廣西桂西北三疊系中統(tǒng)挖方邊坡破壞模式及防護方案研究

廣西桂西北地區(qū)三疊系中統(tǒng)巖層在工程擾動的作用下極易發(fā)生滑坡災害，文章通過資料收集、地調(diào)、鉆探及土工試驗等手段，研究了廣西桂西北地區(qū)三疊系中統(tǒng)巖層的地質(zhì)特征、邊坡破壞模式及防護方案，得出結論：桂西北三疊系中統(tǒng)地層具有一定的崩解性、含軟弱夾層、節(jié)理裂隙發(fā)育、遇水軟化、強度低及地下水豐富等特征，其挖方邊坡常見的破壞模式有順層滑動、折線型滑動、傾倒變形、圓弧形滑動、楔形體崩塌、坡面崩解破壞及土巖交界面滑動等七種；桂西北三疊系中統(tǒng)挖方邊坡應避開連續(xù)順層坡、構造破碎帶，宜采用淺挖方式通過，可采用預加固再開挖的理念進行邊坡設計，宜采用緩坡率，并結合錨固、擋墻、綜合防排水等方法進行加固。

公路；邊坡；穩(wěn)定性；崩解性；軟弱夾層

U416.1+4A190583

基金項目：

廣西重點實驗室運行補助項目“2021年度廣西中國—東盟綜合交通國際聯(lián)合重點實驗室運行補助項目”（編號：21-220-21）；南寧市科技發(fā)展計劃項目“交通基礎設施智能運維及健康監(jiān)測平臺”（編號：20223230）

作者簡介：

管東銀（1982—），碩士，高級工程師，主要從事公路勘察設計管理工作。

0" 引言

廣西桂西北三疊系中統(tǒng)巖層在邊坡上屬于極不穩(wěn)定的地層，公路在建設及運營過程中發(fā)生路基開裂、失穩(wěn)等病害事件屢見不鮮，處治難度大，給國家和人民財產(chǎn)帶來了巨大的損失，已受到行業(yè)內(nèi)專家及學者們的重視。

關于公路挖方邊坡的破壞類型及防護方案，國內(nèi)已有部分學者對其進行研究，但對三疊系中統(tǒng)邊坡的研究文獻不多：陳波［1］將巖質(zhì)邊坡的破壞分為潰曲、巖塊流動、傾倒、崩塌、旋轉滑動及平面滑動等6種類型，提出了錨固處理、排水工程及抗滑支擋工程的處治方案；黃小桂等［2］以廣西伶站服務區(qū)三疊系路塹邊坡為案例，研究了陡傾邊坡傾倒變形的過程特征，提出了“卸載＋錨拉樁＋擋土墻＋截排水溝”的處治方案；何忠明等［3］以桂三高速公路某高架橋右側三疊系高邊坡為研究對象，研究表明降雨是該邊坡產(chǎn)生變形的主要因素；朱新聰［4］以樂業(yè)至百色高速公路K96段三疊系滑坡為案例，在分析滑坡成因的基礎上采用了“錨固+支擋”的方案進行處治；楊瑞娟等［5］以貴州某高速公路特大橋拱座基坑的三疊系順層邊坡為案例，采用有限元對該邊坡的變形成因、破壞模式進行研究，提出了“抗滑樁+錨固”的加固方案；陳云生、李世明［6-7］等對天峨龍灘特大橋下老岸拱座三疊系基坑邊坡及南丹岸古滑坡堆積體進行了研究，分析了邊坡及堆積體的潛在破壞模型，采取了“預加固+錨固+支擋”的綜合防護手段。

本文以田林至西林、樂業(yè)至百色、南丹經(jīng)天峨至下老、天峨經(jīng)鳳山至巴馬等桂西北典型高速公路挖方邊坡為案例，總結了三疊系中統(tǒng)挖方邊坡的地質(zhì)特征，對其邊坡常見破壞模式進行分類，并結合經(jīng)驗提出了科學、合理的防護方案，可為類似工程提供參考。

1" 地質(zhì)特征

廣西三疊系中統(tǒng)包括蘭木組、板納組、河口組及百逢組等地層，巖性主要為砂巖、泥質(zhì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖、砂質(zhì)頁巖、頁巖等，集中分布于廣西桂西北區(qū)域，其中東蘭、鳳山、天峨、巴馬、南丹及上林等縣城多呈條帶狀展布，在田林、西林、樂業(yè)、凌云、田東、平果、隆安等縣城及田陽區(qū)呈片狀展布。通過資料收集、地質(zhì)調(diào)繪、鉆探及土工試驗等手段可知，三疊系中統(tǒng)地層有如下特征：

（1）如圖1所示，巖石具有一定崩解性，在微觀上含有少量的黏土礦物，黏土礦物的主要成分為蒙脫石、高嶺石、伊利石及綠泥石等，蒙脫石具有遇水膨脹、失水收縮的特征，使巖石呈現(xiàn)崩解性，一般而言，巖石中黏土礦物含量越大，崩解性越強。

（2）如圖2所示，層間多含有泥巖、頁巖或泥質(zhì)軟弱夾層，軟弱夾層的物理力學性質(zhì)差是大多數(shù)順層滑坡產(chǎn)生的內(nèi)在因素。

（3）廣西桂西北地區(qū)地形地貌復雜，地處中國地勢第二臺階中的云貴高原東南部邊緣，構造發(fā)育，巖層在斷層及褶皺的影響下次生裂隙發(fā)育，破壞了巖體的整體性，加之三疊系中統(tǒng)巖石多含黏土礦物，風化崩解后使節(jié)理裂隙充填大量的黏土礦物，不利于整體穩(wěn)定性。

（4）泥巖、頁巖及砂質(zhì)頁巖等巖石具有遇水軟化、強度變低的特征，巖石強度受降雨影響大，據(jù)統(tǒng)計，桂西北大多數(shù)三疊系地層發(fā)生滑坡的時間點在雨季。

（5）強風化厚度大，統(tǒng)計田林至西林、樂業(yè)至百色、南丹經(jīng)天峨至下老、天峨經(jīng)鳳山至巴馬等高速公路的鉆孔數(shù)據(jù)，桂西北三疊系地層的強風化層厚度普遍＞20 m，局部＞50 m。

（6）桂西北地區(qū)水系發(fā)育，降雨豐富，根據(jù)地下水的位置、形成及賦存條件，可將地下水劃分為松散巖類孔隙水和基巖裂隙水二類，松散巖類孔隙水主要賦存于第四系中，基巖裂隙水廣泛賦存于基巖的風化裂隙中，不利于邊坡的穩(wěn)定。

廣西桂西北三疊系中統(tǒng)挖方邊坡破壞模式及防護方案研究/管東銀，張?zhí)m芳，陳云生，吳龍科，黎照洪

2" 邊坡破壞模式及成因

總結廣西公路建設經(jīng)驗，桂西北三疊系中統(tǒng)挖方邊坡的主要破壞模式有七種。

2.1" 順層滑動

主要發(fā)生在順層邊坡中，邊坡巖體沿下伏軟弱夾層向臨空面方向滑移，并使邊坡開裂解體，進一步細化可分為臺階狀順層滑動、單滑面順層滑動、順層潰曲破壞、順層折斷破壞及順層拉裂破壞等，成因機制如下：（1）層間富含泥巖、頁巖軟弱夾層，層間膠結差，遇水崩解軟化，為坡體變形提供了較好的內(nèi)在結構；（2）邊坡開挖使巖層臨空，巖體產(chǎn)生應力重分布，應力重平衡使層間軟弱夾層先發(fā)生變形，形成潛在滑面；（3）降雨使大量的地表水從裂縫滲透至軟弱滑面，降低了滑面力學參數(shù)，增加了下滑力；（4）爆破振動、錨桿（索）成孔等施工荷載加速了邊坡的變形。

緩傾角順層邊坡指的是巖層傾角在5°～30°的邊坡，此類型的順層滑坡下滑力大且變形范圍大，處治困難。如圖3所示，百色某高速公路K158+400右側高邊坡巖性為強風化中厚層狀泥巖，巖層傾角20°～25°，邊坡開挖后發(fā)生了多次滑塌；如圖4所示，河池某高速公路連接線LK6+000右側邊坡位于低山地貌，地形高陡，地層巖性為強風化薄-中厚層狀砂巖，層間夾泥巖軟弱夾層，巖層傾角18°～26°，邊坡開挖后發(fā)生了大規(guī)模順層滑動破壞，最遠裂縫離原開挖坡頂近百米，影響坡后村民安全。

2.2" 折線形滑動

折線形滑動變形破壞總結成因機制如下：（1）受構造影響，巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，存在貫通率高的外傾結構面；（2）結構面多被泥質(zhì)充填，工程性質(zhì)差；（3）邊坡開挖后使外傾結構面臨空，應力重分布導致邊坡沿不利結構面變形；（4）降雨后雨水入滲軟化坡體，降低了力學參數(shù)，加大了坡體下滑力；（5）坡頂棄土、未及時防護等不合理施工也是部分邊坡變形成因之一。

折線形滑面多沿與層面近垂直的節(jié)理面產(chǎn)生滑動，巖層傾角越陡，則滑面越深，一般存在多組滑面。如下頁圖5所示，百色某高速公路K167+200右側邊坡原設計為5級邊坡，在施工至第一級邊坡時地表發(fā)生了大面積開裂，經(jīng)勘察，該邊坡地層巖性為薄-中厚層狀強-中風化砂巖，巖層傾角55°～60°，屬逆向坡，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，裂隙間含泥質(zhì)，經(jīng)測斜驗證該邊坡發(fā)生了折線型滑動破壞，存在3個滑面，滑面最深超過30 m；如下頁圖6所示，河池某高速公路連接線L1K2+900右側邊坡原設計為8級邊坡，邊坡開挖至坡腳時后緣產(chǎn)生了大量拉張裂縫，經(jīng)勘察，該邊坡地層巖性為強風化泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖，中厚層狀構造，巖層傾角50°～60°，屬逆向坡，該邊坡是在坡頂棄土加載的作用下沿著不利外傾結構面產(chǎn)生了滑坡，且坡腳存在大量居民，安全風險大，其變更費用近2 000萬元。

2.3" 傾倒變形

傾倒變形多發(fā)生在陡傾地層中，其巖層傾角多在60°～90°，開挖坡角一般＞35°，巖性為薄層或薄層與中層互層的軟巖、軟硬相間的巖石。此類巖層抗彎能力差，層間膠結差，在桂西北地區(qū)是較為常見的一種邊坡破壞類型。單層厚度小、陡傾、巖質(zhì)軟的巖層是發(fā)生傾倒變形的三個內(nèi)在因素，邊坡開挖卸荷形成臨空面、降雨是發(fā)生本變形的外因。

如圖7所示，百色某高速公路服務區(qū)左側邊坡在開挖后產(chǎn)生了傾倒變形破壞，該邊坡地層巖性為薄-中厚層狀強-中風化泥質(zhì)砂巖，巖質(zhì)較軟，巖層傾角71°～78°，屬陡傾順層坡。經(jīng)現(xiàn)場勘察，開挖斷面可見明顯臺階狀折斷面，按變形深度可劃分為傾倒折斷區(qū)（A區(qū)）、傾倒-張裂區(qū)（B區(qū)）及相對穩(wěn)定區(qū)（C區(qū)），地表巖層可見疊瓦狀錯臺。

2.4" 圓弧形滑動

此類變形主要發(fā)生在強風化類土質(zhì)邊坡中，變形破壞受最大主應力控制，成因機制如下：（1）最大主應力在潛在滑動帶附近集中；（2）地層巖性主要為泥巖、頁巖、砂質(zhì)泥巖等，富含蒙脫石、高嶺石、伊利石等黏土礦物，遇水易軟化崩解；（3）受構造影響，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，巖體被節(jié)理切割呈松散塊狀；（4）邊坡開挖后使坡面臨空，產(chǎn)生向開挖面的位移；（5）降雨后雨水入滲軟化坡體，同時增大坡體中的孔隙水壓力。

如圖8所示，百色某高速公路K161+100左側邊坡在開挖后因暴雨產(chǎn)生了圓弧形滑動破壞，該邊坡地層巖性為薄層狀強風化泥質(zhì)砂巖，巖質(zhì)軟，受區(qū)域性構造影響，邊坡范圍內(nèi)的巖體節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖體已破碎呈松散塊狀，經(jīng)監(jiān)測，滑面最大深度25 m。

2.5" 楔形體崩塌

這類滑動主要發(fā)生在具有特殊結構的坡體中，發(fā)育多組結構面，結構面交線的傾向決定著楔形體的滑動方向，而交角的大小則影響著楔形體的穩(wěn)定性。當交線的傾角小于軟弱面的綜合內(nèi)摩擦角時，楔形體將保持穩(wěn)定；而當交線的傾角大于軟弱面的綜合內(nèi)摩擦角時，楔形體則可能發(fā)生滑動。如圖9所示。

2.6" 坡面崩解破壞

此類變形主要發(fā)生在崩解性較強的泥巖、頁巖及炭質(zhì)巖邊坡中，巖石礦物中含有大量的蒙脫石、高嶺石、伊利石及綠泥石等，坡面暴露后礦物在干濕循環(huán)的作用下發(fā)生脹縮變形，導致巖石崩解軟化，一般在坡面龜裂后形成一定厚度的松散崩解堆積物，輕則發(fā)生坡面溜塌，嚴重時可進一步導致邊坡產(chǎn)生深層滑動破壞。

2.7" 土巖交界面滑動

此類變形主要發(fā)生在地形陡峭的山區(qū)，下伏基巖強度大，力學性質(zhì)好，形成高陡地形，但土巖交界帶是薄弱點，地表水入滲后易在土巖交界帶匯集，且土層力學性質(zhì)相比基巖差，不能在陡地形挖腳后保持穩(wěn)定，極易沿土巖交界面產(chǎn)生削皮式滑坡，地形高陡時破壞范圍大。

3" 防護方案

根據(jù)廣西桂西北三疊系中統(tǒng)挖方邊坡的地質(zhì)特征及破壞模式，需對應采取有針對性、科學、合理的防護方案，包括理念、支護、防排水及監(jiān)測上的措施。

（1）理念：應盡量避免深挖，避開連續(xù)順層坡，避開構造破碎帶，優(yōu)先采用淺挖的方式降低邊坡高度，風險大的邊坡應與橋隧比選，優(yōu)先考慮橋隧方案；條件允許的情況下應盡量放緩邊坡，順層坡開挖坡角宜小于巖層傾角，避免出現(xiàn)多級滑動。

（2）預加固再開挖：該地層開挖后坡腳應力集中，部分邊坡開挖后來不及防護便產(chǎn)生了牽引式滑坡，預加固再開挖的設計可以有效防止坡腳應力集中而導致的邊坡變形破壞，常用的預加固措施有錨筋樁、鋼管樁及型鋼樁等微型樁。

（3）錨固：該地層大多數(shù)巖石具有遇水軟化崩解的特性，崩解后坡面表層巖體易松弛，導致錨索預應力失效，故在該地層中應慎重使用預應力錨索，對于淺層變形可采用錨桿框架梁錨固，對于深層變形則需要配合緩坡率、支擋、預加固等措施進行防護。

（4）擋墻：常用的擋墻有抗滑擋墻及樁板墻，應優(yōu)先將擋墻設置在阻滑段，對于崩解性強的邊坡可采用柔性擋墻、生根擋墻等方案。

（5）綜合防排水：水對該地層的邊坡影響極大，有效的防排水可提高潛在滑面的物理力學參數(shù)，降低水壓力，防止軟巖崩解軟化。地下排水可采用支撐滲溝、深層泄水孔、滲井等方案；地表排水可采用截水溝、急流槽、排水溝、邊溝等方案；對于崩解性較強的邊坡坡面防水可采用掛網(wǎng)噴射混凝土、護面墻、植被混凝土等方案。

（6）綠化：對于崩解性較弱的邊坡可以通過植樹種草等方式覆蓋裸露的邊坡，減少雨水對邊坡的沖刷及地表水的入滲，保持邊坡的穩(wěn)定性；對于崩解性較強且采用掛網(wǎng)噴射混凝土防水的邊坡可以采用植生袋、植被混凝土、蜂巢約束、碳匯卷及植藤等形式進行綠化。

（7）監(jiān)測：定期對邊坡進行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)潛在滑動跡象，采取相應的措施進行處理，做好動態(tài)設計，防患于未然。

（8）對于周邊存在重要構造物（高壓塔、民房等）的邊坡在穩(wěn)定性滿足規(guī)范的情況下還需驗算坡頂變形，可采用錨筋樁、鋼管樁及抗滑樁等措施進行預加固再開挖。

4" 結語

（1）桂西北三疊系中統(tǒng)地層具有一定崩解性、含軟弱夾層、節(jié)理裂隙發(fā)育、遇水軟化、強度低及地下水豐富等工程特征，以上特征是挖方邊坡產(chǎn)生破壞的內(nèi)在因素。

（2）總結廣西公路建設經(jīng)驗，桂西北三疊系中統(tǒng)挖方邊坡常見的破壞模式有順層滑動、折線型滑動、傾倒變形、圓弧形滑動、楔形體崩塌、坡面崩解破壞及土巖交界面滑動等七種。

（3）桂西北三疊系中統(tǒng)挖方邊坡應避開連續(xù)順層坡、構造破碎帶，宜采用淺挖方式通過，可采用預加固再開挖的理念進行邊坡設計。

（4）桂西北三疊系中統(tǒng)挖方邊坡宜采用緩坡率設計，并結合錨固、擋墻、綜合防排水等方法進行加固，加強監(jiān)測。

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20240430