某高速公路巨型滑坡穩定性分析及處置方案研究

黃洪超

（中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北武漢 430056）

0 引言

滑坡是斜坡上的巖體或土體在自然或人為因素影響下沿帶或面滑動的地質現象。隨著國家山區高速公路的大規模建設，斜坡上的路塹邊坡也越來越多。高速公路作為帶狀構造物，路線在不同的地質單元中穿越時，由于地質條件復雜，水文和氣候對邊坡穩定也有較大影響，導致路塹邊坡設計、施工存在一定的不確定性，容易發生小型溜滑或者深層滑動，甚至產生巨型滑坡［1-2］，造成重大的經濟損失乃至人身傷亡［3-4］。為確保高速公路運營安全，滑坡處置方案的研究越來越受到學者的重視。

本文以云南省東南部某高速公路巨型滑坡處置為例，該滑坡范圍大、厚度深，潛在的破壞性強，為典型的折線形牽引式滑坡，其破壞機制和處置思路在山區高速公路邊坡中具有一定的代表性。本文首先論述了滑坡特征及變形機制，然后以邊坡開挖前后狀態相應的穩定安全系數和推測滑動面進行反演試算，確定符合滑坡實際工況的計算參數，最后綜合比選確定滑坡的處置方案，并進行工后監測評價，驗證治理工程的可行性和有效性。

1 工程概況

該滑坡位于高速公路左幅的左側，以沖溝為界，小樁號側為A 區形成3 級邊坡，最大坡高23.5 m，大樁號側為B 區形成4 級邊坡，最大坡高32.8 m，如圖1所示。各級邊坡分級高度均為8 m，平臺寬2 m，坡率均為1∶1。坡面采用錨桿框格或襯砌拱骨架植草防護，平臺及坡頂設置有M7.5 漿砌片石截水溝，如圖2所示。

圖1 滑坡區地形地貌

圖2 原設計橫斷面

2018 年年初A 區邊坡開始施工，至4 月底部分二級邊坡開挖到位。在一場連夜的降雨之后，坡頂60 m 處出現貫通的張拉裂縫，坡體中也出現扇狀張裂縫。經現場踏勘和補充鉆探后，擬定了滑坡清方減載的方案。

2018 年11—12 月，A 區按變更處置設計施工圖施工，完成了最上一級邊坡的襯砌拱骨架防護；同時B 區的4 級挖方邊坡也進行了開挖，完成了上部3 級邊坡防護。2018 年12 月23 日，在一整天的降雨之后，A 區坡頂截水溝附近出現大量裂縫。2018 年12月28 日，相關單位聯合到現場踏勘，查明該滑坡已由A 區擴大至B 區，后緣張拉裂縫最遠到清方后邊坡坡頂外90 m，裂縫走向大致與路線走向平行，縫寬一般為3～15 cm，最大垂直落差達40 cm，最長裂縫達160 m，如圖3 所示?；麦w已由淺層中型演變為深層巨型，必須進行針對性的處置，以避免滑坡進一步擴大，威脅山頂省道及山腳居民的生命財產安全。

2 滑坡工程地質條件

2.1 地形地貌

該高速公路滑坡位于云南省東南部，區域地貌屬構造溶蝕侵蝕低中山地貌，沖溝斜坡地形，植被發育。目前滑坡范圍內地面高程1 240～1 320 m，滑坡前后緣最大高差為80.0 m，地形起伏較大，滑坡在經過數次滑塌后，平面上呈圈椅狀地形。

2.2 地質構造

滑坡區位于云南山字形與廣西山字形構造之間，應力集中，區域地質構造現象極為復雜，主要以扭動構造體系為主，表現為季里寨山字形構造及文山大形環狀旋扭構造。區內新構造運動頗為活躍，跡象較多，體現為階地與洪積扇發育、深切河曲與山地的抬升、地震活動頻繁?；赂浇l育有兩條斷層，一條在滑坡小樁號側500 m 處與路線呈65°相交，該斷層性質產狀不明，為非活動性斷裂，走向249°～232°；另外一條斷層在滑坡大樁號側400 m 處與線路呈近90°相交，該斷層為壓扭性斷裂，斷層走向306°，長約3.2 km?；挛挥趦蓷l斷層之間，受斷層擠壓影響，有局部揉皺，巖體完整性差，節理裂隙發育，強風化基巖破碎，造成巖層承載力有所降低，巖土抗侵蝕能力差。

2.3 地層巖性

根據鉆探資料，區內主要地層有第四系全新統殘坡積（Q4el+dl）粉質黏土（下層含碎石），下伏基巖為泥盆系下統翠峰山組（D1c）泥質頁巖，如圖4 所示。各巖土層工程地質基本特征及分布范圍如下：

（1）第四系全新統殘坡積（Q4el+dl）

粉質黏土：褐黃色，主要由粉粒、黏粒組成，底部的粉質黏土含碎石；無搖振反應，干強度中等，韌性中等，切面稍有光澤，失水干裂?？伤軤?，表層見植物根系。該層為滑坡體，揭露厚度10.5～14.0 m。

（2）泥盆系下統翠峰山組（D1c）

強風化泥質頁巖：灰色，灰黑色，主要礦物成分為黏土物質，泥質結構，局部含炭質，中厚層狀構造，節理裂隙較發育，黏性物充填其中；該層表面為上層滑面，強風化泥質頁巖中極其破碎處為下層滑面，巖芯相對破碎，巖芯多呈30～160 mm 短柱狀，少量呈碎塊狀和柱狀。較完整泥質頁巖為軟石，未揭穿。

2.4 水文地質條件

滑坡區2018 年12 月份勘察期間沖溝內有地表徑流，流量不大，呈小股狀，坡體上有自然形成的蓄水池塘?；聟^地下水可分為第四系松散巖（土）類孔隙水和基巖裂隙水兩類，其埋藏深度、地下水徑流強度、巖溶水等隨地形產生規律性的變化十分明顯。初步估算整個滑坡體蓄水量0.9×104～1.4×104m3， 直接影響坡體的穩定。

3 滑坡特征及變形機制分析

3.1 滑坡體特征

本挖方邊坡從2018 年年初開始至2018 年12 月發生數次滑塌，滑動范圍逐步由A 區發展至B 區，表明坡體長期處于不穩定變形階段。目前滑坡前后緣最大相對高差80 m，主要滑動方向為227°（沖溝兩側坡體有向沖溝中間滑動的趨勢），滑坡坡面平均坡度為30°～45°?；潞缶墢埨芽p明顯，張開0.20～0.35 m，錯距0.10～0.25 m，延伸長度35～40 m；滑坡體內裂縫張開0.05～0.35 m，錯距0.05～0.40 m，延伸長度差別較大，為10.0～160.0 m。坡面變形強烈，土體松散?；略谄矫嫔铣嗜σ螤?，縱向上呈階梯狀，滑坡體沿主滑方向長約205 m，橫向寬約228 m，平均厚度23 m 左右，體積約107.5 萬m3，為深層巨型巖土混合牽引式滑坡［5］。

由于斜坡下部坡腳大面積開挖，形成高陡臨空面（臨空面高約32 m），使得阻滑段大量卸載，且泥質頁巖強度低，節理裂隙發育，風化強烈，另外坡體含水豐富，受地面降水影響，泥質頁巖軟化后處于飽水狀態，抗剪強度大大降低，在公路邊坡開挖形成臨空面的條件下發生滑塌。根據監測數據顯示，滑坡體處于不穩定狀態，坡體仍在蠕動滑移。

3.2 滑坡變形機制分析

從地質構造上講，滑坡位于兩條斷層之間，受斷層擠壓影響，巖體有局部揉皺，完整性差，在人類工程活動時容易形成滑坡。

從地層巖性上講，滑坡巖體泥質頁巖屬軟巖，巖體破碎，節理裂隙發育，巖面與坡面為順層關系，且坡體地表及地下水豐富，受雨水長期侵入作用，泥質頁巖極易軟化，有利于軟弱帶的形成。

從外界因素上講，本段邊坡在工程開挖擾動，連續雨水入滲的影響下，在第四系覆蓋層底部形成了靜水壓力，此處土體變為可塑～軟塑狀；同時土體飽水增大了重度，導致邊坡的下滑力增大而逐漸進入臨界穩定狀態。

總之，地質構造、地層巖性加上人工切坡和雨水下滲等外界因素的影響，率先開挖的A 區先發生滑塌；由于沒有有效治理，加上2018 年6 月底至10 月初的長期連續降雨作用，且B 區的坡面開挖導致臨空面增大，使A 區的滑塌進一步牽引拓展至B 區，引起坡體的大范圍開裂破壞，必須盡快采取有效的加固措施。

4 滑坡穩定性分析

4.1 思路分析

滑坡穩定性分析中最重要的是確定滑動面和滑面參數。一般巖土分界面就是滑坡的滑面，但本滑坡的滑床基巖為泥質頁巖，裂隙發育，受雨水浸泡極易軟化，強度下降很快，導致滑面下移，使滑面和參數的確定成為一個非常復雜的問題，因此從地質勘探的取樣巖芯中判斷滑動面和巖土參數存在一定的不確定性［6-7］。

現場踏勘時走訪了周邊村民，了解到滑坡區山體在高速公路修建前50 年內盡管從未發生過整體滑動，但坡體中常年有水外滲，有局部位移的趨勢，表明坡體未開挖前在暴雨或連續降雨的非正常工況下邊坡穩定安全系數接近規范的安全限值；而坡體開挖后在非正常工況下出現裂縫，表明開挖后的邊坡處于臨界極限狀態，因此可以作為確定不同形態坡面穩定安全系數的重要依據。

通過對勘探成果的分析，覆蓋層厚度僅12～15 m，但滑坡上緣與坡腳距離卻達到185 m，說明該滑坡至少存在2 個滑面，上層滑面位于含碎石粉質黏土與基巖的結合面；下層滑面受雨水下滲程度的影響，位于強風化泥質頁巖中極其破碎的層位；另外路基右側坡體的監測數據證明右側坡面未發生移動，證明下層滑面的剪出口應該位于挖方碎落臺處，但具體的形態和深度未知。

通過上述分析，可以將邊坡開挖前后非正常工況下的穩定安全系數和推測的滑面結合起來反演巖土參數，并將反演的參數與取樣完成的室內土工試驗參數進行驗證對比，最終確定滑坡穩定性評價的計算參數。具體的分析步驟如下：

（1）以邊坡未開挖前的原始地面線及上下兩個推測滑面建立計算模型，根據規范［8］高速公路在非正常工況時的邊坡穩定系數不得小于1.1～1.2，且上層滑動后下層才會滑動，因此偏安全地規定上層滑面穩定安全系數取1.15，下層滑面取1.2，用傳遞系數法［8］計算剩余下滑力為0 時各自對應的c、φ值，然后與室內土工試驗成果綜合考慮后確定各滑面對應的抗剪強度指標。

（2）以上述參數計算開挖后現狀邊坡在非正常工況時的穩定安全系數，要求上下兩個滑面對應的穩定性系數均在1.0 附近，且上層滑面的穩定安全系數要略小于下層滑面，這樣與現狀邊坡的臨界滑動狀態相吻合。

（3）若第（2）步中計算的穩定安全系數不滿足要求，則應在第（1）步中重新擬定滑面再次計算，直至滿足要求為止。

實驗組患者護理滿意度為96.00%,參照組患者護理滿意度為60.00%,組間差異明顯,P<0.05,存在統計學意義,詳見表1。

（4）最后根據分析確定的滑動面和巖土參數，按設計擬定的坡面線計算邊坡下滑力，據此確定邊坡加固處置方案。

4.2 計算參數的確定

通過上述的思路分析，巖土參數和滑動面需要采用土工試驗法與反算法相結合的方法，經多次反復驗算才能確定。計算后的滑帶土體物理參數綜合取值見表1，現狀邊坡穩定性計算結果見表2。

表1 滑坡土體物理參數綜合取值

表2 現狀邊坡穩定性分析匯總

從表2 可知：非正常工況（暴雨）時各滑動區的上下滑面對應的穩定安全系數均在1.0 附近，且上層滑面的穩定安全系數略小于下層滑面，說明多次反演后擬定的巖土參數和滑動面符合分析假定和邊坡實際情況。

5 滑坡綜合處置方案

5.1 方案擬定

根據安全可靠、經濟合理的原則，滑坡處置一般可采用減載、支護和排水的綜合治理措施。本滑坡范圍內現狀地面橫坡約為20°，滑坡上緣之外橫坡達30°，且坡體較高，若大范圍清方減載，可能導致高陡山坡的牽引式整體滑動，因此不宜采用清方減載的方案，推薦采用“局部清方+強支擋+綜合排水”的處置方案，強支擋推薦采用單排大尺寸人工挖孔的矩形抗滑樁，并據此擬定設計坡面。

5.2 設計邊坡穩定性分析

根據分析確定的巖土參數和滑動面，采用規范規定的傳遞系數法，對滑坡處置方案確定的設計邊坡進行穩定性分析，結果見表3。

表3 設計邊坡穩定性分析匯總

由表3 可知：按擬定的設計邊坡最大的剩余下滑力均出現在暴雨工況下，因此滑坡的強支擋方案應以暴雨工況對應的剩余下滑力進行抗滑樁結構計算。

5.3 滑坡處置綜合措施

由于滑坡一直在緩慢蠕動，項目區若連續降雨將導致滑動加速，需盡快對滑坡采取措施。根據設計邊坡剩余下滑力的計算分析，確定滑坡的處置設計方案如下：

（2）邊坡防護：第一級邊坡采用40 cm 等厚漿砌片石封閉，樁板墻頂部以上邊坡回填后采用三維網植草防護。

（3）樁板墻支擋：在第一級挖方平臺設置人工挖孔的矩形抗滑樁，其中A 區抗滑樁尺寸3.0 m×4.0 m，間距6 m，樁長30.0～31.0 m，懸出第一級平臺高度6～8 m；B 區抗滑樁尺寸2.5 m×4.0 m，間距6 m，樁長30.0～30.5 m，懸出第一級平臺高度7～8 m；所有抗滑樁頂均設置2 根6 索預應力錨索。

（4）排水措施：坡頂設置截水溝，各級平臺按原設計要求設置平臺截水溝；要求所有平臺均采用20 cm 厚C20 混凝土硬化處理，以防雨水下滲?；轮胁康臎_溝在征地范圍內的部分均采用C20 混凝土硬化，硬化層的底部設置盲溝，盲溝底部及側面應采用防水土工布包裹。另外在第一級邊坡設置深層導水孔排除坡體內地下水（需注意避開抗滑樁）。

（5）抗滑樁施工前應首先對坡腳進行填土反壓，反壓高度按樁板墻頂部標高控制，反壓寬度為樁板墻靠道路側不小于10 m，反壓填土坡率不陡于1∶2.0；坡腳反壓完成且滑坡變形趨穩后才能進行抗滑樁的開挖施工。

A 區滑坡處置典型橫剖面見圖5。

圖5 A 區滑坡處置典型橫剖面圖（單位：m）

6 實施效果

抗滑樁施工前的坡腳反壓防止滑坡規模的進一步擴大；抗滑樁施工后阻斷了滑坡推力的逐步下移；樁頂錨索的實施確?？够瑯恫灰驊冶圻^長而傾斜；坡頂、平臺及沖溝處的地表排水設施及坡體內的深層排水管，則降低了水對滑坡的影響；最后通過第一級坡面封閉，其余坡面植草固土，穩定陡壁，防止地表侵蝕的進一步發展。

該滑坡治理工程于2019 年10 月完成。截至2020 年12 月，通過定期和不定期對抗滑樁、預應力錨索、坡面漿砌片石封閉層以及截排水溝等結構物和坡體地表等進行巡查，未發現工程結構物的變形和坡體地表的開裂變形。另外施工中布設的地表位移監測資料也表明，自治理工程完工后，滑坡整體一直處于穩定狀態。

7 結論

本高速公路巨型滑坡規模較大，受力特性復雜，處置不當將導致加固失敗或引發更大規模的滑動，因此穩定性分析和處置方案的擬定需嚴謹慎重。通過該工程案例的分析處理，得到如下結論：

（1）山區公路邊坡在地質構造、地層巖性等內在因素和人工切坡、雨水下滲等外界因素綜合影響下極易發生溜滑。若沒有對邊坡采取有效治理，可能導致滑動面加深而演變為大型甚至巨型滑坡，在工程上要引起重視。

（2）本巨型滑坡工點采取地質勘察和現場調查相結合的方式，將坡體原始狀態與開挖后狀況進行對比，通過各狀態、各工況下的反演計算確定其最不利時的滑動參數，然后對設計坡面進行穩定性分析，最后提出了針對性的綜合處置方案。工后監測表明滑坡處置是成功的。

（3）本滑坡為典型的折線形牽引式滑坡，其變形破壞過程具有漸進性和強破壞性等特點，在山區高速公路邊坡中具有一定的代表性。通過對滑坡破壞機制和處置思路的分析，為類似工點提供了一個新的處理思路，具有一定的參考價值。