某高速公路淺層滑坡事故機(jī)理分析及治理

易宙子，梁秋花，覃志毅，龔文耀

(深圳市建設(shè)綜合勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 深圳 518108)

1 引 言

廣東省自然地理環(huán)境復(fù)雜，多山地、丘陵，且普遍處于季風(fēng)性氣候，雨季降雨集中，導(dǎo)致滑坡發(fā)生的規(guī)模大、數(shù)量多、分布廣泛、危害嚴(yán)重等特點(diǎn)。由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展快，工程建設(shè)項(xiàng)目多、分布廣，工程建設(shè)不可避免進(jìn)行了大量的山體改造，產(chǎn)生了很多邊坡支護(hù)問題。邊坡類型按巖土類型可分為巖質(zhì)邊坡和土質(zhì)邊坡，降雨對兩種類型的穩(wěn)定性均有影響，尤其對土質(zhì)邊坡影響巨大。部分土質(zhì)邊坡，坡率較緩，按坡率法設(shè)計(jì)時(shí)，按規(guī)范給出的建議放坡坡率，總體上應(yīng)該處于穩(wěn)定狀態(tài)，但由于匯水面積大，地表水對其影響大，時(shí)有發(fā)生淺層滑坡?？辈煸O(shè)計(jì)時(shí)，對于總體坡率較緩的土質(zhì)邊坡，也并不能夠掉以輕心，對于重要的構(gòu)筑物附近平緩?fù)临|(zhì)邊坡，仍應(yīng)采取積極有效的支護(hù)措施。

本文介紹的項(xiàng)目為土質(zhì)邊坡，坡面為殘積粉質(zhì)黏土，邊坡總體坡率僅為1∶2，雖然坡率較緩，卻連續(xù)兩個(gè)雨季發(fā)生滑坡事故，值得總結(jié)分析，對類似地層進(jìn)行邊坡設(shè)計(jì)工作時(shí)，可引起相關(guān)勘察設(shè)計(jì)人員的注意和重視。

2 工程概況

2.1 滑坡情況概述

本邊坡位于深圳市龍崗區(qū)荷坳收費(fèi)站以西約 300 m，機(jī)荷高速公路北側(cè)，具體位置為水荷立交E匝道北側(cè)邊坡。該邊坡傾向南，坡高約 18 m，總體坡度約25°～27°，換算坡率約 1∶2，坡腳設(shè)有混凝土擋墻，擋墻高約2.45 m。

該段邊坡經(jīng)歷過兩次滑坡：

第一次滑坡發(fā)生時(shí)間為2017年9月。坡面原采用漿砌片石護(hù)面，厚度約 0.5 m，坡面設(shè)有泄水孔，分三級放坡，坡頂植被較為茂盛，平臺處設(shè)有水溝，寬度及深度 0.2 m～0.6 m?；率鹿拾l(fā)生后，水溝結(jié)構(gòu)已破碎，片石坍塌，嚴(yán)重影響排水(圖1)。漿砌石砂漿不飽滿，結(jié)構(gòu)松散，處于下滑狀態(tài)，局部鼓包嚴(yán)重，第三級邊坡塌方下滑 3.2 m。

圖1 第一次滑坡照片

滑坡發(fā)生后，采取了如下主要治理措施：掛鋼絲網(wǎng)噴射混凝土方式修復(fù)邊坡；對于坍塌的第三級邊坡面，卸載削坡至滑動面頂，并掛鋼絲網(wǎng)噴射混凝土；修復(fù)、新建排水溝。

2018年8月底，受連續(xù)暴雨影響，發(fā)生第二次滑坡。此次滑坡為淺層滑坡，由于坡腳設(shè)有混凝土擋墻，坡腳穩(wěn)定，但邊坡周邊護(hù)面也出現(xiàn)了開裂、坡面隆起、變形等，邊坡后緣錯(cuò)開約 1 m，整體下滑，滑坡體東西寬度約 30 m，南北長度約 40 m，滑坡堆積土體最厚處約 5 m，滑坡土體約 2 500立方(圖2)。

圖2 第二次滑坡照片

兩次滑坡均發(fā)生在強(qiáng)臺風(fēng)雨季，且在強(qiáng)降雨結(jié)束后，高度懷疑滑坡事故與降雨有密切聯(lián)系，另外土質(zhì)本身的原因也有待查明。

2.2 工程巖土特征

2018年9月，為了查明滑坡原因，徹底解決邊坡對高速公路的風(fēng)險(xiǎn)，對滑坡范圍進(jìn)行了邊坡病害整治為目的的勘查工作。

在滑坡體上布置了數(shù)個(gè)鉆孔，根據(jù)鉆孔揭示，場地內(nèi)勘探深度范圍內(nèi)揭露的地層有第四系殘積層(Qel)及泥炭系測水組泥質(zhì)粉砂巖(C)，地層自上而下描述如下：

①粉質(zhì)黏土：褐黃色，可塑狀為主，濕，浸水易軟化，原巖結(jié)構(gòu)已破壞，總厚度為 3.0 m～6.0 m，該層在深度 1.5 m～4.8 m附近出現(xiàn)擾動重塑現(xiàn)象，呈軟塑狀，飽和，為滑動面，其上可判定為滑坡體。

②泥炭系測水組泥質(zhì)粉砂巖(C)，淺部為全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，厚度大于 8 m，未鉆穿，褐黃色為主，局部為淺灰～灰黑色，原巖結(jié)構(gòu)基本破壞，但尚可辨認(rèn)，干鉆可鉆進(jìn)，巖芯呈土柱狀，手捏粉砂狀，遇水易軟化崩解。

從鉆探結(jié)果看，滑動面在殘積粉質(zhì)黏土內(nèi)，滑動面深度在邊坡面下 1.5 m～4.8 m，滑動面土層明顯呈濕滑狀態(tài)。

經(jīng)過對殘積粉質(zhì)黏土采取土樣，進(jìn)行室內(nèi)土工試驗(yàn)。邊坡坡面土層的物理力學(xué)試驗(yàn)性質(zhì)統(tǒng)計(jì)如表1所示：

土的物理力學(xué)性質(zhì)統(tǒng)計(jì)表 表1

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，殘積土平均含水量達(dá)到了35.7%，最大為43.2%，平均孔隙比為1.015，液性指數(shù)較離散，數(shù)值范圍大，總體為可塑狀態(tài)，部分土樣顯示為軟塑狀態(tài)。從土的各項(xiàng)物理力學(xué)指標(biāo)判定，邊坡上土體總體性質(zhì)較差。

2.3 區(qū)域地質(zhì)概況

據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料顯示，本項(xiàng)目位于深圳大斷裂北部，為五華～深圳大斷裂及紫金～博羅大斷裂所夾持，北部有東西向高要～惠來深斷裂橫貫。

區(qū)域內(nèi)巖層為石炭系測水組泥質(zhì)粉砂巖，巖層整體傾向北西，本邊坡為東西走向，傾向南，總體為反向坡，巖層傾向?qū)吰路€(wěn)定有利，基本排除了順層滑動的可能。從區(qū)域地質(zhì)圖上顯示(圖3)，邊坡所在區(qū)域構(gòu)造較發(fā)育，尤其是次級斷裂發(fā)育，造成原巖結(jié)構(gòu)較破碎，裂隙發(fā)育，地表水極易侵入，對邊坡穩(wěn)定有不利影響。

圖3 邊坡場地區(qū)域地質(zhì)圖

2.4 地下水特征

邊坡勘查期間，鉆孔中測得地下水位埋深為 2.0 m～3.0 m，相應(yīng)標(biāo)高為 +76.54 m～+80.69 m之間。地下水位受地貌形態(tài)、位置控制明顯，受雨季大氣降水、地表水系下滲和側(cè)向徑流補(bǔ)給影響較大。根據(jù)地方經(jīng)驗(yàn)，殘坡積土及風(fēng)化帶區(qū)域的地下水年變幅在 2.0 m～3.0 m左右。由于屬于雨季，地下水埋藏淺，水位較高。

3 滑坡機(jī)理分析

3.1 滑坡內(nèi)因

(1)區(qū)域地質(zhì)條件

場地?cái)嗔寻l(fā)育，造成原巖結(jié)構(gòu)較破碎，裂隙發(fā)育，地表水極易侵入，對邊坡穩(wěn)定有不利影響。

(2)土體力學(xué)性質(zhì)

石炭系泥質(zhì)粉砂巖殘積土，由于本身含有泥質(zhì)成分，風(fēng)化后細(xì)顆粒易軟化。當(dāng)坡頂在位移的作用下產(chǎn)生裂縫，雨水逐步入滲，土體經(jīng)過雨水浸泡后，含水量可大幅升高，從取得的土樣含水量來看，殘積土含水量最小26.7%，最大含水量43.2%，說明土體經(jīng)浸泡后，含水量明顯大幅度提高。另外，本邊坡土的孔隙比平均值達(dá)到了1.015，達(dá)到了淤泥質(zhì)土的指標(biāo)特征，土的性質(zhì)較差。從土的含水量和土的孔隙比指標(biāo)來判斷，已接近于淤泥質(zhì)土的性質(zhì)，因此，按 1∶2的坡率放坡，難以保證邊坡的穩(wěn)定，也就不足為奇。

(3)地表匯水面積大

本邊坡后緣上方匯水面積較大，而坡面平緩，邊坡面積大，當(dāng)暴雨襲擊時(shí)，坡面水量大。

(4)排水設(shè)施變形

坡面變形較大，發(fā)生位移后，坡頂排水溝有開裂情況，土體產(chǎn)生了一些橫向的裂縫，形成了水的良好通道，未能及時(shí)封堵，地表水交易入滲。另外，坡面排水管也有堵塞現(xiàn)象。

3.2 滑坡誘因

水是滑坡的重要誘發(fā)因子，而降雨是地表水的主要來源，降雨型滑坡也是滑坡事故的主要類型。降雨型滑坡占滑坡總數(shù)的90%，且集中發(fā)生在雨季及暴雨之后，很多滑坡具有“大雨大滑，小雨小滑，無雨不滑”的特點(diǎn)，降雨對邊坡造成的影響主要有以下幾個(gè)方面：

(1)土體的抗剪強(qiáng)度減小

土體內(nèi)的剪應(yīng)力僅能由土體的骨架所承擔(dān)，降雨入滲土體，含水量增加，基質(zhì)吸力降低，有效應(yīng)力減小，φ值降低，C值先增大后減小，土體的抗剪強(qiáng)度減小，尤其當(dāng)滑動面處土體的抗剪強(qiáng)度參數(shù)降低，將會發(fā)生加速滑坡的變形破壞。

(2)裂隙的擴(kuò)展貫通機(jī)理

由于重力作用，坡體后緣產(chǎn)生拉張裂隙，暴雨中，坡體裂縫會聚積大量裂縫水，若不能及時(shí)排出，不但會因靜水壓力作用而影響坡體穩(wěn)定性，還會誘發(fā)裂縫的擴(kuò)展貫通和裂縫水的入滲，造成坡體失穩(wěn)。

(3)徑流對坡面的侵蝕

高速徑流沖刷剝蝕地表，使坡面變得粗糙，同時(shí)水流入滲由淺及深沖蝕坡體，破壞坡體結(jié)構(gòu)，降低土體抗剪強(qiáng)度，并促進(jìn)坡面徑流對坡體的淘刷破壞，水流沿裂隙入滲溶蝕，使裂隙擴(kuò)寬并加速相互貫通，裂隙的儲水、徑流能力增強(qiáng)，同時(shí)裂隙也會成為坡體變形破壞的啟裂部位。降雨過程中降雨強(qiáng)度超過坡面的入滲速度才會產(chǎn)生徑流，徑流速度越大對破面的破壞作用越強(qiáng)。

總之，降雨是滑坡事故最重要的誘因。降雨可增加坡體自重，降低土的有效應(yīng)力，產(chǎn)生動、靜水壓力，增強(qiáng)邊坡的下滑力，同時(shí)降雨入滲使土體軟化，土體強(qiáng)度參數(shù)c、φ值減小，巖土體強(qiáng)度降低，孔隙水壓力上升，破壞面有效應(yīng)力減小，邊坡抗滑力減小，最終導(dǎo)致滑坡。

4 治理方案及效果

4.1 穩(wěn)定性計(jì)算分析

邊坡穩(wěn)定性采用瑞典調(diào)分法，通過理正軟件巖土6.0進(jìn)行計(jì)算。

選擇具有代表性的斷面，地層主要為粉質(zhì)黏土、全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，邊坡坡率為 1∶2，巖土參數(shù)取值如表2所示。

巖土參數(shù)取值表 表2

巖土計(jì)算采用圓弧滑動進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算，邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果如表3所示。計(jì)算簡圖如下：

邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果 表3

注：根據(jù)現(xiàn)場滑坡情況，計(jì)算采用指定暴雨?duì)顟B(tài)是指暴雨期間雨水滲入邊坡土體，使邊坡巖土體飽水，暴雨?duì)顟B(tài)后巖土參數(shù)降低，取值按表2；滑坡前無水狀態(tài)指的是邊坡未滲入水，巖土參數(shù)按滑坡前正常狀態(tài)取值，其中粉質(zhì)黏土的取正常值為黏聚力取 18 kPa，內(nèi)摩擦角取16°。

①無水狀態(tài)

最不利滑動面：滑動圓心=(9.497，39.201)(m)

滑動半徑=39.122(m)

滑動安全系數(shù)=1.318

②暴雨?duì)顟B(tài)

最不利滑動面：滑動圓心=(6.060，69.614)(m)

滑動半徑=65.099(m)

滑動安全系數(shù)=0.832

4.2 治理方案

治理重點(diǎn)仍是排水工作，主要為設(shè)置排水溝、跌水溝，平臺排水溝排水方向?yàn)橄騼蓚?cè)截洪溝或跌水溝引排，坡體排水采用表層短泄水孔方式。

加強(qiáng)支護(hù)的強(qiáng)度和剛性：對已滑坡的區(qū)域采用削坡卸載+大放坡+兩道抗滑樁的治理方式，削坡主要將因滑塌擾動的土體按設(shè)計(jì)坡率要求挖除，坡表面采用井字格構(gòu)梁護(hù)坡，格構(gòu)梁間植草綠化，對滑坡區(qū)域旁邊開裂區(qū)域，將片石清除，削坡后，新建素混凝土井字格構(gòu)梁，并植草防護(hù)。邊坡治理設(shè)計(jì)剖面如圖4所示：

圖4 邊坡治理設(shè)計(jì)剖面示意圖

4.3 治理效果

2018年10月，按抗滑樁的方案進(jìn)行邊坡治理后，目前經(jīng)過2019年一個(gè)雨季的考驗(yàn)，邊坡安全穩(wěn)定。從監(jiān)測單位的監(jiān)測數(shù)據(jù)判定，邊坡變形已基本收斂，邊坡處于安全穩(wěn)定狀態(tài)。以抗滑樁深層水平位移為例，其監(jiān)測成果如表4所示，治理后邊坡現(xiàn)狀如圖5所示。

抗滑樁深層水平位移監(jiān)測成果 表4

圖5 治理后邊坡現(xiàn)狀

5 結(jié) 語

土質(zhì)邊坡的坡率較緩時(shí)，容易造成設(shè)計(jì)人員的麻痹大意，主要原因是，按坡率法設(shè)計(jì)時(shí)，按規(guī)范給出的建議放坡坡率，直觀上容易讓專業(yè)人員認(rèn)為邊坡總體將處于穩(wěn)定狀態(tài)，但由于緩坡匯水面積大，地表水對土體影響大，同時(shí)遇到石炭系測水組泥質(zhì)粉砂巖風(fēng)化殘積地層時(shí)，又易發(fā)土體軟化現(xiàn)象，造成土體強(qiáng)度大幅下降，因此，在該類地層中，淺層滑坡時(shí)有發(fā)生。對于此類邊坡，不能簡單采用放坡處理，首先應(yīng)該加大排水溝尺寸設(shè)計(jì)，有效加強(qiáng)排水，其次應(yīng)該加強(qiáng)巡查，對于已出現(xiàn)的裂縫及時(shí)處置，做好防滲，除了需要做好截排水措施以外，對于重要的構(gòu)筑物附近平緩?fù)临|(zhì)邊坡，需考慮采取抗滑樁等剛性的支護(hù)措施。