瀾滄江左岸公路某滑坡穩(wěn)定性分析及治理方案

羅曉琴

(國家林業(yè)和草原局西南調(diào)查規(guī)劃院 云南 昆明650031)

瀾滄江左岸沿江公路云南大理州云龍縣表村至怒江州蘭坪縣營盤段(K103+300～K152+466.4段)公路設(shè)計等級為三級公路，路基寬度7.5m，行車道寬度6.5m。主要承擔(dān)黃登、大華橋及上游各電站統(tǒng)供物資、大件運輸，也是怒江州瀘水市至蘭坪縣地方通行主要通道。2018年2月7日，大華橋水電站蓄水，庫水位強烈變動，對沿江公路邊坡和路基穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響，2018年4月以來，連續(xù)20多天降雨及“大雨季”后，沿線水毀、地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，路面多處破損，路基多處沉陷、滑塌、支擋結(jié)構(gòu)破壞、路塹邊坡崩塌、古滑坡復(fù)活等病害。針對K147+000～K147+125段滑坡，探討滑坡體應(yīng)力變形特性及其穩(wěn)定性，為公路修復(fù)方案設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)，保障公路安全穩(wěn)定運行。

1 基本情況

1.1 工程概況

K147+000～K147+125段滑坡南距大華橋水電站約19km。路段路基為半填半挖形式，挖方邊坡坡高10m～20m，坡比1：0.5～1：0.75，為土質(zhì)邊坡。路基下邊坡修建有混凝土擋墻，高2m～3m。目前路基持續(xù)變形，擋土墻鼓脹、開裂，修復(fù)過的混凝土擋墻基礎(chǔ)被剪斷，整體外傾、滑動，邊溝溝幫及溝底開裂。公路右側(cè)路塹擋墻整體滑移30cm～50cm，公路左側(cè)路面下沉50cm～70cm，靠近瀾滄江地面多處開裂5cm～20cm，裂縫深度最深1.2m，滑坡仍處于蠕動變形階段。主滑方向320°，滑坡體平均寬度120.31m，平面面積20399.00m2，平面周長477.47m，平均厚度10.88m，最大厚度13.10m，滑坡體積約221941.12m3，為中型滑坡(圖1)。滑坡區(qū)坡體上局部地段滲水，坡面出現(xiàn)拉張裂縫，后緣出現(xiàn)貫通裂縫，滑坡周界清晰，且均出現(xiàn)明顯的貫通裂縫，滑坡前緣已淹沒至瀾滄江內(nèi)。

圖1 沿江公路K147+000～K147+125段滑坡全貌圖

圖2 后緣拉裂縫

圖3 路塹邊坡混凝土擋墻剪切裂縫

圖4 公路防撞墻剪切裂縫

滑坡位于瀾滄江左岸，走向43°，屬于構(gòu)造剝蝕中山地貌，上陡下緩，坡度30°～45°。處高山峽谷地貌單元，總體北高南低，地形切割強烈。瀾滄江河道近南北向，與構(gòu)造線基本一致，河道曲折，河床寬一般為20m～75m，江水面高程1300m～2200m，兩岸支流、沖溝發(fā)育。兩岸山峰海拔2400m～4300m。河谷多遭受深切呈“V”型谷。勘察場地斜坡上緩下陡，上邊坡坡度一般25°～35°，下邊坡一般30°～40°，局部50°～70°，植被豐富，覆蓋率60%～70%，多為喬木、灌木。下邊坡分布有“U”型谷槽，兩側(cè)邊坡陡峭，中部凹陷，易形成匯水區(qū)。

1.2 滑坡失穩(wěn)情況

1.2.1 滑坡平面形態(tài)及特征

根據(jù)地表形態(tài)特征及滑坡體活動性，滑坡體可分為Ⅰ、Ⅱ兩個區(qū)，其中Ⅰ區(qū)為原古滑坡范圍，Ⅱ區(qū)為新生滑坡范圍。圖1，圖5。

圖5 滑坡平面及鉆孔布置圖

Ⅰ區(qū)：滑坡主滑方向320°，滑坡體平面面積20399.00m2，平均寬度120.31m，平面周長477.47m，水平長度203.32m，屬于縱長式滑坡，滑體平均厚度10.88m，滑體最大厚度13.10m，屬中層滑坡，滑坡體積221941.12m3，為中型滑坡，滑面呈折線型。滑體物質(zhì)以覆蓋層為主，屬于堆積層滑坡。滑坡后緣剪入口高程約1562.90m，滑舌剪出口高程約1476.50m，地面落差約86m，滑坡左側(cè)后緣為基巖陡壁，后緣形成一個高2m～7m的錯落陡坎，滑面傾角15°～35。滑坡左緣以沖溝為界，高程1570m處排水溝剪切開裂，高程1613m處見寬20cm～40cm的拉裂縫，1597m處修建的農(nóng)用小瓦房形成2cm～10cm寬拉裂縫。兩側(cè)以沖溝為界，后緣以滑坡體陡坎為界線，周界清晰、滑坡體上多處見馬刀樹，近期未見滑動跡象，勘察深度未見明顯滑帶(面)。圖6，圖7。

圖6 滑坡橫剖面圖

圖7 滑坡縱剖面圖

Ⅱ區(qū)：滑坡主滑方向312°，滑坡體平面面積7465.01m2，平均寬度86m，平面周長237.21m，水平長度111.45m，屬縱長式滑坡，滑體平均厚10.88m，滑體最大厚度13.10m，屬中層滑坡，滑坡體積81219.31m3，為小型滑坡，滑面呈折線型。滑體物質(zhì)以覆蓋層為主，屬堆積層滑坡。后緣剪入口高程約1516.50m，滑舌剪出口高程約1476.50m，地面落差約86m，滑坡后緣呈“圈椅”狀，下錯高度10cm～50cm，拉裂縫貫通，裂縫寬5cm～50cm(圖2)，喬地、玉米地多處見垂直于主滑面方向的鋸齒狀拉裂縫。滑坡左側(cè)以剪切裂縫為界，路塹、路堤邊坡混凝土擋墻、公路防撞墻多處見寬10cm～40cm剪切裂縫(圖3，圖4)。左緣玉米地發(fā)現(xiàn)新生寬5cm～30cm剪切裂縫。右側(cè)緣以邊溝、防撞墻剪切裂縫為界，邊溝被剪斷，剪切裂縫寬6cm～20cm，錯距約5cm～15cm，公路路面、防撞墻產(chǎn)生寬4cm～10cm剪切裂縫，右緣玉米地發(fā)現(xiàn)新生寬5cm～25cm剪切裂縫，路面多處發(fā)現(xiàn)平行于路線方向的鋸齒狀拉裂縫。大華僑庫區(qū)蓄水，致使水面上漲，淹沒滑坡前緣。兩側(cè)以剪切裂縫、土體變形拉裂為界，周界清晰、變形痕跡顯著，為近期活動滑坡。

滑帶(面)位于第四系坡殘積含礫粉質(zhì)粘土層，呈折線型，傾角5°～20°。滑帶土呈褐紅色，濕，軟塑，韌性中等，干強度中等，其中夾紫紅色泥巖、少量灰石英砂巖角礫，角礫呈強風(fēng)化-全風(fēng)化，粒徑0.5cm～2cm，含量15%～25%，次棱角狀、棱角狀。滑床主要岀露強-中粉砂質(zhì)泥巖。圖8。

圖8 滑坡滑帶土

圖9 剖面計算模型

1.2.2 滑坡形成機制

(1)地形地貌因素：勘察場地屬于山麓斜坡堆積形成的崩坡積裙和河谷階地地貌，斜坡整體平衡狀態(tài)十分脆弱，為滑坡產(chǎn)生創(chuàng)造必要的滑動勢能條件。滑體平均坡度24°，沿江公路施工形成半挖半填路基，坡體產(chǎn)生下滑勢能，坡體修建擋墻，具備產(chǎn)生滑坡的地形條件。

(2)巖土因素：滑坡區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)為崩坡積、坡殘積含碎礫石粉質(zhì)粘土層及強風(fēng)化-中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖(呈土狀、碎塊狀和短柱狀)。為軟質(zhì)巖，差異風(fēng)化嚴(yán)重，表層風(fēng)化為土狀，遇水易軟化和崩解。第四系松散覆蓋層相對較厚，雨季地表水下滲，坡體重量增加；滑帶為相對隔水含礫粉質(zhì)粘土，下滲地表水聚集，該層土體力學(xué)性質(zhì)下降、抗剪強度降低、巖土體軟化，逐步貫通形成滑動軟弱面，為滑坡的產(chǎn)生創(chuàng)造了物質(zhì)和結(jié)構(gòu)條件。

(3)水文地質(zhì)因素：勘察地表地形處于低洼地帶，是地表水、地下水有利匯集區(qū)，巖土強度降低，抗滑力減小。改變了斜坡的外形，當(dāng)水滲入斜坡上部巖土體后，增大了巖土體的自重(下滑力)，也迅速改變巖、土體物理力學(xué)性質(zhì)，降低抗剪強度，起“潤滑劑”的作用。

(4)誘發(fā)因素：1)老滑坡體上從事農(nóng)業(yè)活動，降低了坡體的穩(wěn)定性；砍伐樹木，使生態(tài)環(huán)境惡化、水土流失嚴(yán)重，另外引水灌溉，人工棄土堵塞地下水出口等改變地下水活動性，誘發(fā)滑坡發(fā)生。2)沿江公路的修建是勘察區(qū)較強烈的人類工程活動。公路修建開挖形成較高的人工邊坡，沿江公路自古滑坡中下部以半填半挖形式通過，改變了滑體應(yīng)力狀態(tài)，影響滑坡的穩(wěn)定性。3)大華橋庫區(qū)蓄水致使江水河面上漲，對滑坡前緣進(jìn)行浸泡、沖刷以及掏蝕，改變了滑體應(yīng)力狀態(tài)，影響滑坡的穩(wěn)定性。

1.2.3 滑坡變形破壞模式

滑坡所處山體斜坡為第四系崩坡積、坡殘積層含碎礫石粉質(zhì)粘土和白堊系景星組下段褐紅色、紫紅色粉砂質(zhì)泥巖構(gòu)成。地表風(fēng)化呈碎塊狀、土狀，基巖埋深較深。崩坡積層平均厚10.88m，最大厚13.10m，地形平均坡度27°，有較大的下滑勢能。沿江公路從滑坡前緣通過，公路開挖棄渣堆積于滑坡體上，產(chǎn)生加載作用，改變應(yīng)力狀態(tài)，為滑坡形成創(chuàng)造了條件。

2018年7月初雨季期降雨量較大，相對集中，連續(xù)降雨及地下水作用使坡體巖土強度降低，土體抗滑力降低，坡體向臨空面方向蠕動。大華僑庫區(qū)蓄水，使滑坡前緣被瀾滄江水浸泡、掏刷、侵蝕，蠕動變形加劇，致使公路路面拉裂、下沉，局部整體滑移，滑坡中下部出現(xiàn)較大的剪切和拉張裂縫。滑坡前緣經(jīng)江水長時間沖刷、掏蝕，前緣失去支撐，剪切進(jìn)一步貫通，地表裂縫增多，最終形成軟弱面或滑面，形成牽引式滑坡。

2 滑坡穩(wěn)定性分析

2.1 計算模型

按《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTG D30-2015)表7.2.2規(guī)定，滑坡穩(wěn)定性分析應(yīng)采用工程地質(zhì)類比法和力學(xué)計算相結(jié)合的方法，并符合下列要求：

(1)滑坡穩(wěn)定性計算應(yīng)考慮三種工況：1)邊坡處于天然狀態(tài)下的正常工況；2)邊坡處于暴雨或連續(xù)降雨狀態(tài)下的非正常工況Ⅰ；3)邊坡處于地震等荷載作用狀態(tài)下的非正常工況Ⅱ。

(2)滑坡穩(wěn)定系數(shù)不得小于表7.2.2所列穩(wěn)定安全系數(shù)值。本公路等級為三級公路，考慮到滑坡地質(zhì)條件復(fù)雜且為庫區(qū)公路滑坡防治，穩(wěn)定安全系數(shù)取大值，正常工況(1.15)、非正常工況Ⅰ(1.10)、非正常工況Ⅱ(1.05)。

2.2 穩(wěn)定性及推力計算公式

根據(jù)《滑坡防治工程勘查規(guī)范》(DZ/T0218-2006)第12.4.6條規(guī)定，F(xiàn)s<1.00為不穩(wěn)定；1.00≤Fs<1.05為欠穩(wěn)定；1.05≤Fs<1.15為基本穩(wěn)定；Fs≥1.15為穩(wěn)定。本文滑坡滑動面按折線型考慮，選取折線形滑面計算公式進(jìn)行穩(wěn)定性計算。

其中：Tn=Wn(sinan+Acosan)+TDnRn=Wn((1-ru)cosαn-Asinαn)-RDn)tanφn+CnLn)

式中：ψj-第i條塊的剩余下滑力傳遞至第i+1條塊時的傳遞系數(shù)(j=i)，即ψj=cos(αi-αi+1)-sin(αi-αi+1)tanφi+1；Wi情況忽略動荷載；Ci-第i條塊土的內(nèi)聚力(kPa)；φi-第i條塊土的內(nèi)摩擦角(°)；Li-第i條塊滑動面長度(m)；αi-第i條塊滑面傾角(°)；A-地震加速度(重力加速度g)；rμ-孔隙壓力比；κf-穩(wěn)定系數(shù)；

滑坡推力應(yīng)按傳遞系數(shù)法計算，公式如下：Pi=Pi-1×ψ+Ks×Ti-Ri

式中：Pi-為第i條塊的推力(KN/m)；Ks-設(shè)計安全系數(shù)；

下滑力：Ti=Wi(sinαi+Acosαi)+γwhiwLicosαisinβicos(αi-βi)

抗滑力：Ri=(Wi(cosαi-Asinαi)-Nwi-γwhiwLicosαisinβisin(αi-βi)tanφi+CiLi

孔隙水壓力：Nwi=γwhiwLicosαi

滲透壓力平行滑面分力：TDi=Nwisinβicos(αi-βi)

滲透壓力垂直滑面分力：RDi=Nwisinβisin(αi-βi)

2.3 計算剖面及參數(shù)

(1)計算剖面：選擇2-2’剖面進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性分析及推力計算。滑體各剖面幾何尺寸(條塊面積、滑面長及傾角)結(jié)合實際測量斷面及地質(zhì)剖面確定。

(2)計算參數(shù)：現(xiàn)場調(diào)查、鉆探巖芯觀察和現(xiàn)場原位試驗、室內(nèi)土工試驗分析及滑帶土強度反算成果。土層重度(γ)：坡殘積含礫粉質(zhì)粘土采用室內(nèi)試驗平均值，天然狀態(tài)取19.80kN/m3，飽和狀態(tài)取20.00kN/m3；滑動帶(面)土抗剪強度(C、φ)確定：根據(jù)現(xiàn)場觀察、室內(nèi)土工試驗成果(反復(fù)直剪試驗)和反算綜合確定，2-2’剖面(主滑動面)內(nèi)聚力C值取12.70kPa，內(nèi)摩擦角φ值取13.00°。

(3)計算工況：設(shè)定三類計算工況：正常工況(天然狀態(tài))，以天然重度和天然抗剪強度為主要計算參數(shù)；非正常工況Ⅰ(暴雨狀態(tài))，考慮滑坡區(qū)暴雨或連續(xù)降雨條件，加之地形條件、巖土類型使坡體易水浸、飽水特點，以飽和重度和飽和抗剪強度為主要計算參數(shù)；非正常工況Ⅱ(地震狀態(tài))，考慮滑坡區(qū)抗震設(shè)防烈度7度，采用天然狀態(tài)容重和天然直剪抗剪強度指標(biāo)為主要計算參數(shù)，水平地震綜合系數(shù)A=0.0375。

2.4 滑坡穩(wěn)定性及剩余下滑力計算結(jié)果

對滑坡穩(wěn)定性及剩余下滑力計算分析，結(jié)果表1至表4。正常工況Ⅰ：滑坡穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.03，滑坡處于欠穩(wěn)定；非正常工況Ⅰ：滑坡穩(wěn)定系數(shù)Fs=0.94，滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)；非正常工況Ⅱ：滑坡穩(wěn)定系數(shù)Fs=0.89，滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)。正常工況Ⅰ：剩余下滑力579.61kN/m；非正常工況Ⅰ：剩余下滑力788.57 kN/m；非正常工況Ⅱ：剩余下滑力879.91kN/m。

表1 滑坡穩(wěn)定性和剩余下滑力計算結(jié)果

表2 天然狀態(tài)滑坡推力計算成果表

表3 非正常工況Ⅰ滑坡推力計算成果表

表4 非正常工況Ⅱ滑坡推力計算成果表

3 滑坡現(xiàn)實狀態(tài)與趨勢預(yù)測

(1)滑坡現(xiàn)實狀態(tài)：按物質(zhì)成分分類屬于坡殘積層滑坡；按剖面上形態(tài)分類屬折線型滑坡；按厚度分類屬中厚層滑坡；按滑動力學(xué)性質(zhì)分類屬牽引式滑坡；按滑坡成因分類屬新生工程滑坡。目前滑坡前緣沿江公路路基路面開裂、下沉，路基擋墻局部剪斷滑移、擋墻倒塌；公路防撞墻被剪斷；滑坡中下部發(fā)育數(shù)條剪切裂縫、拉張裂縫。滑坡前緣已被瀾滄江水浸泡、沖刷、掏蝕。公路開挖造成的人工棄土對滑坡加載。滑坡仍在蠕動變形，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

(2)滑坡趨勢預(yù)測：未來滑坡在地貌形態(tài)沒有大的變化條件下，旱季將處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；持續(xù)強降雨條件下，將可能出現(xiàn)整體蠕動下滑，前緣可能出現(xiàn)局部鼓脹變形，后緣進(jìn)一步向上牽引或者坡體下滑再次拉裂，范圍不斷擴(kuò)大，變形加劇，引起公路路面開裂、沉陷，使路基整體失穩(wěn)，影響公路運營安全，嚴(yán)重將使得公路斷交。

除上述滑坡體自然、地質(zhì)特征條件制約外，很大程度還受庫區(qū)蓄水、地表水、地下水的影響，地形地貌、人工活動等因素影響，單方面或共同作用可能使滑坡體變形加劇，也可能誘發(fā)處于穩(wěn)定或基本穩(wěn)定的滑坡體再度復(fù)活，是未來發(fā)展趨勢中難以預(yù)測的主要影響因素。

4 滑坡防治方案分析

4.1 滑坡治理方案分析

針對性的確定滑坡防治工程方案。①預(yù)防為主，防治結(jié)合；②綜合治理與長期監(jiān)測相結(jié)合；③支擋工程與排水工程相結(jié)合；④減重和反壓相結(jié)合；⑤避讓法。因持續(xù)強降雨地表水下滲引起滑坡土體軟化和庫水位上漲對前緣的沖刷、浸泡，并考慮公路路基安全、庫岸穩(wěn)定。

(1)排水工程：本滑坡地表截排水措施主要有排水溝、急流槽等，建議采用素混凝土在滑坡后緣外重建排水溝及擋墻下邊坡的灌溉渠，以免地表水滲入坡體內(nèi)部。

(2)抗滑支擋工程：道路下?lián)鯄σ颜w變形、滑移，建議拆除擋墻并采用樁板墻支擋。充分考慮支擋加固效果、施工難度、安全等，選擇安全可靠且經(jīng)濟(jì)的支擋措施。

(3)減重和反壓工程：因前緣較陡，且已發(fā)生庫岸坍塌，不具備反壓條件，可結(jié)合實際情況對位置選擇。沿江公路左側(cè)坡體具有減重條件，可將坡體上松散棄渣、滑體進(jìn)行削減。

(4)生物工程：坡體上為旱地，有少量雜草和灌木，建議對現(xiàn)狀裸露坡面采取相應(yīng)植物防護(hù)措施，坡體上多種經(jīng)濟(jì)林、果樹等，改善滑體土性質(zhì)減少地表水入滲滑體，增強穩(wěn)定性。

4.2 滑坡監(jiān)測方案分析

包括滑坡位移監(jiān)測、施工安全監(jiān)測、工程效果監(jiān)測和長期監(jiān)測三部分。

(1)建議對滑坡進(jìn)行地表位移和深層位移監(jiān)測，驗證滑面位置的準(zhǔn)確性，掌握滑坡變形規(guī)律。

(2)以施工安全監(jiān)測為重點：工程施工中，應(yīng)在滑坡體穩(wěn)定性較差或擾動較大的部位、重點支檔工程部位和滑坡區(qū)外地表設(shè)置觀測點，數(shù)據(jù)采集時間間隔應(yīng)小于7天，開挖較大或暴雨天氣應(yīng)加密觀測次數(shù)，及時指導(dǎo)工程實施、調(diào)整工程部署、安排施工進(jìn)度。

(3)以工程效果監(jiān)測為核心：在施工安全監(jiān)測基礎(chǔ)上，對工程實施后其效果定期監(jiān)測，主要應(yīng)在重點支檔工程部位數(shù)據(jù)采集時間間隔宜為7～15天，在外界擾動較大(如暴雨)應(yīng)加密觀測次數(shù)，觀測時間長度不應(yīng)小于一個水文年，了解工程實施后滑坡體變化特征，為補救工程的實施和工程的竣工驗收提供科學(xué)依據(jù)。

(4)必要時輔以長期監(jiān)測：是在防治工程竣工后對滑坡體的動態(tài)跟蹤，了解滑坡體穩(wěn)定性變化特征。當(dāng)施工效果監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示滑坡體仍未完全穩(wěn)定，應(yīng)在未穩(wěn)定部位設(shè)置長期監(jiān)測點，不定期監(jiān)測。

(5)本次調(diào)查沿江公路下邊坡?lián)鯄τ袛?shù)條截切老裂縫，建議對公路左側(cè)下邊坡布設(shè)觀測網(wǎng)，以便后期研究路基整體穩(wěn)定情況。

5 結(jié)語

滑坡防治是一項系統(tǒng)性的工程，也十分繁瑣。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及勘察的基礎(chǔ)上，綜合室內(nèi)試驗、反演計算、經(jīng)驗基礎(chǔ)，分析滑坡的現(xiàn)實狀態(tài)和未來發(fā)展趨勢，沿江公路是瀾滄江沿線重要通道，從地質(zhì)條件、施工難度、運營安全、工程投資等因素，同時考慮公路路基安全、庫岸穩(wěn)定，提出科學(xué)合理的防治措施，參照監(jiān)測反饋，實現(xiàn)公路“安全、可靠、舒適、通暢”總體目標(biāo)，可為同類型公路滑坡治理提供思路及解決方案。