李天貴

(廣西北投公路建設(shè)投資集團有限公司,廣西 南寧 530025)

0 引言

我國西南地區(qū)全年降水量偏多,在這些地區(qū)的地質(zhì)不良地段進行路塹邊坡開挖施工,邊坡的穩(wěn)定性必然會受到較大影響[1-3]。近些年來,隨著我國西部地區(qū)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展,出現(xiàn)了較多的邊坡工程穩(wěn)定性問題,影響了工程建設(shè)的快步推進[4-5]。因此,分析邊坡的破壞過程和滑坡機理,提出有效的滑坡處治措施,對于保證路塹邊坡安全穩(wěn)定性具有重要意義。

風化巖體邊坡在開挖前自身的穩(wěn)定性較差,當路塹坡體受到開挖擾動后,整體穩(wěn)定性會進一步下降[6]。如果在降雨條件下進行隧道開挖,坡體的自重會隨著坡體巖土體含水量的增加而不斷增大,從而導致坡體的下滑力增大[7-8]。同時,邊坡巖土體由于含水率的增加,抗剪強度也會下降。如果未采取合理的邊坡加固措施,邊坡會因為地質(zhì)、地形等條件的不同,產(chǎn)生相應(yīng)形式的滑坡。因此,當邊坡在開挖過程中出現(xiàn)異常狀況時,需要根據(jù)邊坡的地質(zhì)特征采取合理的加固措施。本文結(jié)合我國西南地區(qū)一個典型的風化巖質(zhì)邊坡工程案例,針對其出現(xiàn)滑坡的條件、滑坡機理及處治措施進行分析。

1 滑坡工程地質(zhì)條件

本文研究的路塹邊坡位于我國的西南部,該地屬于低山丘陵區(qū),地勢起伏較大,坡面的自然坡率為3°～30°。該地區(qū)屬于亞熱帶季風區(qū),降雨集中在4～6月,夏季降雨常導致山體發(fā)生滑坡和泥石流災(zāi)害。邊坡所在道路的設(shè)計時速為60 km,路基寬度為40 m。該路塹邊坡共分為四級,第一、二級邊坡的斜率為1∶0.75,高度為10 m,坡面采用厚層基材防護,第三、四級邊坡坡率為1∶1.0,高度均為10 m,邊坡平臺寬度均為2 m。圖1為該路塹邊坡的地質(zhì)斷面圖。

圖1 邊坡地質(zhì)斷面示意圖

坡體表層主要覆蓋殘坡積含礫碎石粉質(zhì)黏土,土質(zhì)較均勻,含有砂礫的粒徑為0.2～2 cm,占比約為10%。土質(zhì)覆蓋層在坡腳處較厚。下層為中風化和強風化巖石,巖性為泥質(zhì)粉砂巖夾砂巖,且有構(gòu)造破碎帶。其中,強風化泥質(zhì)粉砂巖呈塊狀,質(zhì)地較軟,屬于軟巖;構(gòu)造破碎帶受構(gòu)造擠壓,填充巖石碎塊。下層為中風化泥質(zhì)粉砂巖和砂礫巖,呈層狀構(gòu)造,裂隙較發(fā)育,較堅硬。中風化巖層中對邊坡穩(wěn)定性影響較大的節(jié)理傾角為340°∠68°,節(jié)理傾角與坡面傾角基本一致,與其他節(jié)理組合切割邊坡,極易形成潛滑動楔形體,易掉塊或坍塌。根據(jù)地質(zhì)勘察報告,邊坡各土層在干燥和飽和狀態(tài)時的物理力學參數(shù)如表1所示。

表1 邊坡的實測巖土參數(shù)表

2 邊坡破壞過程分析

邊坡開挖由最上部的第四級臺階向下開挖。根據(jù)對邊坡破壞的現(xiàn)場觀察,邊坡的破壞主要可以分為兩個階段,且并未造成大規(guī)模的破壞。

第一階段滑坡從2021年6月開始,邊坡的部分區(qū)域開挖至第三級臺階。此時,由于持續(xù)性的強降雨,邊坡頂部發(fā)生大范圍的開裂和滑塌,出現(xiàn)一個滑移楔形塌方體,邊坡的頂部出現(xiàn)巨大的拉裂縫。經(jīng)過現(xiàn)場踏勘,采取了清除滑坡體以保證邊坡穩(wěn)定性的措施。至9月,邊坡的開挖已經(jīng)基本完成,但塌方體仍然在持續(xù)滑動。此時塌方體的頂部邊緣仍然存在明顯的滑動裂縫。為了保證邊坡的安全,對邊坡采取卸荷和放緩的措施。至12月底,邊坡的卸荷和放緩?fù)瓿?滑坡體被完全清除。

第二階段滑坡從2022年2月開始,受降雨影響,邊坡頂部的坡面和邊坡頂部的路面出現(xiàn)裂縫,坡頂再次出現(xiàn)滑塌體。采用重型機械在坡頂對滑坡體上部的巖土體進行清理,導致坡頂土體再次開裂,形成淺層的滑坡體。6月進入梅雨季節(jié),邊坡所在地持續(xù)大范圍降雨,滑坡體的后緣產(chǎn)生錯縫,錯動的高度約為30 cm。但經(jīng)過現(xiàn)場監(jiān)測和踏勘,發(fā)現(xiàn)滑塌范圍較2月份并未發(fā)生較大改變。隨后,采取抗滑樁支擋+局部卸載加固,邊坡逐漸趨于穩(wěn)定。

3 滑坡機理分析

3.1 地質(zhì)因素

滑坡的根本原因在于坡體中局部剪應(yīng)力超過巖土體自身的抗剪強度,坡體的受力平衡被打破。邊坡的巖土體自身的抗剪強度是影響坡體穩(wěn)定性重要因素。邊坡頂部的滑坡體巖性主要為強風化泥質(zhì)粉砂巖和含碎石粉質(zhì)黏土,其中邊坡表面的覆蓋層含碎石粉質(zhì)黏土,組成物質(zhì)結(jié)構(gòu)松散。強風化巖的力學性質(zhì)差,抗剪強度低,開挖暴露后遭降雨進一步侵蝕,結(jié)構(gòu)變得松散,極易發(fā)生滑坡。下部的中風化巖體的透水性相對于上部含碎石粉質(zhì)黏土覆蓋層及強風化巖較差,產(chǎn)生一個隔水面,且中風化巖層的層理產(chǎn)狀為239°～253°、傾角為24°～29°,層理與坡向傾角幾乎相同,這也是導致滑坡的地質(zhì)因素之一。

3.2 降雨

由于連續(xù)的強降雨,導致雨水不斷向坡體內(nèi)入滲,邊坡頂部的粉質(zhì)黏土層的含水率快速增加,導致邊坡土體剪應(yīng)力增大且抗剪強度下降。降雨發(fā)生后,由于土體的自重增大,邊坡滑動體向下輕微滑動,導致邊坡后緣的粉質(zhì)黏土層和強風化巖層出現(xiàn)張拉裂縫和錯動裂縫。由于坡體巖層構(gòu)造的特征,導致潛在滑動體的側(cè)緣出現(xiàn)羽毛狀裂縫,雨水很快沿著裂縫進入到坡體內(nèi)部,產(chǎn)生裂隙水壓力。隨著降雨的持續(xù),邊坡頂部表層的巖土層在張拉裂縫附近首先達到飽和狀態(tài),水在坡體滲流的過程中產(chǎn)生動水壓力,對阻礙水流動的坡體產(chǎn)生推力。因此,與未發(fā)生降雨條件下的邊坡相比,坡體下滑力增加了兩個分量:裂隙水壓力、動水壓力[9]。此外,由于含碎石粉質(zhì)黏土層下的強風化粉質(zhì)砂巖破碎嚴重,巖體存在大量的節(jié)理裂隙,大量雨水會沿強風化砂巖層中的節(jié)理裂隙流動,而粉質(zhì)黏土層和強風化粉質(zhì)砂巖層下方完整性較好的中風化粉質(zhì)砂巖層透水性相對較弱,在中風化巖層的頂面形成一層相對隔水層,提高了邊坡對雨水的滯留能力,促進了邊坡土體自重的增加速率。

降雨不僅導致潛在滑動土體外部的受力發(fā)生改變,并且改變了邊坡土體自身的物理力學性質(zhì)。降雨導致邊坡土體的含水率上升,坡體巖土體的基質(zhì)吸力下降,而基質(zhì)吸力的下降直接導致巖土體的抗剪強度下降。由于雨水的浸泡,強風化巖層的結(jié)構(gòu)面物理力學性質(zhì)發(fā)生改變,主要體現(xiàn)為土體和巖體結(jié)構(gòu)面中夾雜的填充物從固體狀態(tài)向塑性狀態(tài)甚至是流動狀態(tài)轉(zhuǎn)化,這導致邊坡的土體和巖體的力學強度大大下降。此外,由于中風化巖層的隔水作用,隨著降雨的持續(xù),坡體內(nèi)的地下水位不斷上升[10],這使破碎的強風化巖土層中的靜水壓力不斷增加,導致強風化巖層的有效應(yīng)力和抗剪強度下降。如圖2所示。

圖2 降雨條件下巖土體受力示意圖

4 滑坡綜合處治技術(shù)

在路塹邊坡發(fā)生滑坡后,主要采用了卸荷+坡面防護的滑坡綜合處治方案。從滑塌的剪出口位置附近進行刷坡放緩,設(shè)計坡率為1∶2.5,每級坡高10 m,坡面均采用錨桿框格防護。同時,為了保證邊坡頂部道路附近區(qū)域的穩(wěn)定性,改變原有的道路位置。

4.1 邊坡防護

對卸荷后的部分坡面設(shè)置框格錨桿防護,對各級坡面采用噴播植草和厚層基材進行綠化防護,灌木比例適當增大。為增大坡腳的穩(wěn)定性,在坡腳位置增加擋墻。

4.2 排水設(shè)計

在坡頂內(nèi)側(cè)設(shè)置矩形混凝土邊溝,各坡面平臺設(shè)置平臺截水溝,并與邊溝順接,最后匯入主線水溝。

4.3 改路設(shè)計

改路位于第五級坡頂上方。路基標準寬度為5 m,開挖坡率為1∶1.5,坡面采用錨噴支護。內(nèi)側(cè)水溝凈尺寸為40 cm×40 cm,采用C20混凝土澆筑。

4.4 邊坡監(jiān)測

為了進一步驗證邊坡綜合處治的效果,保證滑坡不在發(fā)生,需要對邊坡進行監(jiān)測。邊坡監(jiān)測主要包括地表監(jiān)測和地下位移監(jiān)測兩部分。地表監(jiān)測包括水平位移監(jiān)測、豎向位移監(jiān)測和裂隙監(jiān)測。水平位移監(jiān)測采用全站儀,豎向位移采用水準儀,裂隙監(jiān)測采用直尺和裂縫計。地下位移監(jiān)測通過布設(shè)測斜管,進行坡體深部水平位移監(jiān)測,獲得潛在滑動面的深度和滑動體的滑動方向。測斜管總共布設(shè)三根,深度均為15 m。如圖3所示。

圖3 邊坡監(jiān)測點布設(shè)示意圖

為突出分析重點,簡化分析過程,選取典型的邊坡位移監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析。選取地表位移監(jiān)測點M1、P3及測斜管M2、M3進行邊坡穩(wěn)定性分析。圖4為邊坡P1和P3兩個典型監(jiān)測點位置的地表位移監(jiān)測曲線圖。

(a)監(jiān)測點P1

由圖4可知,隨著監(jiān)測時間的增加,兩個位移監(jiān)測點位置的邊坡土體在三個方向的變形最終均趨于穩(wěn)定。在監(jiān)測初期,位移增加最快,隨著監(jiān)測時間的增加,位移變形速率逐漸下降。表明邊坡加固措施發(fā)揮了較好的加固作用。其中,位移監(jiān)測點P1位置Z方向的位移最大,最大位移量為28.52 mm;位移監(jiān)測點P3位置也是在Z方向的位移最大,最大位移量為22.51 mm。兩個位置的最大位移量均在合理的變形范圍之內(nèi),并且位移均趨于穩(wěn)定。

圖5為邊坡監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定時的坡體深部巖體位移監(jiān)測曲線圖。由圖5可知,兩個監(jiān)測位置的深部位移均在正常范圍內(nèi)。M2和M3兩個測斜孔以下12 m發(fā)生了明顯的位移突變,表明邊坡深部巖體在深度12 m附近存在潛在滑動帶。在潛在滑動帶以下位置巖體發(fā)生的位移方向與潛在滑動帶以上位置的巖體位移方向相同。隨著測斜孔的深度增加,巖體的位移量逐漸減小。在地表位置的位移量最大,M2和M3兩個測斜孔的最大位移量分別為22.3 mm、27.8 mm。結(jié)合地質(zhì)調(diào)查,在M2和M3兩個測斜孔位置地表下11 m附近為強風化巖層和中風化巖層的分界面,并且強風化巖層破碎嚴重,含水量高,是邊坡加固措施設(shè)計時考慮的重點。但總體上坡體的位移處于正常范圍內(nèi),表明邊坡的加固措施發(fā)揮了明顯的加固效果。

圖5 邊坡深部巖體位移監(jiān)測曲線圖

5 結(jié)語

(1)在風化嚴重的巖質(zhì)邊坡開挖施工期間,持續(xù)性的降雨下滲會引起邊坡的破碎巖體含水率上升,導致坡體下滑力增加,巖體的抗剪強度下降,加之開挖施工的擾動,引起邊坡的應(yīng)力分布發(fā)生變化,是誘發(fā)風化巖質(zhì)邊坡滑坡的主要內(nèi)因和外因。

(2)降雨持續(xù)條件下,在不同風化程度的巖層界面,由于下層巖層界面的隔水作用,坡體內(nèi)的水位持續(xù)上升,引起上層巖層中的靜水壓力增加,巖體的有效應(yīng)力和抗剪強度下降,容易產(chǎn)生潛在滑動面。

(3)針對風化巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性差、巖體強度易受降雨影響的特點,采取“卸荷+坡面防護”的綜合措施,對滑坡后的邊坡進行處治。同時,對臨近邊坡的道路進行改道,以減小對邊坡穩(wěn)定性的影響?，F(xiàn)場坡體位移監(jiān)測結(jié)果表明,邊坡經(jīng)過綜合處治后,滑坡綜合處治措施對滑坡的治理效果明顯,邊坡的穩(wěn)定性顯著提升。