，發生滑坡地質災害，塌方量約1600m3。滑坡體平面形狀呈簸箕形，巖性為寒武系下統饅頭組(∈1m)泥質砂巖，產狀110°∠34°，滑坡體所在邊坡垂向節理發育，巖體穩定性差，存在再次復發的可能，嚴重威脅過往車輛、行人的安全。因此，對該邊坡開展穩定性分析和工程治理十分緊迫。

1 地質環境條件

1.1 地形地貌

滑坡體周邊原始微地貌為侵蝕溶蝕低丘，西北部為八山自然山體，由于切坡修路等人類工程活動，山體已被開挖成寬約160m的人工邊坡，形成現代人工地貌(圖1)。人工邊坡最大高差約18m，傾向152°，坡度約40°～55°，坡頂現狀植被發育，以茅草、灌木為主，具一定的匯水面積。根據現場踏勘，邊坡表層為前期客土噴播形成的覆蓋土層，厚度0.4m～0.6m，結構較為松散，底部基巖裸露，以中厚層狀灰巖為主，中部夾薄層狀泥質灰巖、泥質砂巖。

圖1 滑塌體現場照片Fig 1.Photo of CollapseBody

1.2 地層巖性

根據鉆孔揭露情況，區內地層上部為第四系全風化殘坡積層，下部主要為寒武系下統饅頭組(∈1m)，按照巖性可分為4層，具體如下：

(1)第四系全風化殘坡積層：厚0.2m～1.0m，巖性為棕黃色粘土夾碎石、礫石，碎石直徑5 m～10cm，分選差，巖性主要為灰巖。

(2)寒武系下統饅頭組3層泥質砂巖：厚11m～25m，呈淺黃至暗黃色，薄層狀，強風化，局部夾泥質灰巖，灰巖內溶隙、溶洞發育，充填物為粘土和礫石。

(3)寒武系下統饅頭組2層薄層狀灰巖：厚7m～15m，與上覆地層整合接觸，黃灰色，強風化，層厚1cm～8.5cm，巖芯呈片狀、碎塊狀，溶蝕現象發育，溶洞發育，充填物為粘性土夾塊石，塊石分選差。現場鉆探時漏水嚴重。

(4)寒武系下統饅頭組1層薄至中厚層狀灰巖：鉆孔揭露厚度4m～8.7m，與上覆地層整合接觸，棕灰、青灰色，層厚4cm～70cm，中等至弱風化，巖芯呈短柱-長柱狀。

1.3 地質構造

滑坡區域大地構造單元位于中朝準地臺淮河臺坳，淮北陷褶斷帶宿州凹斷褶束內。滑坡體所在邊坡斷裂構造活動強烈，表現為巖層裂隙發育，相互錯切，產狀各異。邊坡上主要發育四組優勢裂隙：裂隙L1產狀245°∠75°，張開寬度2cm～5cm，間距0.2m～0.5m，延伸長1m～2m，裂隙中間有少量粘土填充；裂隙L2產狀210°∠88°，走向延伸較遠，現場可見延伸10m以上，間距25cm～30cm，垂直切割巖層面，裂隙張開很小，無填充；L3裂隙面產狀145°∠80°，間距0.2cm～0.8m，延伸長2cm～4m，裂隙中間有少量粘土填充；L4裂隙面產狀260°∠75°，間距0.2cm～0.8m，延伸長3cm～4m，裂隙中間有少量粘土填充。節理發育示意圖見圖2。邊坡受節理裂隙及巖層面控制，形成傾向坡外、離散的塊體，在降雨、外界振動等作用下，易沿層面產生滑移破壞。

圖2 節理裂隙發育示意圖

1.4 地下水及工程地質條件

滑坡區內地下水主要有第四系松散巖類孔隙水、裸露型碳酸鹽巖夾碎屑巖巖溶裂隙水兩種類型，主要接受大氣降水垂直入滲補給，徑流方向順巖層傾向及裂隙、溶隙，側向徑流是地下水主要排泄途徑。滑坡區位于當地侵蝕基準面以上，地表水可自然排水。滑坡體所處邊坡巖性為中厚層狀灰巖夾泥頁巖，中部滑坡處巖性為薄層狀泥質砂巖、灰巖，因受構造、風化、機械振動、溶蝕等作用影響，巖體破碎，軟弱結構面分布較多，巖體穩定性較差。

1.5 人類工程活動

滑塌地質災害所在邊坡主要為人工切坡修路形成，邊坡坡頂后緣為自然山體，主要人類工程活動為開挖建墳；坡腳為G206國道，人類工程活動主要為過往車輛產生的振動。

2 滑坡災害特征

2.1 滑坡物質組成及所在邊坡特征

邊坡表層為客土覆蓋層，粘結性一般，內部出現空腔及張裂縫，下部基巖為寒武系下統饅頭組(∈1m)灰巖、頁巖、泥質砂巖。根據勘查、工程地質巖組變化、鉆孔揭露，將邊坡自西南向北東劃分為A段、B段、C段(圖3)，滑坡體位于B段。

A段：長度69.9m，地層產狀與坡向斜交。巖性為中等-弱風化灰巖，局部夾薄層泥質灰巖青灰色，薄至中厚層狀，單層厚度1cm～40cm，巖芯呈短柱-長柱狀。

B段：長度約39.6m，地層產狀與坡向斜交。巖性為強風化泥質灰巖、泥質砂巖，灰黃色，薄層狀，單層厚度在1cm～8.5cm之間，節理裂隙發育，溶蝕現象發育，巖芯呈片狀、碎塊狀。

C段：長度約28.8m，地層產狀與坡向斜交。中等-弱風化灰巖，青灰色，中厚層狀，巖芯呈短柱狀，溶洞發育，孔徑最大達2m，有粘土、碎塊石充填。

2.2 滑坡形態特征

滑坡周界平面形狀呈簸箕形，后緣有高約120cm的弧形陡坎。滑坡斜長約26m，寬約19m，滑坡主滑動面產狀110°∠34°，與巖層面一致；右緣受裂隙L1(產狀210°∠88°)控制，剪出口因修路切坡形成，滑坡最大高差18m。滑床為寒武系下統饅頭組(∈1m)灰黃色薄層狀泥質灰巖，地層產狀與坡向斜交，由于垂向節理發育，巖層面成為滑動面，滑體為巖層面與垂向節理切割形成的楔形體，受降雨影響發生了小規模滑塌。其誘發原因為長時間降雨導致滑體飽水，下滑力增加，而降雨形成的地表坡面流沖蝕帶走層面間泥沙，減小了摩擦力，最終導致滑坡產生。

圖3 邊坡現狀及A-A'剖面圖

3 邊坡穩定性分析

3.1 定性分析

由邊坡巖體裂隙與巖層面和坡向的赤平投影圖(圖4)可知，邊坡巖層面受裂隙L1、L2、L5、巖層層面切割形成傾向坡外、離散的塊體，易沿層面產生滑移破壞[1-2]。現場調查，滑坡所在邊坡巖石節理裂隙發育，巖石呈破碎，異常天氣下，存在進一步沿層面發生滑移破壞的可能[3]。坡體基本處于不穩定狀態。

圖4 優勢結構面及坡面赤平投影圖(a：A、C段邊坡；b：B段邊坡；下半球投影)

3.2 定量分析

3.2.1 計算模型和工況

(1)計算模型：通過滑坡穩定性定性分析及現場調查，滑坡破壞模式為簡單平面破壞。圖5。

圖5 滑移式滑坡計算示意圖

據《建筑邊坡工程技術規范》(GB50330-2013)，巖質邊坡采用平面滑動法計算其穩定系數，公式為：

式中：Fs-穩定性系數；W-危巖體單位寬度自重(KN/m)；θ-滑面傾角(°)；φ-滑面的內摩擦角(°)；c-滑面的粘聚力(kPa)；L-滑面與危巖體接觸長度(m)；V-后緣陡傾裂隙面上的單位寬度總水壓力(kN/m)；U-滑面單位寬度總水壓力(kN/m)。

(2)計算工況的確定

根據滑坡地質災害的特征和組合情況，計算中主要考慮自重、暴雨情況下坡體完全飽水等，不考慮地震力的影響，分二種工況。工況Ⅰ：自重(天然狀況)；工況Ⅱ：自重+暴雨(坡體全部飽水)。

(3)計算參數確定：巖體的力學強度指標主要根據臨近地區試驗成果、并結合工程經驗，采用工程地質類比法綜合確定[4-5]，參數確定結果見表1。

表1 邊坡穩定性計算參數一覽表

3.2.2允許安全系數

根據《建筑邊坡工程技術規范》(GB50330-2013)，本邊坡巖體節理裂隙發育，結構面結合差，屬Ⅳ類邊坡，破壞后果嚴重，邊坡安全工程等級二級，確定安全系數1.30。邊坡穩定狀態分級見表2。

表2 邊坡穩定性狀態劃分表

4 邊坡穩定性分析結果

根據現場實測，本次邊坡穩定性分析選取最陡剖面Ⅱ-Ⅱ'(見圖2)進行邊坡穩定性分析，結果見表3。該邊坡在工況Ⅱ條件下最小安全系數=1.019，小于1.3，處于欠穩定狀態。邊坡在最不利的工況下存在較大滑坡風險，需要對該段采取邊坡加固治理措施。

表3 穩定性計算結果

5 剩余下滑力計算

根據《滑坡防治工程設計與施工技術規范》(DZ/T0219-2006)，采用傳遞系數法顯示解計算工況Ⅱ條件下的剩余下滑力(滑坡推力)，計算公式如下：

Pi=ψi-1·Pi-1+Fst·Ti-Ri

式中：Pi，Pi-1-分別為第i塊，第i-1塊滑體的剩余下滑力(kN/m)，當Pi、Pi-1為負值時取0。

Fst-滑坡推力安全系數，應根據滑坡現狀及其對工程的影響等因素確定。根據防治工程等級，本次取Fst=1.3；Ti-作用于第i塊滑動面上的滑動分力(kN/m)，出現于滑動方向相反時，Ti應取負值；Ri-作用于第i條塊段落的抗滑力(kN/m)；

在給定安全系數Fst=1.3后，最下面一條塊Pn即為剩余下滑力。經計算該段邊坡剩余下滑力P余=179.22kN/m。

6 防治工程設計

滑坡所在坡體處于欠穩定狀態，根據場地施工條件及邊坡穩定性分析結果，結合周邊相似工程治理經驗，設計采取削坡放階、錨桿格構梁護坡、截排水工程等措施對邊坡進行治理，坡面采用植生袋方式綠化。

(1)削坡放階：首先按坡度40°(坡比1∶1.18)對整個邊坡分兩級進行削坡，在高程58.5m(高路平面約7m)處放坡整平成3m寬平臺，開挖后一級邊坡高約7m，二級邊坡最高約12m。

(2)錨桿格構護坡工程：機械結合人工削坡降坡后進行人工清坡，確保坡面平順，采用錨桿格構進行加固。錨桿均采用全長粘結式砂漿錨桿，錨孔直徑D=90mm。錨桿間距3m(水平)×3m(豎向、垂高)。注漿材料為M25水泥砂漿或水灰比為0.50的水泥漿，水泥級別不低于42.5級。格構梁采用井字形布置，節點處與錨桿焊接，橫梁、縱梁截面尺寸均為寬0.3m×高0.3m。邊坡坡頂設混凝土橫梁，在平臺坡腳設置混凝土支撐梁，采用C30混凝土制作，支撐梁尺寸為0.3m×0.3m。坡底設置混凝土矮擋墻，尺寸為0.3m(寬)×0.7m(高)，地面以下基底埋深0.3m。

圖6 邊坡治理工程完工現場照片Fig 6.Photo of Completion Site of Slope Treatment Project

(3)截排水工程：為減少邊坡上方地表徑流對坡面的沖刷，在邊坡坡頂外1.0m處設截水溝，在一級邊坡平臺設排水溝。坡頂截水溝凈斷面為梯形(上口×下口×高=1.2m×0.8m×0.8m)，截水溝兩端接入原排水溝，截水溝地基主要為巖石地基，地基施工為機械鑿巖，C20混凝土澆筑。平臺排水溝凈斷面為矩形(寬×高=0.5m×0.5m)，利用平臺坡腳支撐梁作為截水溝一邊，外擴0.5m處采用C20混凝土現澆排水溝另一邊。

(4)坡面植生袋綠化：在坡面框格梁內壘砌植生袋進行坡面綠化，以完成的混凝土格構骨架為基礎，將按適當條件配置好的種植土裝入植生袋，擺放在邊坡格構內。施工完成現狀見圖6。

8 結 論

(1)由于修建道路工程進行切坡，導致局部邊坡高陡，加之節理裂隙及巖溶發育，巖石破碎，受降雨等因素影響，散落于坡面的塊體順層面發生滑移破壞，從而發生滑塌地質災害。

(2)通過滑坡穩定性定性、定量分析，滑坡所在邊坡巖層面受多組裂隙切割，形成傾向坡外、離散的塊體，處于欠穩定狀態，在降雨、外界振動等作用下，仍存在沿層面發生滑移破壞的可能。

(3)根據場地施工條件，結合周邊治理經驗，設計采用削坡放階+錨桿格構梁+截排水系統+植生袋等方式進行滑坡地質災害工程治理。