廣西某高速公路砂巖邊坡變形破壞成因分析及處治

摘要 文章以廣西某高速公路項目為依托，對一處砂巖邊坡滑塌的工地處治案例開展研究。結合地勘資料與現場踏勘，對工點地質條件進行歸納總結，從環境外因與人類活動內因等方面對邊坡的破壞機理進行分析，確定了影響邊坡穩定的關鍵因素，并針對性地提出砂巖邊坡的處治方案與建議。

關鍵詞 砂巖邊坡；破壞機理；防護設計

中圖分類號 U417 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）21-0076-03

0 引言

以砂巖為代表的陸源碎屑巖地層在廣西全域廣泛分布，在高速公路建設中為常見案例，而砂巖邊坡其巖土混合邊坡的性質，邊坡穩定性比較巖質邊坡來說，相對較差，在工程建設過程中常發生開裂與滑動變形，故存在對砂巖邊坡變形破壞機理及防護設計方面進行探討的必要。該文以某高速公路工程建設項目為依托，結合早期地質勘察資料，通過對砂巖邊坡的工程地質條件以及現場施工情況的穩定性進行勘察，總結分析其破壞機理，確定影響邊坡穩定的主要因素，對工程措施防護提出針對性的處治建議。

1 砂巖邊坡破壞情況調查

1.1 項目概況

廣西某高速位于廣西西南部，屬亞熱帶季風氣候，橫跨北回歸線，總的特點是夏無酷暑，冬無嚴寒。具有光照充足，雨量充沛，氣候溫和，旱季長、蒸發量多于降水量、溫度垂直差異大等特點，水系較發育，地下水的補給充沛。低山丘陵區基巖裂隙發育，河谷和盆地地區地形平坦，有利于大氣降水的入滲補給和匯集，形成豐富的地表水以及地下裂隙水和孔隙水，地下水的分布主要受巖性、構造、地貌和植被等因素控制和影響。區域內構造的構造線主要呈北西向、北北西向，由多條較大的區域性大斷裂貫穿全區，伴有不同規模、性質的斷裂縱橫交錯，且區域性大斷裂帶出現有較大的構造推覆體和飛來峰、構造窗。路線走廊帶設計地貌單元以低山、丘陵為主，山嶺彌補，地形復雜。沿線邊坡以砂巖為主的巖土混合邊坡，相關工點有94處。

1.2 邊坡總體設計情況

根據資料統計，該項目挖方邊坡主要為碎屑巖質邊坡，坡體主要為砂巖、頁巖、泥巖等。泥頁巖多以夾層、互層形式出現，具有隱伏性、崩解性。挖方高邊坡宜采用緩坡率并加強防護。

根據工程地質勘察資料，結合自然穩定斜坡和人工邊坡的綜合調查及力學分析，該項目邊坡坡率一般擬取1∶1～1∶1.5，挖方高度小于12 m時，只設一級邊坡；當邊坡高度大于12 m時，路基邊坡每10 m高處設一級平臺，平臺寬度為2 m。大部分設計邊坡為3～4級，極少部分邊坡高達7～8級，最大邊坡高度高達72 m。

防護方案的選用與邊坡的巖土體性質和穩定情況密切相關，主要是結合邊坡地形地貌、巖土體性質和邊坡穩定性情況等因素選用適宜的防護設計方案：一般邊坡主要采取草灌混噴、掛三維網噴播、掛鍍鋅鐵絲網客土噴播等防護方式；土質邊坡和基巖完整性比較差的邊坡于坡腳設置矮擋墻進行固腳防護；深挖路塹路段則根據邊坡巖土體穩定情況選用掛鍍鋅鐵絲網噴播、植被混凝土、錨桿（索）格梁+植被綠化、錨筋樁等方案進行防護綠化；對于易發生整體滑移破壞的欠穩定邊坡如順層邊坡等，則采用抗滑樁進行加固防護，確保邊坡的安全與穩定。

2 地形地貌

勘察區屬剝蝕低山地貌，山坡高聳峻峭、峰尖坡陡，山間溝谷深切，多呈U字形，溝谷多基巖出露，地形起伏較大，地面高程355～550 m，相對高差195 m，自然斜坡坡度角一般為30～45°，局部達50～60°，地表橫坡較陡，丘陵間沖溝較發育，多為溝谷溪流。山體斜坡覆蓋第四系殘坡積土層，地表植被較發育，多種植杉樹、茶果等經濟林。局部基巖零星出露，未見大型滑坡、崩塌等不良地質，項目鄰近二級路發育小型滑塌。

3 氣候條件

項目位于廣西西北部，地處云貴高原余脈，屬亞熱帶季風氣候，熱量豐富，水分充沛，光照充足，雨水多，濕度大，無霜期長，夏長冬短，夏濕冬干，春季陰雨連綿，夏季臺風暴雨多，春秋常有干旱，氣候呈顯著的季節性變化。年平均溫度為19.1℃，歷年平均降雨量為1 353.1 mm。由于雨量分布極不均勻，全年旱、雨季明顯，雨季在5～10月，旱季11～4月。5～6月份多受西風帶系統影響造成明顯降雨，7～10月多受熱帶天氣系統影響造成大（暴）雨和連續長降雨時段。歷年4～10月降雨量占年總雨量的89.7%，而11～3月總雨量只占年總雨量的10.3%。雨季局部地區常出現洪澇災害。冬春季常出現較嚴重的干旱。該區內降雨量較為豐富，且夏季高強度集中降雨易誘發地質災害，對工程建設影響較大。

4 地層巖性特征

根據地質勘察調繪以及現場實際勘察，場地內地層主要由第四系殘坡積層（Qel+dl）、三疊系中統百逢組第二、三段（T2b2+3）組成。

（1）第四系殘坡積層（Qel+dl）

黏土，黃褐、褐色，硬塑狀為主，土質不均勻，夾20%～30%強風化碎石，干強度及韌性中等，表層含植物根系。該層主要分布于斜坡表層，厚度稀薄。

（2）三疊系中統百逢組第二、三段（T2b2+3）

根據地質調查及鉆探揭示，場地內地層巖性主要以砂巖為主，泥巖、頁巖主要呈夾層分布于砂巖層中，泥巖、頁巖巖質軟，風干失水易開裂。砂巖為砂狀結構，薄～中厚層狀構造，根據巖石風化程度不同，可分為全～強風化兩層。

1）全風化層：砂巖夾泥巖、頁巖，灰、灰黃色，大部分礦物已風化為堅硬土狀，富含泥質，結構構造大多破壞，局部可見原巖結構，局部風化不均勻，含風化巖核、碎屑、碎塊，巖芯呈散體土狀，泡水易分解軟化。該層場地內廣泛分布，各個鉆孔均有揭示，揭示厚度8.70～11 m。

2）強風化層：砂巖夾泥巖、頁巖，灰褐、灰黃色，具崩解性，巖石風化強烈，巖質極軟，巖體破碎，節理裂隙極發育，裂隙多為泥質充填，風化程度不均，偶夾全風化堅硬土狀，巖芯呈砂土狀、塊狀、碎塊狀，少量短柱狀、半邊狀。該層場地內廣泛分布，各個鉆孔均有揭示，最大揭示厚度為38.5 m。

5 邊坡變形破壞成因分析

該工點的構成邊坡坡體的巖性自下而上為強風化砂巖夾泥巖、頁巖（T2b2+3）及全風化砂巖及黏土（Qel+dl）。由于構成右側邊坡坡體的黏土層及全風化層較薄，人工邊坡屬巖質邊坡[1]。原設計采用坡比自下而上，第一級與第二級采用1∶1坡率，第三、第四、第五級采用1∶1.25坡率，以此坡率進行開挖，邊坡最高高度為48 m。由于構成該側邊坡坡體的主要為全～強風化砂巖夾泥巖、頁巖，全風化砂巖已風化為堅硬土狀，強風化砂巖巖石風化強烈，裂隙極發育，構成坡體的大部分巖體結構已破壞，抗風化和抗沖刷能力均較差，強降雨時，邊坡易產生掉塊、坍塌、崩塌等變形破壞。邊坡開挖后，邊坡下部可能出現潰曲破壞，局部掉塊。

坡面的防護形式采用錨桿格梁、錨索格梁進行防護，梁間坡面采用掛網噴播形式防護。

該滑塌可分為兩期。第一期的塌方發生于2022年2月，最初滑塌規模較小，變形發生于邊坡坡面的第二級，出于現場勘察對邊坡實際情況的判斷，對變形邊坡施作護面墻處治，并要求邊坡坡面防護嚴格依照“開挖一級，防護一級”的原則開展施工。由于現場施工受制于新冠疫情及對應防疫措施等不可抗力的影響，邊坡開挖至第二級時防護進度緩慢，對坡面進行的防護滯后，坡面長時間處于裸露的狀態。坡面防護程度低，在一個季度的連續降雨影響下，邊坡變形破壞的范圍逐步擴大，進而導致第二期變形破壞。根據現場的勘察發現，邊坡的滑塌后緣呈近折線形，位于邊坡開挖邊線后側約4～5 m的位置，滑塌時產生了40 cm高的錯臺及20 cm寬的裂縫，揭露巖性為三疊系中統百逢組第二、三段（T2b2+3）強風化泥巖。滑塌縱長約34 m，橫寬約60 m，厚度約20 m。

根據現場對工點的實地勘察，邊坡的坡向為225°，巖層產狀為265°∠47°，為順向坡；另測得兩組優勢節理，J1：292°∠56°（每米5～6條），J2：146°∠35°（每米4～5條），節理裂隙發育，且在赤平投影中，J1與J2的交線投影點位于邊坡坡面的投影弧同側，對邊坡穩定性不利。由上述的邊坡產狀空間組合關系可知，邊坡自身的自穩能力較差，需要對該邊坡進行防護。

勘察區地表水體主要流經山坡坡腳的小溪，屬季節性流水，主要接受大氣降水補給，常年不斷流，但水量受季節影響較大；地下水主要為賦存于基巖裂隙中的基巖裂隙水，受地表水補給。場地地下水埋深較深。

結合邊坡設計、地質勘察調繪以及現場勘察實際情況后，該工點產生變形破壞的成因可以總結為以下內容。

（1）大氣降水誘發滑動變形

巖石節理裂隙發育，現場揭露基巖以砂巖為主，存在泥巖、頁巖軟弱夾層，具有強崩解性，不利的地層巖性為邊坡滑塌的形成提供了物質基礎。

依據勘察報告，該工點地層主要由第四系殘坡積層（Qel+dl）、三疊系中統百逢組第二、三段（T2b2+3）組成，以砂巖為主，含泥巖、頁巖夾層，軟硬相間，同時泥巖、頁巖為強崩解性，易形成滑動面[2]；巖體的節理裂隙發育，不利于巖體的完整性；同時勘察報告與現場勘察所揭露的巖層空間組合關系顯示，邊坡地層與邊坡的傾向接近一致，屬于不利于邊坡穩定性的類型[3]。

隨著大氣降水沿著覆蓋層入滲補給，隨著時間推移，逐步形成滲流通道，對土體產生軟化作用，在自身重力加重的基礎上，第一季度的頻繁降雨使得上部土體逐步產生滑動變形，由上至下產生積累位移，而后進一步向后牽引帶動后緣向前位移變形，二者相互作用，相互促進，形成推移式為主的滑動變形破壞。

（2）人類工程活動對邊坡的影響

該邊坡第一級與第二級采用1∶1坡率，第三、第四、第五級采用1∶1.25坡率，在此坡率布置的基礎上，邊坡橫斷面的最高高度為48 m。

在邊坡施工的過程中，原則上邊坡開挖應當嚴格遵守“開挖一級，防護一級”的原則開展作業。在現場施工的執行情況中，邊坡坡面的開挖進度要顯著超前于正在施作坡面防護的段落。直至邊坡初次發生變形的情況為止，第四、三、二級完成了錨桿格梁防護的施作，除了第五、四、三級之外，邊坡下部坡面并未及時得到封閉綠化，且下部邊坡平臺未及時硬化與施作平臺截水溝，使得大氣降水沿坡面入滲提供了契機。在收到反饋后，由于疫情隔離等不可抗力影響，該工點在完成坡面防護之前便停工，導致邊坡在防護不足的情況下棄置了三個月的時間。在項目所屬地區的降雨情況，為大氣降水沿表面入滲軟化土體提供了內因。

6 邊坡防護處治建議

對于施工期間發生開裂、破壞變形的邊坡，根據其發生開裂的位置、塌方規模的大小以及現場地形條件確定處治方案。基于邊坡的工程地質條件，并結合現場勘察與施工情況，該邊坡處治方案如下。

（1）第一級邊坡平臺設置寬平臺，將邊坡坡率放緩至1∶1.25，對滑塌體進行卸載，坡面采用錨桿格梁+掛網噴播形式進行防護。考慮因頻繁大氣降水導致的坡頂加載，以緩坡率重新放坡，加寬碎落臺使得邊坡開口線進一步后退，可有效對邊坡上部載荷進行削除。

（2）平臺設置平臺截水溝，對坡體區域大氣降水形成的地表面流進行截流引排，防止地表水滲入坡體；同時，各級邊坡設置3 m間距的深層泄水孔，以防止滲入坡面的地表面流滯留土體使其軟化。邊坡主要巖性為砂巖，夾泥巖、頁巖等軟弱夾層，考慮該工點的水文地質條件，因此排水工作需要得到重視，以截水溝、深層泄水孔進行排水處理可有效防治大氣降水引起的地表面流入滲軟化。

對于上述的邊坡防護處治方案，采用理正巖土工程計算分析軟件進行邊坡穩定性計算，采用Janbu法進行計算，在非正常工況Ⅰ下的安全系數為1.209，符合《公路路基設計規范》（JTG D30—2015）表3.7.7中關于路塹邊坡穩定安全系數的要求[4]。

7 結論

該文通過對某砂巖順層高邊坡施工過程中發生的滑塌案例，結合現場勘察與勘察報告的數據，對該工點的塌方情況、施工情況進行了描述，分析滑塌成因機理，并基于此提出處治建議。得出如下結論：

（1）巖體自身的巖性組成與空間組合關系為邊坡的變形破壞提供物質基礎。砂巖高邊坡變形破壞與降水存在密切關系。砂巖中存在泥、頁巖等強崩解性夾層的情況下，遇水易軟化，從而導致邊坡安全隱患；巖層傾向與邊坡傾向趨近一致，對邊坡穩定性不利；巖體節理裂隙發育，降低巖體完整性，對邊坡穩定性不利；大氣降水通過覆蓋層表面下滲，進入邊坡坡體內，使土體自重增加，巖體軟化崩解，巖體抗剪強度降低，形成滑動面。

（2）邊坡防護需及時對開挖坡面進行防護。原則上應當實現開挖一級，防護一級。此次的案例中，由于不可抗力因素，現場施工未及時對工點坡面開展防護，為地表水入滲軟化提供了契機，進而激發了邊坡變形。

（3）工程實踐證明，邊坡設置寬平臺、坡率放緩、坡面采用錨桿格梁、掛網噴播等坡面防護，對坡面的穩定性起積極作用。可因地制宜采取工程手段防護，確保邊坡安全穩定。該文涉及邊坡工點基于工程地質條件、施工現狀確定了對邊坡的處治方案。

參考文獻

[1]化建新，鄭建國，工程地質手冊（第五版）[M].北京：中國建筑工業出版社，2018.

[2]鄭川.軟弱夾層條件下巖質邊坡穩定性分析與治理方案研究[D].重慶：重慶交通大學，2020.

[3]朱彥鵬，施多邦，段新國，等.某砂巖順層挖方高邊坡治理工程施工期變形特征與工程效果評價[J].中國地質災害與防治學報，2023（2）：111-119.

[4]公路路基設計規范：JTG D30—2015[S].北京：人民交通出版社，2015.