貴都高速公路K281滑坡變形分析及穩定性評價

（1貴州高速公路集團有限公司 貴州貴陽550004；2中鐵西北科學研究院 有限公司 四川成都610031）

（1貴州高速公路集團有限公司 貴州貴陽550004；2中鐵西北科學研究院 有限公司 四川成都610031）

受2011年10月上旬持續降雨影響，貴都高速公路K281+150~K281 +215段線路右側局部出現路面下沉、開裂變形，路堤擋墻拉開下沉變形，墻身泄水孔出現滲水等現象。本文通過鉆探勘察和地質測繪手段對K281段滑坡的工程地質條件、水文地質條件進行了勘察，同時利用地質雷達進行探測分析，并對滑坡產生的原因進行了分析。采用推力傳遞系數法，對滑動面抗剪指標和滑坡推力進行了計算，并對該滑坡進行了穩定性計算，同時提出了加固處理措施：微型鋼管樁+錨索+排水工程設計方案，該方案對坡體擾動較小，并能確保坡體的長久穩定安全，對類似路基滑坡治理具有一定的借鑒意義。

滑坡貴都高速公路路基變形機制穩定性

1 前言

滑坡是山區公路的主要病害之一，在巖質或土質邊坡開挖路塹或填筑路基，都可能因自然平衡條件被破壞、填筑加載或坡腳開挖等原因而促使坡體失穩，沿某一滑動面滑動，從而形成滑坡[1]。國內外學者對眾多滑坡的形成機理和穩定性算法進行了研究，如：曹興松等[2]對成南高速公路K28路段半挖半填路基邊坡的穩定性及整治方案進行了研究；徐黎明等[3]對鶴大高速公路的二密滑坡的形成機制進行了研究；劉世鋒[4]對青海阿通公路K109路段滑坡變形原因進行了分析，并對其發展趨勢、規模及危害程度等進行了研究；趙瑜等[5]對高速公路的開挖邊坡及填筑邊坡進行了穩定性計算，分析路基邊坡滑坡的產生機制，并對其穩定性進行了數值模擬計算。因此，路基開挖或填方的滑坡形成、變形機制及穩定性研究一直是線路工程地質災害的熱點問題，也是山區高速公路建設的一個主要工程地質問題，對提升線路工程建設過程中的地質災害防治具有重要意義。

填方路基不僅會引起路基邊坡破壞和路面變形，通常還會引起路基斜坡的整體失穩。國內外眾多學者研究認為：填方路基誘發的滑坡通常與填方位置、下伏基巖的巖層巖性及產狀、填方高度等因素有關[6-9]。本文選取貴陽-都勻高速公路中具有代表性的K281+150～K281+215段的路基滑坡為例進行分析，該路基滑坡受2011年10月上旬持續降雨影響，路基右側局部出現路面下沉、開裂變形，路堤擋墻拉開下沉變形現象，墻身泄水孔出現滲水等現象。通過現場調查、工程地質勘察及現場監測，路面裂縫在不斷變寬、變形范圍擴大，路基變形病害惡化，變形表現為明顯滑坡變形特征，具有形成整體滑動的趨勢，危及路基和高架橋的安全，影響線路運營。因此，本文通過對滑坡的工程地質和水文地質的調查分析，對滑坡特征及滑坡穩定性進行分析計算，提升高速公路中的類似滑坡認識，對滑坡整治具有重要的理論意義。

2 滑坡區工程地質條件

2.1 地形地貌

貴都高速K281+130~K281+220段路基采用填方形式通過，最大填高10.2m，右側路堤坡率為1:1.25，高8m，下設衡重式擋土墻(圖1)，而受2011年10月上旬持續降雨影響使該路段具有發生滑坡趨勢。K281路基滑坡寬度60m，長約53m，滑動面埋深最大為6~15m，滑動巖土體約4萬m3，屬于中層小型滑坡體?；聟^路段位于貴州省龍里縣大井關村，屬低中山斜坡堆積地貌，相對高差約60m，滑坡區域主要位于該路段。受多期構造影響，巖層破碎，節理裂隙發育，風化強烈。附近巖層褶曲發育，場地（采空區）巖層產狀略有變化，巖層的總體走向大致為NE向，傾向NW，產狀300°~330°∠12°~32°，順向坡傾斜和略向大里程端傾伏。自然坡度10° ~35°左右，巖層傾角與自然坡度基本一致。在滑坡區左側（K280+950~K281+250）具有大沙坡老煤窯采空區，且距路基中線40~100m左側山坡地表出現塌陷和裂縫，塌陷臺階最大1.2m。

圖1 貴都高速公路K281段滑坡示意圖Fig.1 The sketch map of landslide along K281 section in Guiyang-Duyun highway

2.2 地層巖性

表1 滑坡區地層巖性特征分布Table 1 The distribution of strata in K281 landslide

根據區域地質調繪資料和勘察鉆探資料，滑坡區地層分布有筑路人工填土層（Qml），第四系坡殘積（Qdl+el）成因的角礫土、碎石土，二疊系吳家坪組（P2w）泥巖、頁巖、硅質巖、灰巖及煤層組成，具體的地層巖性特征分布見表1。

3 滑坡區水文地質條件

K281滑坡區段巖層受多期構造影響作用，巖層破碎，節理裂隙發育，巖層風化嚴重，風化裂隙發育，節理裂隙大部張開，因煤層出露淺，私采亂掘形成較大的采空區，造成斜坡塌陷，形成塌陷坑，地表裂縫發育，巖層順傾，表水及雨水易沿變形裂縫和采煤巷道下滲，構成路基的儲水構造和排泄通道。此外，施工便道和機耕改道施工的開挖，植被破壞，水土流失較嚴重，雨水易沿裂隙下滲巖土體；施工棄碴堆放形成局部低洼積水。K281段路堤擋墻上泄水孔雨后有水滲出，滲水孔分布在墻頂4~5米以及墻腳附近，地下水主要沿填挖接觸帶滲出。地下水的主要來源為降水補給，以及采煤巷道和基巖張節理裂隙水補給。

4 滑坡變形機制

K281滑坡區組成斜坡體巖層主要為強風化泥巖、頁巖和軟弱風化硅質巖，薄層狀，巖層破碎，頁巖和泥巖遇水易軟化，為易滑巖組。巖層順傾向外，存在沿頁巖泥巖軟弱夾層順層滑動的可能性，斜坡體穩定性差?；聟^的變形主要為路基變形及擋墻變形，而路基變形主要表現為路面出現裂縫，路面縱向裂縫最長約30m，裂縫寬約3cm，橫向裂縫長約4m，寬約2cm；擋墻變形主要表現為坡腳擋墻沿伸縮縫開裂，出現明顯裂縫，裂縫寬約3~5cm，另外擋墻向外錯動，至墻角最為明顯，向外錯出約5cm。

K281滑坡區的路基位于大沙坡采空區上部，煤層埋深較淺，煤層產狀較為平緩，一般在10°～30°之間，巷道大部未支護，形成較大的采空區，造成斜坡地表塌陷較為明顯，形成塌陷坑，地表裂縫發育，表水及雨水易沿變形裂縫和采煤巷道下滲，構成路基的儲水構造和排泄通道。組成路基坡體巖層順傾向外，采空區上部巖層主要為強風化泥巖、頁巖和軟弱風化硅質巖，薄層狀，巖層破碎，頁巖和泥巖遇水易軟化，巖土體強度降低較大，存在沿頁巖泥巖軟弱夾層順層滑動面，從而造成滑坡。由于采空區的坑口未處理，雨水易于聚集，易沿采煤巷道和巖層裂隙下滲，同時利用地質雷達探測對路基下部及采空區進行探測，發現路基下部空隙、空洞明顯（圖2和圖3）。

以現有地面線為基準面，埋深為0。依據雷達探測結果，結合地形地貌、地質調繪和路基施工處理及本次勘察鉆探等資料，貴都高速K281+124~K281+250段內：

表2 貴都高速地質雷達檢測結果匯總Table 2 Test results of geological radar along K281 section in highway

地質雷達檢測的結果顯示，在部分地段在處理過后仍存在部分區域填筑不密實，存有裂隙或空洞，處理結果未達到預期效果。根據現場調查和路基設計資料，目前路基變形范圍基本上位于未能進行強夯的范圍，該區段填土層較厚，斜坡上部堆載較大，造成路基斜坡整體穩定性降低，加之采空區采煤坑口、巷道和塌陷裂縫未能完全充填封閉和處理，易于雨水的下滲，順巖層裂隙和采煤巷道在坡腳附近聚集與排泄，長期浸潤巖體，巖土強度逐年降低，路基斜坡穩定性變差。路基坡體沿著堆填接觸面和風化界面滑移，以及沿煤層頂部的軟弱夾層產生順層滑動變形，形成路基滑坡病害。

圖2 貴都高速K281+220~K281+248段地質雷達彩圖Fig.2 The geological radar colored image along K281+220~K281+248 in highway

圖3 貴都高速K281+220~K281+248段地質雷達波形圖Fig.3 The geological radar waveform image along K281+220~K281+248 in highway

根據現場調查和本次工程地質勘察情況，該區段填土層較厚，斜坡上部堆載較大，造成路基斜坡整體穩定性降低，加之采空區采煤坑口、巷道和塌陷裂縫未能完全充填封閉和處理，易于雨水的下滲，順巖層裂隙和采煤巷道在坡腳附近聚集與排泄，長期浸潤巖體，巖土強度逐年降低，路基斜坡穩定性變差。路堤下衡重式擋墻基礎位于強風化泥巖、頁巖中，巖層軟弱遇水易軟化，擋墻附近地下水易于富集，巖土體含水量相對較大，墻體荷載較大，基礎巖土在長期載荷下可能產生蠕變，巖土強度逐步降低，造成墻體下沉形變作用，上部土體產生沉降，表水下滲，墻踵范圍巖土含水量增大，加劇墻體基礎的蠕動變形作用，以及沿煤層頂部的軟弱夾層產生順層滑動變形，形成路基滑坡病害，路面下沉開裂，最終演變成滑坡。

5 滑坡穩定性評價

國內目前常用的滑坡推力計算方法是傳遞系數法，在相關規范中也明確規定將其作為折線形滑坡穩定性分析和滑坡推力計算的方法[10-11]，本文選擇K281+170和K281+191兩個斷面，利用推力傳遞系數法，對路基滑坡滑面進行了穩定性計算，對滑動面抗剪指標進行了反算和對滑坡推力進行了計算。

圖4 K281+170斷面穩定性計算條塊劃分示意簡圖Fig.4 Simplified Sketch map of bar in stability calculation along K281+170 section

根據工程地質勘探資料，并依據相關規定[12-13]，類比同地區同條件的工程經驗確定滑坡穩定性計算所需的主要巖土物理力學參數值如表3所示。

表3 滑坡穩定性計算主要巖土物理力學參數Table 3 The physical mechanical parameters of rock in stability calculation of landslide

基于該滑坡變形現狀所對應的穩定程度，選擇軟弱夾層參數，反算軟弱夾層的主滑帶力學參數。反算巖土物理力學參數如表4所示。

表4 巖土物理力學參數反算指標Table 4 The back-calculation physical and mechanical parameters of rock

通過對K281+170和K281+191兩典型滑坡斷面進行穩定性計算結果表明，K281+170斷面滑帶在正常工況下穩定性系數為0.981，暴雨工況為0.910，邊坡均處于不穩定狀態；K281+191斷面滑帶在正常工況下穩定性系數為0.973，暴雨工況為0.907，處于不穩定狀態。結合現場調查可以看到路基滑坡病害變形處于擠壓蠕動變形向滑動變形發展階段，應及時進行治理。

該路基變形目前已經出現了明顯的滑動變形跡象，而且，滑坡有向大里程端橋臺向后部發展的趨勢，如果引起較大規模的滑動變形很有可能會影響到高速公路的安全運營，甚至造成斷道等危險。因此，本病害治理工程設計需適合搶險施工的需要，以便于施工，盡快處治為原則，盡量減小擾動以降低對滑坡整體穩定性的影響?；谝陨显O計思路，經過治理工程方案的比選，本病害治理工程設計采用微型鋼管樁+錨索+排水工程設計方案，該方案在路堤下衡重式擋墻上設置預應力錨索加固路基，在擋墻墻趾前設置一排微型鋼管樁注漿加固支擋，結合坡體疏排水措施綜合治理。在應急臨時坡體疏排水工程的基礎上，首先施工錨索工程和橋臺錐坡處微型樁，其次為擋墻前微型鋼管樁工程，然后坡體疏排水工程，最后為擋墻和排水系統的修復完善以及路面的修復工程。

表5 滑坡穩定性計算結果Table5 Result of stability calculation along K281 landslide

6 結論

通過貴都高速公路K281滑坡的地質調查、理論分析及穩定性計算，可得到以下結論：

（1）本路基滑坡區段巖層受多期構造影響作用，巖層破碎，節理裂隙發育，巖層風化嚴重，風化裂隙發育，節理裂隙大部張開，對路基變形及擋墻變形產生了重大影響。

（2）本滑坡變形主要由于路基下方具有采空區，而且采空區采煤坑口、巷道和塌陷裂縫未能完全充填封閉和處理，易于雨水的下滲，順巖層裂隙和采煤巷道在坡腳附近聚集與排泄，長期浸潤巖體，巖土強度逐年降低，路基斜坡穩定性變差。路基坡體沿著堆填接觸面和風化界面滑移，以及沿煤層頂部的軟弱夾層產生順層滑動變形，形成路基滑坡病害。

（3）本路基滑坡可采用微型鋼管樁+錨索+排水工程設計方案，且在路堤下衡重式擋墻上設置預應力錨索加固路基，在擋墻墻趾前設置一排微型鋼管樁注漿加固支擋，結合坡體疏排水措施綜合治理。在應急臨時坡體疏排水工程的基礎上，首先施工錨索工程和橋臺錐坡處微型樁，其次施工擋墻前微型鋼管樁工程，然后在坡體進行疏排水工程，最后施工擋墻和排水系統的修復完善及路面的修復工程。

[1]張小圣.國道205線永安貴湖滑坡原因分析及治理措施 [J].石家莊鐵道學院學報(自然科學版),2008,21(3):90-98.(Zhang Xiaosheng.Analysis and treatment measure of Guihu Landslide in Yong’an Section of 205 National Line [J].Journal of Shijiangzhuang Railway Institute(Natural Science),2008,21(3):90-98.)

[2]曹興松,周德培.成南路K28滑坡整治措施的研究 [J].巖石力學與工程學報,2004, 23(16):2811-217.(Cao Xingsong,Zhou Depei.Study on remedy engineering of K28 landslide of Chengdu-Nanchong Highway [J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2004,23(16):2811-217.)

[3]徐黎明,王清,陳劍平,欒海,周福軍.二密滑坡形成機制 [J].吉林大學學報 (地球科學版),2012,42(4):1104-1111.(Xu Liming,Wang Qing,Chen Jianping,Luan Hai,Zhou Fujun.Formation mechanism of Ermi landslide[J].Journal of Jilin University(Earth Science Edition),2012,42(4):1104-1111.)

[4]劉世鋒.青海阿同公路K109路基病害治理工程 [J].巖土工程學報,2011,33(Supp.1):308-311.(Liu Shifeng.Control of roadbed diseases along K109 section of Adai-Tongren Road in Qinghai Province[J].Chinese Journal of Geotechnical Engineering,2011,33 (Supp.1):308-311.)

[5]趙瑜,王鐵成,李維朝,戴福初.高速公路滑坡穩定性評價及其治理模擬 [J].巖石力學與工程學報,2008,27(11):2340-2346.(Zhao Yu,Wang Tiecheng,Li Weichao, Dai Fuchu.Stability evaluation and treatment simulation of an expressway landslide [J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2008,27(11):2340-2346.)

[6]候運秋,劉代全.某高速公路傾斜基底高路堤滑坡機理分析與治理 [J].公路,2004,(1):46-50.(Hou Yunqiu,Liu Daiquan.Treatment and mechanism of landslide in the high-filled subgrade in a expressway[J].Highway,2004,(1):46-50.)

[7]劉傳正,李瑞敏,李鐵峰,鄒正盛,溫銘生,楊冰.三峽庫區白衣庵滑坡防治工程研究 [J].中國地質災害與防治學報,2003,14(1):48-54.(Liu Chuanzheng,Li Ruimin,Li Tiefeng,Zou Zhengsheng,Wen Mingsheng,Yang Bing.Study on Baiyi’an landslide control engineering in the Three Gorges Reservoir area[J].The Chinese Journal of Geological Hazard and Control,2003,14(1):48-54.)

[8]徐克遜,溫小霓.川藏公路前龍段嚴江坪滑坡成因機制與工程防治設計 [J].中國地質災害與防治學報,1995,6(4):10-19.(Xu Kexun,Wen Xiaoni.Mechanism of formation and design of control engineering on Yanjiangping landslide in Qianlong section of Sichuan-Xiang highway [J].The Chinese Journal of Geological Hazard and Control, 1995,6(4):10-19.)

[9]孫紅月,呂慶.高填方路基誘發滑坡機理分析 [J].自然災害學報,2006,15(5):168-171.(Sun Hongyue,Lv Qing.Mechanism analysis of landslide induced by highfilled roadbed [J].Journal of Natural Disasters,2006,15(5):168-171.)

[10]中華人民共和國住房和城鄉建設部.建筑地基基礎設計規范 (GB50007-2011) [S].北京:中國建筑工業出版社，2011.(Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People’s Republic of China.Code for design of building foundation (GB50007-2011) [S].Beijing:China Architecture&Building Press,2011.)

[11]中華人民共和國建設部.巖土工程勘察規范 (GB50021-2001) [S].北京：中國建筑工業出版社，2009.(Ministry of Construction of the People’s Republic China. Code for investigation of geotechnical engineering(GB50021-2001) [S].Beijing:China Architecture&Building Press,2009.)

[12]中交第二公路勘察設計研究院.公路路基設計規范 (JTJ013-2004) [S].北京:人民交通出版社,2004.(Second Highway Consuitants Co.Ltd.,CCCC.Specifications for design of highway subgrade(JTJ013-2004) [S].Beijing:China Comunicaitons Press,2004.)

[13]重慶市城鄉建設委員會.建筑邊坡工程技術規范 (GB50330-2013)[S].北京：中國建筑工業出版社,2013.(Chongqing Municipal Commission of Urban-Rural Development.Technical code for building slope engineering(GB50330-2013) [S].Beijing:China Architecture&Building Press,2013.)

貴都高速公路K281滑坡變形分析及穩定性評價

■潘慶1張志強2

P642[文獻碼]B

1000-405X（2016）-10-451-4

潘慶（1972～），男，本科，高工，研究方向為高速公路技術管理。張志強（1971～），男，本科，高工，研究方向為巖土工程勘察設計。