山区公路地质滑坡机理及治理方案研究

 山区公路地质滑坡机理及治理方案研究

邹,渊

恩施土家族苗族自治州公路管理局   湖北恩施  445000

摘要：本文结合对湖北省恩施州一国道边坡路基滑坡案例分析，浅述山区公路地质滑坡机理与治理方案研究。

关键词：蠕滑-拉裂-滑移；土质滑坡；治理方案；矩阵式微型钢管桩群。

1、工程概况

2020年10月6日，湖北恩施州建始县境G209国道K2255+480～525段公路边坡发生路基滑坡，道路外侧挡墙及半幅路基滑塌，导致交通中断。该段内侧为挖方路基，外侧为填方路基，外侧原路肩墙1.0～3.0m高，路面设计标高701.87～701.29m左右，道路外侧邻近山间河谷，下方坡体为自然状态的河谷岸坡，局部发育陡坎。

该段地质情况:内侧道路边坡为土质边坡，主要为粉质黏土及碎块石土，稍密～中密状为主，覆盖层厚度约13.0～21.0m左右，下伏基岩为志留系中统罗若坪组泥质粉砂岩夹页岩，强风化岩体较破碎，附近较远处基岩测得实际产状，倾向为170°，倾角23°，道路外侧碎块石土为主。近10年岸坡较稳定，未有明显岸坡滑移现象。

2 、研究区工程地质条件

该段地处鄂西南扬子准地台的上扬子台褶带，地质构造较复杂。勘察区地貌总体属构造剥蚀、侵蚀中山地貌区。其地貌形态及特征主要有：陡斜坡、陡坎、深沟、河谷平地、鸡爪状山脊、等多种个体形态，其岩溶组合形态不发育。山体间遍布着“V”形、箱形深切峡谷，其下切深度100～300m，陡壁群峰巍峨参差，其显著特征是层状地貌明显，如多级夷平面、河流两岸多级阶地等。

各岩土层工程地质特征分述如下：  

碎块石土（夹粉质黏土）（Q4dl+col）：该层揭露厚度13.0～21.0m，承载力基本容许值[fao]= 200～300kPa。该层在本段路基均有分布。

碎块石土（夹砂砾石、卵石及漂石、块石）（Q4al+pl）：该层厚度较大，多分布外侧河流河岸斜坡及河床，承载力基本容许值[fao]= 300～450kPa。该层在本段路基外侧河谷均有分布。

泥质粉砂岩夹页岩(S2lr)：薄～中层状构造，岩体极破碎，岩质极软。承载力基本容许值[fao]=500kPa。

泥质粉砂岩夹页岩(S2lr)：薄～中层状构造，泥质结构，岩体破碎，承载力基本容许值[fao]=1000kPa。

本区地震烈度为6度，地震动加速度峰值为0.05g，特征周期为0.35s。依据规定沿线一般人工构造物设计可简易设防。

气象、水文地质

滑坡区内雨量充沛，年平均降水日数为118~136天，年平均降水量在1200~1500mm，平均气温15.3℃，最高气温38.3℃，最低气温-4.0℃，降雨多集中在汛期。

3 、滑坡特征与演化过程

3.1 滑坡变形特征

①滑坡体平面形态及规模：滑坡长轴方向约60m，宽约20～25m，高差约25～35m，主滑方向135°，路基及路肩墙下错近4m，外移约15m，主滑方向基本与公路线路轴线垂直。滑体正投影面积约1500m2，厚度约5m，体积约7500m3。属小型浅层土质滑坡。

②滑坡周界：滑坡后缘裂缝呈现“撮箕”形，滑坡前缘依此向下推至公路坡脚冲沟内侧，滑坡体两侧以两侧自然沟谷地貌为界。

③滑动面：根据勘察，推测滑动面位于表层碎块石土夹粉质黏土层与下伏中密至密实状碎块石土交界面，其深度为5.0～7.0m，其滑移模式为蠕滑-拉裂的典型土质滑坡为主，为地表水下渗软化碎块石土夹层导致路基被牵引破坏。

④滑坡壁:已滑滑坡壁呈“撮箕”型，后壁清晰可见为碎石土滑移，下部为中密至密实转碎块石土。

⑤滑坡床:已滑滑坡的滑床后缘出露地层主要为下部中密至密实状碎石土，泥质粉砂岩、石英砂岩碎块为主，其下伏为志留系泥质粉砂岩夹页岩，强至中风化，泥质结构。

⑥滑坡后缘路基及斜坡: 地质调查过程中未发现有延伸的裂缝；后壁以后路基及坡体均稳定。

⑦滑坡前缘及河沟:滑坡前缘为平缓河谷马水河，河流宽50m左右，暴雨季节水量陡增。。

3.2 滑坡形成过程

(1)蠕滑弱变形阶段：2020年夏季节进入罕见连续暴雨，原本道路内侧失修的水沟渗漏严重且过水断面不足，在连续降雨情况下注浆软化表层土体并导致碎石土层间软弱带软化，导致路面开裂，水沟进一步开裂，形成蠕变破坏。

(2)拉裂强变形阶段：2020年10月上旬，秋季降雨导致第二次地裂缝发育，缝宽扩大至10~15cm，且外侧半幅道路最终拉裂滑塌中断交通。随即启动应急抢险预案，向各级政府和社会通报灾情，开展滑坡应急抢险勘查设计工作。

4 、滑坡成因机理分析

4.1 滑坡形成主要影响因素

本次已滑滑坡可以认为是一个整体，其工程地质环境相同，现在已发生滑坡地段是由于今年夏季至今恩施地区进入季节性降雨，且恩施大部分地区遇到历史罕见暴雨，导致地表水陡增导致岸坡不稳形成滑移、垮塌。滑坡失稳后，已经形成“撮箕”状大裂缝及滑坡壁，如果不及时抢修治理，将对内侧半幅道路有较大影响；二是已经滑动的坡体可能在下次暴雨季节的影响下产生二次滑坡和垮塌，三是已经垮塌、滑移的道路严重威胁内侧半幅道路的安全通行。

影响滑坡产生的因素包括滑坡的内因和外在两个方面，它们是相互联系，相互补充的。滑坡的形成是由各种因素综合确定的，本次产生滑坡的主要因素如下：

①地形地貌因素：场区的地貌单元属侵蚀、剥蚀中低山，该场地位马水河岸坡西侧，从微地貌单元看处于单面斜坡地带，坡面地形呈上陡中部缓底部平河谷，坡向135°，坡脚自然坡度约20°～40°左右，局部陡坎发育，上方坡体自然坡度40°～60°，植被发育，旱地相间；河流导致其地貌形成缓斜坡，坡脚河流将会长期冲刷、切割河岸岸坡，加之该河岸岸坡均为进行岸坡加固治理，其自身稳定性欠佳。

②地层岩性因素：滑坡区上部第四系崩坡积碎块石土夹粉质黏土层覆盖，其下为志留系泥质粉砂岩夹页岩，表层为相对松散软弱土层，且相对较厚，在地表水冲刷、下渗作用下最终导致岸坡开裂、下沉及滑移、垮塌。

该岸坡在继续地表水等人类工程活动的影响下，易发生再次大的滑移变形，极易导致现状道路完全中断。

③水文地质因素：滑坡区地形单面斜坡，紧靠马水河，暴雨的影响大，地表水一直沿裂隙渗入地下，对岩土层稳定性产生长时间的不利影响，主要表现以下四个方面：

a)雨水沿竖向节理裂隙渗入张开的岩土层间裂隙，削弱层间抗剪强度，导致岩土体顺层滑移并不断牵引上方岩土层依次向下滑移；

b)暴雨形成的径流直接冲刷坡面，并切割坡脚，并渗入了软弱面，水量较大，破坏了坡体稳定性；

c)裂隙中的地下水产生的水压力，降低岩土体的抗剪强度；同时地下水的运动形成的水压，增加了岩土体沿渗流方向的下滑力。

综上所述，已经滑坡的岸坡为典型的蠕滑-拉裂的破坏模式，为典型的岸坡不稳而牵引上方路基的破坏情况，属于小型浅层土质滑坡。

4.2 滑坡稳定性计算分析

滑坡稳定性计算首先确定滑带土抗剪参数，选定本段进行滑面力学参数反分析。主滑剖面反分析滑坡稳定系数取为1.0-0.99，按暴雨工况，计算方法采用折线滑动面的不平衡推力法，得出稳定系数对内摩擦角更为敏感，内摩擦角φ为26.0°~27.0°。综合考虑滑坡体性质（成分及厚度）、同类工程经验类比与反演分析成果，确定本滑坡原状滑带土的抗剪参数为：C=8.6kPa，φ=26.5°，扰动后的抗剪参数有一定程度折减，参与滑坡稳定性计算的岩土层参数取值如表：

计算工况为自重+暴雨状态，分未支挡和支挡后两种情况。

根据以上计算结果，路堑边坡发生大滑移后的滑坡残余体处于暂时极限稳定状态，稳定性系数偏低，随着人类工程活动和暴雨作用下，现状滑坡极可能发生第二次失稳滑移。再者，滑坡后壁近3m高，较高的临空面，根据类似工程经验，滑动可能继续扩大，局部稳定性也不满足安全要求，因而有必要进行专项治理施工。在经过支挡加固后，滑坡稳定性系数有明显提高，整体稳定有相应保证，治理方案如下。

4.3 滑坡演化机理讨论

夏季，滑坡区季节性强降雨，导致地表水强烈入渗坡体，碎块石土孔隙率大，地下水软化岩土层及层间软弱带，最终上部岩土体在重力及水作用下顺着软弱带产生了蠕滑和拉裂滑移。其次老路内侧排水沟年久失修导致地表水入渗，造成阻滑能力降低；同时坡脚为河谷，在季节性暴雨时不断冲刷切脚导致前缘失去抵抗不断牵引上方边坡蠕变至滑移。

5 、滑坡地质灾害治理方案

5.1 滑坡治理具体方案布置

1、路基中线附近钢管桩临时支挡内侧半幅路基一保通；

2前缘坡脚设置护岸抗滑挡固脚；

2、护岸抗滑挡墙墙背回片块石及坡面按1:1.5坡率整形后进行植绿恢复；

3、开挖外侧半幅道路采用浆砌片石形成临时平台，采用矩阵式钢管桩及其地梁加固支挡；

4、钢管桩地梁顶部分段浇筑梁上挡墙并同时进行墙后的碎石回填恢复路基；

7、拆除道路内侧路肩，修复路肩及边沟。

9、两端微变形段采用双排钢管桩地梁加固既有路基

10、微型钢管桩4x4根和3x4根矩阵布置形成钢管群桩，单根间距1.0x1.0m，群间中心间距5.0m，钢管桩靠外侧两排长20.0m，内侧两排长18.0m，桩顶部浇筑C30钢筋砼承台，承台尺寸8.5x3.8x1.0m。钢管桩孔径200mm且内压力注入M30水泥砂浆，孔内植入钢管及钢筋。

5.2 滑坡治理方案实施效果

该滑坡治理工程勘查设计工作完成后，于2021年3月正式施工，2021年7月陆续完成前缘抗滑挡墙、截水沟、矩阵式钢管桩坡面修复的施工。该治理方案的实施，取得了良好的效果。

6、 结论

鄂西南山区公路路基常位于山体斜坡堆积层内，在地形地质复杂条件下，雨季常发生堆积层土质滑坡，经济损失较大，社会影响强烈。通过对建始境G209国道K2255+480～K2255+525段公路滑坡详细勘查，总结变形失稳影响因素和机理，提供科学的处治方案，取得了以下初步结论：

(1)建始境G209国道K2255+480～K2255+525段公路滑坡地质灾害为典型的蠕滑-拉裂模式，滑坡体物质组成为碎块石土、粉质粘土等，总体属于小型堆积层土质滑坡，为山区陡斜坡路基较常见地灾情况。

(2)滑坡失稳含内在和外在两方面影响因素，包括岩土体结构、人类工程活动、降雨等，工程活动是直接因素，降雨是重要促发因素。

(3)本公路蠕滑-拉裂-滑移形成过程分为3个阶段，即蠕滑→拉裂→滑移，具有渐进变形特征，灾情随着时间和空间展布动态变化。

(4)总体治理方案采用矩阵式微型钢管桩挡墙+抗滑挡墙为整体稳定性控制措施，修复新建截排水沟为重要辅助措施，目前治理效果良好。

（5）本案例为本人在公路养护管理工作中亲身经历的案例，通过目前的处治之后，该路段边坡、路基稳定，由此可见，类似方案可在湖北省恩施州山区公路边坡、路基滑坡中借鉴使用。

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