龍巖段公路滑坡病害分析與治理措施

翁 磊

（福建省地質測繪院，福州，350011）

在沉積巖地區開展公路等基礎設施建設時，經常會遇到坡殘積土、全風化或強風化巖土層形成的路塹高邊坡。該類邊坡在天然條件下雖具有一定的自穩能力，但在雨季、強降雨時存在穩定性驟降和易出現開裂、滑塌等情形，其破壞形式大多數是沿著巖土層中的軟弱結構面以平面或折線滑動、錯落等，使得這類土質邊坡的穩定性分析判斷比單一的土質或巖質邊坡都要復雜。在工程實踐中，由于軟弱結構面對邊坡穩定性的影響未得到清楚的認知，未能采取針對性的防治措施進而導致地質災害的發生，從而嚴重威脅到建設項目在建設和運營期間人民生命財產安全。因此，對這類工程邊坡產生滑坡的機理研究及穩定性分析具有重要的現實意義和應用價值。

1 工程概況

國省干線橫九線新羅區小池至巖下山（上杭界）段公路工程是連接龍巖小池鎮和上杭重要通道，其中滑坡路段位于K5+875 ～K6+080 右側，小里程連接已建成黃斜大橋橋臺?；露卧O計為四級高邊坡：第一級采用坡率為1 ∶0.5 的C20 片石混凝土重力式擋墻防護；第二級采用坡率為1 ∶1.0 的預應力錨索框架支護；第三級采用坡率為1 ∶1.0 的拱形骨架植草灌進行防護；第四級采用噴播植草防護。各級坡高為8 m，平臺寬為2 m，坡頂利用已有引水渠作為截水溝。

2018 年6 月，施工期間恰逢連續強降雨，坡腳擋墻局部外移，墻頂見橫向張拉裂縫，第二級部分框架梁開裂,同時黃斜大橋橋臺側坡面出現膨脹變形。設計隨即進行變更，將第三級支護方式改為預應力錨索框架，并于橋臺側增設片石混凝土擋墻及預應力錨索框架。

2019 年6 月4 日，受持續強降雨的影響，該邊坡再次下滑，并出現多處坡腳隆起、擋墻外移，框架梁斷裂、坡面裂縫（照片1）、截水溝斷裂等變形破壞跡象。施工單位立即采取了坡腳堆土反壓、坡頂封堵、截流已斷裂截水溝等應急措施（照片2）。

照片1 研究區滑坡中部裂縫Photo 1 The crack in the middle of the landslide in the study area

2 工程地質條件

2.1 地形（地貌）

滑坡區屬低山丘陵地貌，整體山勢呈西北至東南向展布，地面標高為600 ～748 m，相對高差近150 m，坡向為228°，自然坡度為25°～35°，整體屬直線型坡，坡面植被發育。因公路建設，坡體中下部開挖形成人工切坡，破壞了坡體的原始平衡狀態，有效臨空面增大，為滑坡變形提供了臨空條件。

2.2 地質構造

該區域處在閩西南坳陷帶古田巖體東部，受古田巖體侵入作用影響，褶皺構造跡象較明顯，其中壓性斷層F19從滑坡坡腳穿過，與路線呈小角度相交。該斷裂長度大于2 km，寬度約為40 m，走向130°，傾角70°，傾向南西；地貌上形成溝谷，具有強烈的擠壓破碎特征，周邊巖體破碎，節理裂隙發育。

根據區域地質資料和現場調查，斷層北側揭露石炭世林地組地層，該層走向110°，傾角25°，傾向南西；斷層南側為二疊世文筆山組地層，該層走向75°，傾角35°，傾向北西。2 套地層為不整合接觸，其中石炭世林地組層理順坡向為滑坡產生的原因之一。

2.3 巖土體特征

根據地質調查和鉆探揭露，滑坡范圍上覆第四系殘坡積層，厚度為2.70 ～22.30 m；下伏為石炭世林地組砂巖、泥質粉砂巖。場地內主要巖土體自上而下可分為10 層。

①素填土：灰黃色，松散-稍密，稍濕，由黏性土及碎石回填為主，碎石含量為30%～40%，厚度為0.50 ～8.00 m，揭露于坡腳表層。主要為反壓回填土，均勻性較差。

②坡積粉質黏土：灰黃色，可塑-硬塑，稍濕，角礫含量約為10%。厚度為0.50 ～3.00 m，揭露于自然坡體表層。

③-1 砂巖殘積砂質黏性土：黃褐色，可塑-硬塑，稍濕，母巖為砂巖，角礫含量約為20%。厚度為2.80 ～9.00 m ；具遇水易軟化、易崩解等特性。

③-2 粉砂巖殘積砂質黏性土：紫紅色，可塑-硬塑，稍濕，母巖為粉砂巖，角礫含量約20%。厚度為8.70 ～15.30 m ；浸水后易軟化。BK04 于20.00 ～20.30 m 有水流跡象，呈軟塑狀，為邊坡滑動界面之一。

④-1 全風化泥質粉砂巖：紫紅色，粉砂狀結構，呈土狀。該層在坡腳分布，厚度為1.00 ～1.50 m，具遇水易軟化等特性。

④-2-1 土狀強風化泥質粉砂巖：紫紅色，粉砂狀結構，呈散體狀，夾有碎塊。該層主要出露于坡腳鉆孔，厚度為0.50 ～5.00 m，具遇水易軟化等特性。

④-2-2 碎塊狀強風化泥質粉砂巖：紫紅色，粉砂狀結構，泥質膠結，呈塊狀。該層鉆孔揭露厚度為1.20 ～7.40 m，局部未揭穿。

⑤-2-1 土狀強風化砂巖：灰黃色，呈散體狀，夾有碎塊。該層鉆孔揭露厚度為2.40 ～13.50 m。具遇水易軟化、崩解等特性。BK07 于12.00 ～12.40 m、BK09 于6.20 ～6.70 m 呈軟塑狀，處于與⑤-2-2 或⑤-3 層交界處，是邊坡主要滑動界面。

⑤-2-2 碎塊狀強風化砂巖：褐黃色，砂狀結構，裂隙極發育，巖芯呈碎塊狀。該層鉆孔揭露厚度為0.50 ～19.70 m，局部未揭穿。

⑤-3 中風化砂巖：灰黃色，砂狀結構，硅質膠結，裂隙較發育，巖芯以柱狀為主，未揭穿。

滑動帶：灰黃色，呈軟塑，原土體主要為殘積黏性土及土狀強風化巖，為坡體下滑剪切破壞后的軟弱帶，帶內土體表現為含水量增大，多呈飽和狀態，厚度為0.30 ～0.60 m。

2.4 水文地質條件

坡面于標高650 m 處見一早期修建的混凝土引水渠，底寬為400 mm，高約為300 mm，作為邊坡的截水溝使用。該渠受滑坡影響，發生下錯、斷裂，失去截排水效果。同時在強降雨期間，大量雨水沿溝渠斷裂處匯集灌入坡體，加劇滑坡的發展。

場區內發育地下水主要為風化帶網狀孔隙裂隙水和基巖構造裂隙水，貯存于風化巖的孔隙、裂隙和巖體的構造裂隙中，主要接受大氣降水的垂直入滲補給，徑流較短，多以側向徑流補給溝谷或泉的形式排泄。其中基巖構造裂隙水主要受裂隙的構造面控制，場地內巖石的節理裂隙發育，連通性相對較好，使得地下水量相對富集。

場地地下水豐富且水位較高，水面基本與地形一致，滑坡勘查期間地下水水位埋深為3.50 ～10.20 m，整體上與2015 年10 月線路勘查時地下水水位埋深（7.30 ～8.20 m）相差不大，但坡腳水位升高明顯，并于近黃斜大橋段坡腳出現多處滲水點，說明原邊坡坡腳排導地下水較為不暢。

3 滑坡變形特征及成因分析

3.1 滑坡變形特征

滑坡體的主滑坡軸方向為228°，長度約為145 m，寬約為170 m，高度約為80 m，滑距為0～1 m，面積約為11 000 m2；滑坡體最大厚度約為20 m，體積約為150 000 m3，成分主要為殘坡積黏性土、全-強風化巖等；滑動面主要為碎塊狀強風化砂巖層頂的順坡層理面。根據滑坡機理，滑坡體分為A 區（滑坡后緣到裂縫2 之間）和B 區（裂縫1 到坡腳剪出口之間），其中B 區位于下半部分，為坡腳工程施工后引發的滑移；A 區位于上半部分，受B 區滑坡牽引導致滑動。該滑坡整體為中層牽引式順層巖土質滑坡（圖1）。

圖1 研究區滑坡工程地質平面圖Fig.1 Geological plan sketch of the landslide engineering in the study area

（1）滑坡周界：可見2 條環形滑壁（裂縫1，2），裂縫1 寬為5 ～30 cm，后緣下錯0.5 ～1.5 m ；裂縫2 寬為10 ～20 cm，后緣下錯0.8 ～2.0 m，滑坡壁為殘坡積黏性土。

（2）坡面變形特征：坡體上部見多道張拉裂縫，基本與主滑方向垂直，裂縫寬為2 ～20 cm；坡體中部出現下沉，形成滑坡臺階，最大錯臺高約為2 m ；坡體中下部兩側見剪切裂縫，于引水渠剪斷處和擋墻向外錯移處尤為明顯，裂縫寬為1 ～5 cm，擋墻向外最大推移約為1 m；擋墻后土體與框架梁位置土體見多處垂直于擋墻的扇形裂縫和垂直于滑動方向的膨脹裂縫（照片3）。

照片3 研究區截排水溝變形、錯斷Photo 3 Deformation and dislocation of the intercepting drainage ditches in the study area

（3）構筑物破壞：坡體下部擋土墻外移，墻腳土體拱起，部分框架梁斷裂，預應力錨索失效、錨頭崩壞，截排水溝變形、錯斷（照片4）。

照片4 研究區預應力錨索錨頭崩壞、鋼絞線松弛Photo 4 Collapse of prestressed anchor head and relaxation of steel strand in the study area

（4）泉眼：調查期間主要于坡腳見3 處泉眼。2 處于滑坡前緣，水量為0.02 ～0.05 L/s；1 處位于黃斜大橋橋臺下，水量約為2.0 L/s。晴天水質較清澈，降雨期間見少量黃泥滲出。

3.2 成因分析

研究區滑坡的地質力學模式為蠕滑（滑移）-拉裂破壞模式[1]，在發育初期主要由開挖坡腳誘發，主要表現在沿剪切面（為粉砂巖軟弱夾層和碎塊狀強風化砂巖層頂的順坡層理面）的蠕滑，并于坡腳臨空面擠出變形；滑動面的貫穿伴有向滑動面上方逐漸收斂的拉裂，并可直接觀測到明顯的拉裂縫，主滑向的工程地質剖面（圖2）。在坡體破壞的同時，地下水路徑和入滲條件也不斷改變，最終導致滑坡的發生。根據現場地質調繪、鉆孔資料，導致場地內滑坡形成的因素具體分析如下。

圖2 研究區滑坡5-5＇工程地質剖面圖Fig.2 Diagram showing the 5-5＇ engineering geological profile of the landslide in the study area

（1）地形（地貌）：滑坡處陡坡地段，自然坡度為25°～35°，坡向為228°；同時場地內巖層層理傾向200°與自然坡向相近，傾角25°略緩于自然坡度，對邊坡穩定極為不利。

（2）地質構造：受壓性斷層F19影響，場地內巖體破碎，形成的構造破碎帶也成為地下水活動的主要通道，對邊坡穩定影響較大。

（3）巖土體組成及性質：場區上覆深厚殘積砂質黏性土，厚度為7 ～20 m，飽水后易軟化崩解，土體抗剪強度較低。于坡腳處揭露的泥質粉砂巖為軟弱層，坡腳處的滑動界面主要位于該層中，其浸水后軟化，力學性質降低，也是導致2018 年第一次滑坡的主要因素之一。受區域構造影響巖體破碎，加之層理順傾，易形成滑動面。

（4）降雨及地下水活動：根據離滑坡最近的黃斜氣象站的資料，2019 年3 ～6 月的降雨量分別為318 mm、217.5 mm、227.5 mm 和667 mm，各月降雨量比月歷史平均降雨量高出2 ～4 倍，大量降雨入滲坡體使上覆松散土體迅速飽和，土體自重增加并導致物理力學性質降低。同時多處泄水孔堵塞，地下水排泄不暢，也是形成山體滑坡的外因之一。

（5）人類工程活動：施工邊坡高度大、坡率陡，易產生坡腳應力集中；同時開挖坡腳抗滑段破壞了坡體原有的力學平衡；加之原坡頂引水渠破壞后未及時做好防滲處理，使大量大氣降水匯集貫入坡體。

3.3 原設計方案失效原因分析

該段邊坡2 a 內發生了2 次下滑，且在第一次設計變更后的邊坡支護及防治措施仍然失效，究其原因，雖存在上述分析的客觀成因，但另有技術原因和施工原因2 個方面的影響。

泥質粉砂巖為夾層，主要不均勻分布在坡腳處，于前期線路勘察的鉆孔中未揭露，故線路設計時未考慮該軟弱夾層的影響。該層在地下水的作用下力學性質降低，最終形成2018 年的第一次下滑。坡體第一次下滑后未進行滑坡專項勘察，仍未查明泥質粉砂巖作為軟弱層的影響，故未對該滑坡的主要因素進行針對性設計，僅采取了局部加固措施，導致坡體在2019 年發生第二次更大范圍的下滑。

該邊坡工程截排水系統無法正常使用是設計方案失效的施工原因。坡頂引水渠破壞后未及時做好防滲處理，致使仍有大量大氣降水短時間內匯集貫入坡體；泄水孔部分堵塞，而未能及時采取有效的疏通補救措施，導致坡體匯集大量地下水后排水不暢，導致邊坡下滑。

4 滑坡體穩定性分析

4.1 巖土體物理力學參數的選取

根據土工試驗統計分析，結合類似地質條件的臨近工點數據類比，并利用Geo-Slope 軟件進行滑動面抗剪強度參數反分析計算，綜合分析確定滑體和滑動面的物理力學指標，其數值均在當地地區經驗值區間內（表1）。

表1 研究區滑坡巖土層物理力學指標Table 1 The physical and mechanical indices of rock and soil layer of the landslide in the study area

4.2 穩定性計算

根據該滑坡工程地質勘查報告①福建省現代工程勘察院，國省道干線橫九線新羅區小池至巖下山（上杭界）段公路工程K5+875 ～K6+080 右側高邊坡滑坡治理工程工程地質勘察報告，2019。，結合滑坡體的成災機理及破壞模式，滑坡的滑動面主要位于塊狀強風化巖頂面，呈折線形，滑坡穩定性采用傳遞系數法隱式解[2]進行計算，計算公式如下：

式中 ：Pi為第i 計算條塊滑動面上的抗滑力（kN/m）；Ψi 為第i 計算條塊的剩余下滑推力向第i +1 計算條塊的傳遞系數；Ti為第i 計算條塊滑動面切線上的滑動力（kN/m）；Ri為第i 計算條塊滑動面上的抗滑力（kN/m）；Fs為穩定性系數；θi為第i 計算條塊的滑面傾角（°）；φ i 為第i 計算條塊滑動面上巖土體的內摩擦角標準值（°）。

依據滑坡體的變性特征選4—4＇及5—5＇（主軸）2 個剖面，并根據現場實際進行了天然工況（自重）、強降雨工況（自重+暴雨+地下水）2 種情形下的穩定性分析計算，設計安全系數分別取1.35、1.15[3]。

天然工況下，該坡體穩定系數為1.034 ～1.252，滑坡處于欠穩定-基本穩定狀態；遇到強降雨工況時，坡體穩定系數下降到0.767 ～0.988，滑坡處于不穩定狀態；2 種工況下均不能滿足設計的穩定性要求（表2）。

表2 滑坡穩定性計算Table 2 The stability calculation of the landslide

5 滑坡加固治理設計方案

滑坡的治理應本著“科學有據，技術可行，經濟合理，防治結合”[4]的原則進行，對于該滑坡在充分考慮其類型規模、成災機制的基礎上，結合路線所處場地的地形（地貌）、地質條件等因素、已采取的應急措施、治理費用和施工工期等因素開展治理工作。通常采用的抗滑工程主要采用削方減載、抗滑擋土墻、抗滑樁和錨索框架等[5]，但單獨采取某個處置措施均難以達到要求。

最后綜合考慮各個因素，確定了技術成熟、造價較低、工期較短的“削方減載+擋土墻+錨索框架+局部錨索抗滑樁”組合方案（圖3）。通過軟件進行分析計算，該治理方案在天然工況下安全系數為1.35 ～1.52，強降雨工況下安全系數為1.16～1.21。

圖3 滑坡綜合治理平面示意圖Fig.3 Schematic plan for comprehensive landslide control

（1）削方減載：整體刷為九級坡，坡腳一級坡率不變，仍為1:0.5；第二級坡放緩，采用坡率為1 ∶1.25；第三級至第七級坡仍在滑體上，調整坡率為1 ∶1.5；坡頂兩級坡坡率采用1 ∶1.25；第一級至第四級坡坡高為8 m，第五級至第八級坡坡高為10 m；每級馬道平臺寬度為2 ～8 m，邊坡周界幾何形態根據實際地形調整。削方減載的方案首先清除了坡體前緣不穩定的巖土體，同時治理范圍擴大到了滑坡后的20 m，放緩了邊坡的坡度，對主滑段進行了減重。

（2）抗滑擋土墻：原混凝土擋墻已遭推移破壞，故需分段拆除，并重設高8 m 的C20 片石混凝土擋墻，并于擋墻墻身另設置間距6 m 的預應力錨索地梁?；录舫隹谠谠瓝鯄︴辔恢?，新設抗滑擋土墻基礎埋置位置深于剪出口，并設置預應力錨索增強抗滑能力。

（3）錨索框架：在第二級至第九級坡上布設預應力錨索框架，框架尺寸為8 m×8 m；錨索鉆孔直徑為150 mm，俯傾角為25°，采用6 束鋼絞線錨索，單孔設計拉力為600 ～700 kN，錨固段長度為12 m，深入到碎塊狀強風化巖或中風化巖內部。由于坡體巖層層理順坡，各級邊坡均設置錨索錨固到穩定地層，以起到防治坡體發生順層滑移的作用。

（4）錨索抗滑樁：于小里程處補充5 根錨索抗滑樁，樁截面尺寸為2 m×2 m，水平間距為6 m，樁身長24 ～26 m，并于樁間設置鋼筋混凝土板；樁頂布設2 根預應力錨索，其設計形態與坡面錨索一致。該處坡體正對黃斜大橋橋臺，補充錨索抗滑樁從而保證黃斜大橋橋臺的安全。

（5）排水工程：主要分為地表水和地下水2 個治理方式。地表水治理主要在邊坡四周布設截水溝，坡面修筑排水系統，封閉坡面裂縫和夯實松動地面，減少降雨下滲對坡體的影響。地下水治理主要于坡腳兩級坡布設仰斜排水孔，間距為5 m，呈梅花狀布置，仰傾角為8°～15°，確保出水率大于50%，并于坡腳設置滲溝疏干地下水。該套截排水組合在保證排水順暢、有效截流時，能起到最大限度從地表排走雨水和降低邊坡內的地下水位，從而保證邊坡的穩定。

（6）植物防護：坡面主體支護結構施工完成后，在框架網格之間客土噴播植草灌，澆水養護。草種選擇當地、耐干旱和耐蟲害的品種，采用灌、草相結合的立體式綠化方案，既能保證邊坡綠化穩定長久，又能最大限度的改善環境。

6 結語

（1）研究區滑坡位于沉積巖區丘陵山坡上，地質構造和巖土體組合是滑坡形成的內因，建設產生的坡腳開挖破壞了自然斜坡原有的力學平衡，而連續的強降雨且排水不暢是導致邊坡最終失穩的主要誘因。

（2）針對滑坡體變形特征、破壞機制的綜合分析，并通過對其所在邊坡進行的穩定性計算，最終選取了“削方減載+擋土墻+錨索框架+局部錨索抗滑樁”的組合方案，配以合理的排水工程和植物防護措施以保證邊坡穩定。

（3）施工路段已于2019 年底通車。通過對該滑坡段從勘查設計階段、施工階段到竣工后2 個水文年的監測，各項監測數據顯示滑坡趨于穩定狀態，表明該套治理加固方案是一種經濟、有效的整治措施，能夠有效控制滑坡體的位移，特別是對于高陡邊坡具有較強的適用性。整體方案的實施確保了滑坡體的穩定及線路的安全，可為類似工程提供參考。