曹正 CAO Zheng；雷天 LEI Tian；保石才 BAO Shi-cai；魏棟梁 WEI Dong-liang

（①云南省交通規(guī)劃設計研究院，昆明 650031；②長安大學公路學院，西安 710061）

（①Broadvision Engineering Consultants，Kunming 650031，China；②Highway Institute of Chang'an University，Xi'an 710061，China）

0 引言

滑坡是指斜坡上的巖土沿坡內一定的軟弱帶（面）作整體地向前向下移動的現象[1]。自然坡體在開挖卸載后，坡體應力得以釋放，坡體穩(wěn)定性下降，在不利情況如強降雨等因素誘發(fā)下，容易產生工程滑坡，山區(qū)高速公路建設中經常遇到此類情況[2]。近年來，我國公路建設有了較快發(fā)展，尤其是隨著高速公路向山區(qū)的延伸，公路建設中遇到的高邊坡與滑坡、長大埋深隧道等復雜艱險的工程地質問題也越來越多[3]。并且山區(qū)特殊的地形和地質環(huán)境，高邊坡開挖很容易引起邊坡變形導致滑坡等災害的發(fā)生，既會增加工程投資延誤工期，還會給運營安全留下隱患[4]。因此，山區(qū)高速高速公路建設中出現的高邊坡與工程滑坡等病害，也越來越受到交通主管部門及建設單位的重視。針對這種情況，如何根據實際的邊坡工程地質情況，選用合理的方法靈活治理滑坡以保證邊坡穩(wěn)定，已成為山區(qū)高速公路建設中的重點工作。

以云南省保山至騰沖高速公路K8+920～K9+160段高邊坡工程滑坡治理為例，通過數理建模完成滑坡穩(wěn)定性分析，依據現場勘察和滑坡狀況，提出了針對該路段同種巖性、不同風化程度和表征狀態(tài)的工程滑坡處理方案，并取得了理想的治理效果，為山區(qū)高速公路滑坡的類似治理工程提供實踐經驗和參考比較。

1 工程概況

云南省保山至騰沖高速公路（以下簡稱保騰高速公路）K8+920～K9+160段位于云南省保山市龍陵縣龍江鄉(xiāng)境內，為深挖路塹地段，全長240米，中樁最大挖深34.56m，路線走向328°。該段處于深切割高中山陡坡地貌區(qū)，海拔1830～1860，自然邊坡陡峻，沖溝較發(fā)育，山脊平緩，地質作用以構造剝蝕作用為主。該深挖段因不良工程地質情況及施工開挖擾動坡體等原因，曾多次發(fā)生滑塌，且該段由于邊坡土質風化程度差異較大而發(fā)生了沿不規(guī)則風化界面和層面下的錯動以及滑移，需要及時采取加固措施進行治理。

1.1 滑動歷史及發(fā)展過程

保騰高速公路K8+920～K9+160右側深挖路段原設計邊坡為自下而上第1、2級坡比1:0.5，第3級以上坡比1:0.75，分別采用錨桿（索）框格梁防護。施工后該邊坡K8+900～K9+012段曾發(fā)生小型淺層土質滑坡，滑體由坡面?zhèn)认蜓厝珡婏L化分界線滑動，經清方減載及剪出口反壓后基本穩(wěn)定。其后高邊坡路段上部邊坡前期施工完畢，2011年3月開始下部第1、2級邊坡開挖及防護工作，實施過程中第2級邊坡發(fā)生局部碎落坍塌，采用漿砌片石填補，2011年4月該段落2級邊坡K9+035～K9+123坡體發(fā)生局部滑移，第3級已施工框格梁下挫約5cm，并沿2級邊坡梁體下部形成深約2米寬窄不等裂縫，同時坡頂外側K9+040～K9+090段形成兩道裂縫，其中一條最大寬度10cm裂縫，現場發(fā)現問題后及時停工，對發(fā)現裂縫進行灌漿封閉，外側設置臨時截水溝，下部開挖土體回填處理，并予以長期監(jiān)測。其后在進行滑坡專項勘察及方案設計過程中，該地區(qū)連續(xù)降雨，第5、6級邊坡于6月再次發(fā)生坍塌，且邊坡土體散落，坡頂原裂縫外緣再次發(fā)現同向裂縫，同時第2級邊坡K8+980～K9+020段框格梁出現變形斷裂，部分錨固節(jié)點破壞，判斷該滑坡有進一步發(fā)展跡象。因此需立即進行坡體抗滑工程治理，減小發(fā)生次生滑坡災害的可能，保證周邊坡體安全，減小工程損失。

1.2 滑坡工程地質特征及形成機制 保騰高速公路路線K8+920～K9+160段為深挖明槽，右側最大邊坡高度近50m，右側最大邊坡高度20m，山體自然橫坡較陡，坡體巖性為全～中風化花崗片麻巖為主，上覆3～8m不等厚粘土層；地下水類型主要為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水。通過現場勘察及觀測，發(fā)現該路段整體富水，在K9+010位置附近開挖后長期有小股水流排出，連續(xù)晴天手觸其它開挖裸露巖面，亦為潮濕狀態(tài)，因巖體風化程度差異較大，原工程地質勘察資料未能完全揭示出風化分界段落。邊坡內部隨著雨水不斷滲入全風化類土質巖層會導致土體容重過大，多余水體不斷富集軟化片麻巖風化界面引起其抗剪強度大大降低，因此施工期的連續(xù)降雨是滑坡范圍和規(guī)模不斷擴大的誘因之一。

該深挖路段不良的地質條件，以及施工過快開挖導致山體應力集中釋放，也是滑坡規(guī)模不斷擴大和加劇的主要原因。該段第四系覆蓋層較厚，自然狀態(tài)下坡體穩(wěn)定，但路線開挖后形成高邊坡，使坡腳地帶形成了高陡的臨空面，破壞了邊坡土體的原有平衡狀態(tài)，降低了坡體的抗滑能力[5～6]。同時，提供邊坡變形空間，在防護加固工程未來得及實施的情況下，由前部向后牽引形成滑動，導致坡頂開裂、邊坡失穩(wěn)。另外，可塑～硬塑亞粘土具高孔隙比、遇水易軟化、崩解的特點，受暴雨沖刷下土體抗剪強度迅速降低，極易引起邊坡滑塌。同時，由于基巖風化強烈，路線設計標高以上為全～強風化巖石，巖質松軟，具遇水易軟化特點，對邊坡穩(wěn)定不利。強風化片麻巖節(jié)理發(fā)育，巖石破碎，夾石英脈，局部相變?yōu)榛◢徠閹r。片麻巖屬軟質巖類，開挖暴露后易軟化、風化剝落，對邊坡穩(wěn)定不利。

此外，野外工程地質調查發(fā)現，巖石片理產狀255°∠35°，共發(fā)育三組節(jié)理，分別為①330°∠61°，節(jié)理面平直，無充填物，延伸大于2米；②23°∠74°，節(jié)理面略呈弧形，無充填物；③230°∠76°，密度大于20條/米，節(jié)理面平直。這三組節(jié)理將巖石切割成碎石狀，其中第③組為順坡向，密度大，對邊坡穩(wěn)定影響極大，也為滑坡形成提供了條件。

根據專業(yè)人員現場多次勘察，確定該路段不良地質為復合型花崗巖坡體巖土滑坡，按風化程度共分為三種不同巖性：位于邊坡兩側低矮邊坡為全風化花崗巖段，與覆蓋層粘土混合，呈灰白及褐紅色土質顆粒狀，該段落滑動面主要產生于富水的風化層分界面上，易形成小型滑坡，在其帶動牽引下對坡面整體穩(wěn)定會產生一定影響；深挖邊坡中部為中風化花崗巖地段，節(jié)理裂隙發(fā)育，且部分段落原狀節(jié)理層面外傾，不利于邊坡穩(wěn)定。目前該段二級邊坡施工后錨固已起到一定作用，但受上部荷載、巖性層狀、巖體裂隙水、開挖臨空面等綜合不利條件影響，二級邊坡框格梁底部塊狀巖體被擠出，局部下挫，內部形成擠壓裂縫，坡頂產生張拉裂縫，設計前期又再次發(fā)生垮塌，因此該段需加強錨固，支擋措施方能保證穩(wěn)定；上述兩層中間為強風化花崗巖巖性段落，分界不甚明顯，但巖質較為均勻，目前施工中一級邊坡僅該類型巖層段落已予以錨固鎖定且未發(fā)生破壞，但不排除因兩側滑坡引起牽引滑動的可能，已適當延伸處治范圍，力求防護處治一步到位，盡量消除不安全隱患，節(jié)約工程造價。

圖2 強～中風化片麻巖高邊坡垮塌段

圖3 全風化片麻巖矮坡反壓段

1.3 滑坡穩(wěn)定性分析 該滑坡段由于巖土風化程度的不同主要分為兩段，K8+921.74～K8+984.09段為全風化花崗巖土質邊坡滑坡，長85m，寬96m，上覆3～12米不等厚粘土層；K8+984.09～K9+160段為中風化花崗巖類土質邊坡，長110m，寬60m，上覆3～8m不等厚粘土層。為確定合適的滑坡治理方案，采用有限元軟件Midas/GTS對該邊坡在自身荷載作用下位移及應變情況進行了模擬，對原坡體在天然狀態(tài)下的穩(wěn)定性進行了分析，以確定在目前已有的防治措施基礎上還需增加的加固措施。Midas/GTS是針對巖土工程而開發(fā)的有限元軟件，該軟件具有簡潔的界面、前后處理功能強大的巖土材料模型庫，能滿足大部分巖土體的破壞模式，因此用此軟件對邊坡工程的建立三維數值模型，比較接近真實情況，且計算結果相對安全[7～8]。

1.3.1 參數選擇 本次模型計算主要采用的物理力學參數為巖土體的容重（γ）、彈性模量（E）、泊松比（μ）、粘聚力（C）和內摩擦角（φ）。經過現場工程地質調查和測繪、鉆探、原位測試以及室內試驗，結合場地邊坡工程地質條件及地方經驗，綜合考慮選取了巖土體的物理力學參數如表1。

1.3.2 模型建立及結果分析 邊坡巖土體的本構模型采用修正莫爾-庫侖模型，是在莫爾-庫侖模型基礎上改善的，用于邊坡的材料本構模型。模型采用實體單元中的高階單元劃分網格，在上部加密網格尺寸，有利于提高有限元計算結果的精確度。模型的力學邊界條件采用前后（y方向）、左右（x方向）、底面（x、y、z方向）約束。

表1 計算采用的物理力學參數

該邊坡模型的穩(wěn)定性計算僅考慮在不采取任何防治措施的天然條件下的滑動趨勢。模型計算結果由水平方向位移云圖、總位移云圖以及最大剪應變云圖表示。但由于該邊坡巖層沿走向方向相對均勻，變化規(guī)律基本一致，為更清楚地顯示邊坡的位移變形規(guī)律，采用X-Z剖斷面相關云圖來進行分析邊坡穩(wěn)定性。

圖4 天然狀態(tài)下X-Z剖斷面總位移云圖（變形前）

圖5 天然狀態(tài)下X-Z剖斷面總位移云圖（變形后）

計算得到該邊坡在天然狀態(tài)下的安全系數為0.1625，即該處挖方邊坡由于坡度過陡及在自身重量作用下穩(wěn)定性很差，處于隨時可能滑動的狀態(tài)。且分析該滑坡段的位移變形圖，也可以看出其在邊坡下部位移較大，因此在目前已有的處治措施基礎上，應該加強對邊坡底部的防護加固，采取必要的抗滑支擋工程。

2 滑坡治理

針對該段邊坡由于風化程度差異較大而產生的沿不規(guī)則風化界面及層面下的錯動滑移，本工程采用了兩種現場處置措施相結合的方法，即在巖質滑動及開裂路段設置樁間錨桿擋墻，而對全風化類土質邊坡采用樁間擋土板進行加固處理，另外為了減弱邊坡受雨水及巖隙水的影響，采取相應的內外部排水措施，以期取得所需的治理效果。

2.1 主要工程措施

2.1.1 抗滑樁+擋土板 抗滑樁一般應設在滑坡前緣抗滑段滑體較薄處，以便充分利用抗滑段的抗滑力，減小作用在樁上的滑坡推力，減小樁的截面和埋深，降低工程造價，并應垂直于滑坡的主滑方向成排布置。滑坡治理工程中，全風化花崗巖及已進行清坍的矮邊坡段，由于前期削方減載和前端反壓措施效果良好，經觀測和計算已基本處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，采取適當清除松散滑坡土體，并以小樁徑1.5×2.0抗滑樁，樁間設高度1米的預制鋼筋砼擋土板進行支擋方式處理。

圖6 K8+940處滑坡綜合治理圖（抗滑樁+抗滑擋土板）

2.1.2 抗滑樁+樁間抗滑擋墻 抗滑擋土墻一般為重力式擋土墻，以其重量與地基的摩擦阻力抵抗滑坡推力。其布設位置一般是放在滑坡前緣出口處，充分利用滑坡抗滑段的抗滑力以減少擋墻的截面尺寸[9]?；轮卫碇嗅槍姟酗L化花崗巖段采用抗滑樁與樁間抗滑擋墻相結合的治理方法，對該段用樁徑2×2.5的抗滑樁處理，又由于該滑坡滑面較淺，大部分剪出口在原公路路面以上，且基巖或碎石土層埋深均較淺，在保證工程安全的前提下，決定在抗滑樁間設抗滑擋土，即樁間采用仰斜式C20現澆片石砼抗滑擋墻進行支擋，以防止滑坡進一步發(fā)展及樁間體積較大的風化石塊開裂擠出。

圖7 K9+020處滑坡綜合治理圖（抗滑樁+抗滑擋墻）

2.1.3 排水措施 為有效排除地表水對滑坡穩(wěn)定性的影響，設計中在邊坡平臺裸露部分用混凝土封面并采用向外側的排水橫坡，在滑坡后壁設置了塹頂截水溝，通過急流槽將水導入邊溝中，再經邊溝入涵洞排出滑坡體外。坡體內部采用外壁打孔土工布反包的PVC管式疏干孔排引坡體水，實際施工根據現有出水點及風化界面進行布設，并通過平臺排水溝及樁外邊溝引水至滑坡體外部。

2.2 具體處治措施及工序 根據現場實際及會議紀要意見，經過設計人員會同業(yè)主、施工方及監(jiān)理方現場查勘后確定具體處治措施及工序如下：

①上部第5、6級邊坡清方減載，平臺寬度6m，坡比1：1.5，全坡面外側設置梯形塹頂截水溝。第2級邊坡框格內部打入長度8m仰斜式疏干孔，水平間距10.2m，垂直間距2.5m，品字形布置，第1級邊坡K9+010附近布置5根并做好排水通道與護面墻內部排出。K8+940～K8+980矮坡段坡體沿風化界面打入長度8m的疏干孔排引坡體水，并設置排水溝引水至坡體外側。

②清方荷載反壓至現狀路槽，高度約5m；清除K9+044.5～K9+085.5段新增滑坡土體至原狀土層。

③現場發(fā)生張裂及破壞坡段框格內部增設點錨加強錨固，并適當布設疏干孔排除邊坡內部水體。

④路線右側第一臺邊坡平臺外緣設置樁板墻，強～中風化花崗巖段為樁徑2×2.5抗滑樁處理，樁中心間距5.5m，樁間采用仰斜式C20現澆片石砼抗滑擋墻支擋；全風化花崗巖及已進行清坍的矮邊坡段為樁徑1.5×2.0抗滑樁處理，樁中心間距5.5m，樁間設高度1m的預制鋼筋砼擋土板支擋?？够瑯犊傞L16m，其中外露高度5m。

⑤跳槽清理K9+060～K9+120段碎裂巖體，完成樁間抗滑擋墻及擋板施工，并按順序及時采用漿砌片石充填空洞部分。

⑥理順排水系統(tǒng)，邊坡平臺裸露部分采用5cm厚C15砼封面并設置向外側3%的排水橫坡。

圖8 邊坡處治完工后全景圖

3 結語

保騰高速公路K8+920～K9+160段滑坡工程地質條件差，第四系覆蓋層較厚，土體松散，力學強度低，軟化系數小，遇水易軟化失穩(wěn)[10]。同時，不同風化程度的花崗巖導致坡體沿不規(guī)則風化界面下及層面的錯動滑移使得滑坡情況更為復雜。路線開挖后高邊坡坡腳地帶形成了高陡的臨空面，在較長降雨期內，使得該段滑坡多次發(fā)生滑動且規(guī)模一再擴大。

特殊的地質條件決定該段邊坡無論高差大小，在各不利因素的共同作用下，只要形成了臨空面和滑動帶，就必然會向工程邊坡坍塌和滑坡不斷發(fā)展的活動特征。根據其形成機理，通過對工程開挖后形成的滑坡體工程地質、風化程度和現場狀況的綜合分析評價，本路段分別采用抗滑樁+擋土板和抗滑樁+抗滑擋墻的工程措施，輔以錨固、綜合排水等措施而擬定的工程滑坡治理方案，經工程實踐檢驗取得了良好的效果，為類似工程的前期地質病害預判和各階段方案研究及設計提供了寶貴經驗。

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