閩北殘積土滑坡形成機理與治理工程對策研究

呂 淞

（福建省高速公路集團有限公司，福州 350001）

0 引言

閩北為山區， 地形呈丘陵山地為主的低山區地貌特征，公路較為發達，公路沿線地面標高多在230～350m，高差多為10～60m，山體較為圓緩，山坡坡度多為15～30°，植被較為發育。 低洼部位常分布有范圍不大的山間沖洪積小盆地，地形地貌上多表現為風化剝蝕臺地[1]。 該地區殘積土發育，層厚，道路土質邊坡多；由于殘積土結構性強，具有各向異性和不均勻性、浸水易崩解和軟化、親水性好等工程特性，該類邊坡病害較為突出[2]。

閩北地區由于道路建設等， 存在大量的殘積土高邊坡和滑坡等，作為該地區的主要地質災害類型，其受持續強降雨、臺風季降雨等影響明顯，給山區道路的安全運營帶來較大隱患[3-4]。因此，對閩北地區殘積土坡失穩機制和工程治理對策研究具有重要的科學意義和現實意義。

1 工程概況

本滑坡場區位于閩北地區某高速公路互通C 匝道右側，原設計為4 級高邊坡，最高約32m，坡率1∶1.0 和1∶1.25。

2 工程地質條件

2.1 地形地貌

滑坡場區為剝蝕丘陵地貌， 山間凹地區， 溝谷多呈“U”形，場地位于山坡，橫向坡度15～25°。

2.2 地層巖性

滑坡場區的地質為第四系殘坡積地層及麻源群石英片巖的各風化層。其主要地層分布：滑坡上覆地層主要為坡積、殘積粉質粘土，可塑、硬塑狀，稍濕，成分以粉粘粒為主，石英顆粒含量約15%，原巖結構完整；下伏全風化至碎塊狀強風化石英片巖，砂土散體狀、除石英外其余礦物均風化呈土，遇水軟化崩解，巖芯手搓即散；碎塊片狀構造，巖石風化強烈，巖芯破碎；底部基巖為中風化石英片巖片狀構造，巖石較新鮮堅硬，巖體較完整，節理裂隙發育。

邊坡開挖后揭露，路塹邊坡主體地層為坡殘積-全風化地層，呈土狀，褐紅色，吸水易飽和。

2.3 水文地質

地下水主要為基巖風化層孔隙裂隙水， 賦存于基巖風化層的孔隙裂隙中，富水性較差。地下水主要接受大氣降水補給，水量受降雨影響大，山坡、山腳及盆地內為逕流，多沿斷裂帶及深切溝谷排泄。此類地下水降雨后水位迅速抬升，對邊坡穩定性影響較大。

3 變形病害及原因分析

3.1 邊坡病害變形

邊坡工程建設期間，本段邊坡開挖完成后，開展坡面防護工程施工；受連續降雨影響，2014 年11 月邊坡第一階局部出現溜塌， 坡面及坡頂出現多道裂縫， 裂縫寬度3mm～10mm。2015 年3 月～6 月，進入閩北地區雨季，受連續強降雨影響，坡體變形進一步發展。 主要表現為：

（1）邊坡坡面出現局部坍塌，裂縫范圍加大；坡面第一階部分已施做的框架梁出現損壞、剪斷，部分錨墊板破損，錨頭崩裂；

（2）坡頂、坡體上部緩坡臺地多處出現張拉、下錯裂縫，部分裂縫發展貫通（圖2 所示）；坡頂后緣下錯裂縫長約20m，寬約25cm；

圖1 地質斷面圖

（3）路基反翹隆起，擠壓對側邊溝、變形；坡腳水量豐富（圖3 所示）。

圖2 滑坡場區裂縫分布圖

圖3 路基反翹隆起推移（水溝變形）

4 滑坡成因分析

（1）地形地貌：根據滑坡場區地形地貌現場踏勘，場區微地貌具有多級臺地， 后緣發現多道拉裂老裂縫及臺坎，具有不良地質體地貌特征，為老滑坡不良地質體[5]。

（2）地質因素：邊坡地質條件較差，坡體風化深度大（松散坡積層、殘積粘性土層、全～強風化層厚度大，遇水易軟化，粘滑），地下水發育，表層土體滲透性好，降雨時雨水會直接滲入坡體， 水位迅速抬升， 造成坡體自重增加，土體的粘聚力及內摩擦角降低，坡體穩定性降低。

（3）降雨影響：受2014 年11 月、2015 年3～6 月持續的降雨影響，雨水入滲，一方面邊坡上層坡積粉質粘土及石英片巖殘積砂質粘性土吸水飽和，巖土容重變大，增加下滑力；另一方面坡體地下水位上升，軟化巖體及軟弱滑動帶，使其力學強度指標明顯降低，誘發坡體滑坡病害。

（4）人類工程活動影響：工程建設開挖邊坡，形成高約23～30m 臨空面，破壞山體原有平衡，易造成邊坡失穩變形；同時開挖后施工周期、降雨等致使邊坡暴露時間較長，使得坡體易失穩破壞。

5 滑坡定量化反演分析

對滑坡病害進行工程治理， 可結合坡體變形現狀和裂縫的發展情況等，分析其滑坡穩定狀態[5]，并進行量化評價[5,6]。 在此基礎上，結合相關土工試驗和經驗參數等，可反分析本滑坡體的巖體指標， 以達到工程治理量化計算的要求[7]。

本次計算采用當前國內外廣泛應用的邊坡工程專業軟件Slide 數值模擬軟件進行滑坡穩定性計算，具體選用較為嚴格的剛體極限平衡方法——Morgensten&Price 法； 選取該滑坡的3-3 斷面（圖1 所示）作為滑坡穩定性分析模型。

（1）反算主滑帶指標

3-3 斷面邊坡開挖后，邊坡處于穩定狀態。 反分析計算其巖體力學指標如表1 所示。

表1 巖體物理力學參數表

量化計算出其淺層穩定系數為1.07， 深層穩定系數為1.37（圖4 所示）。

圖4 開挖后邊坡穩定狀態

（2）降雨后坡體穩定性評價

受持續大氣降雨影響，坡體變形破壞。 綜合考慮持續強降雨對坡體地下水位的影響，降雨后坡體深層穩定系數為1.02，淺層穩定系數為0.94，坡體變形破壞（圖5 所示）。

圖5 持續降雨后坡體穩定狀態

6 治理方案

6.1 方案分析

通過對滑坡變形發展過程、工程地質條件、變形影響因素等綜合分析，提出三個綜合治理方案。

方案一：卸載部分滑坍體，坡腳向內擴展20m，清除淺層滑體；坡面采用預應力錨索加固防護。該方案計算穩定性系數約為1.21。

圖6 刷方卸載結合錨固治理方案

方案二：不刷方，采用抗滑樁強支擋，結合預應力錨索加固防護。 該方案計算穩定性系數約為1.23。

圖7 抗滑樁支擋結合錨固治理方案

方案三：線路改線，收費站、管理處重新征地、選址。

6.2 方案比選

對比上述三個工程治理方案，通過有效的支擋加固，其穩定系數均滿足規范要求。

方案一：采用刷方卸載方案，需征工程用地與棄土場用地，占用土地面積大，工程周期長，協調難度與社會影響大；同時該方案以預應力錨固工程加固為主，對預應力錨固工程質量、錨固地層等要求高，工程長效性弱，造價達660 萬元左右。

方案二：采用抗滑樁強支擋，工程可靠性高，施工靈活、工期可控，且不需額外征地，工程造價約610 萬元。同時，因人工抗滑樁施工難度大，抗滑樁設計為圓樁采用機械成孔，安全性較好。

方案三： 線路改線繞避滑坡體方案， 互通出口收費站、管理處已開始施工，且需重新選址，工程存在浪費且可實施性差。

綜合考慮施工可靠性，工程質量、工期、安全及工程造價等方面，選擇方案二較為合理。

7 治理成果

該滑坡采用方案二，即采用坡腳反壓+錨固工程原位加固+抗滑樁支擋進行處理，在計劃工期內完成了治理工作，治理后的邊坡穩定，效果良好（圖8 所示），確保該項目順利建成通車，實現“縣縣通高速”目標。

圖8 工程治理后全貌

8 結語

（1）由于工程建設開挖路塹破壞原老滑坡力學平衡，同時受強降雨等多方面因素影響觸發老滑坡復活。 對道路等線性工程，應充分調查線路通過區域的地質情況，遵循“預防為主，治理為輔，防治結合”的原則，對于可能產生滑坡災害的路段要引起足夠的重視，能避則避，對不能繞避或者繞避方案不經濟的，一定要做到“一次根治，不留后患”。

（2）對閩北地區類似坡殘積土滑坡，類土質、土質高邊坡等，其坡體穩定性受持續強降雨、臺風等不利天氣影響明顯。對于臺風及持續強降雨季節，應加強該區域類似道路邊坡的監測與巡查， 減小地質災害損失和提高道路運營安全。

（3） 工程治理應結合坡體地質條件、 工程可靠有效性、實施可行性、土地環保要求及工程造價等綜合比選治理方案。 對于閩北坡殘積土地質路塹邊坡、滑坡等，應充分考慮坡體地質條件對預應力加固工程的有效性和長久性影響，做到安全可靠。