高边坡滑坡的分析与防治

福　　建　　建　　筑

FujianArchitecture&ConstructionNo7・2009

Vol・133

高边坡滑坡的分析与防治

王道炀

(福建省闽南地质大队　漳州　363000)

摘　要:高速公路高边坡,常因施工改变了场地岩土工程条件,导致开挖边坡常发生滑坡现象,需采用加固补强措施。文章结合某

高速公路工程项目高边坡滑移,所进行的施工勘察、加固治理过程。根据勘察资料和施工监理,对该边坡产生滑坡的岩土工程条件和稳定性进行了分析,提出了防治措施。关键词:高边坡滑坡　岩土工程条件　稳定性分析　滑坡防治中图分类号:P2.2　　　　　　文献标识码:A　　　　　　文章编号:1004-6135(2009)07-0060-03

Stabilityanalysisoflandslideofhighslopeanditspreventionmethod

WangDao-yang

(FujianMinnanGeologicalUnit　zhangzhou　363000)

Abstract:Frequently,duetoconstruction,landslideusuallyoccurredbychangingthegeotechnicalengineeringconditionofhighslopeof

expressway,anditisnecessarytotakesometreatmentmeasures1Withexampleofhighslopeslipinacertainexpresswayengineeringpro2ject,analysisofslopestabilityandgeotechnicalengineeringconditionthatcauseslandslideismade,andtreatmentmeasuresareputfor2wardinthispaper,basedondataofconstructioninvestigationandsupervision1Keywords:Landslideofhighslope　Geotechnicalengineeringcondition　Stabilityanalysis　Landslidetreatment

　　一、工程概况

某高速公路边坡路段路基呈台阶状,设计标高:左侧约44410～44710m、右侧44610～44910m,路基总宽度27m。边坡体主要由第四系残坡积(Qel+dl)粘性土及三叠系中统(T2b)泥岩、砂岩全风化层及强风化层组成,岩层风化强烈、裂隙发育。原设计边坡采用多级台阶式放坡开挖,其中左侧边坡按二级放坡,边坡坡率为1∶1;右侧按四级放坡,一、二级边坡坡率为1∶1,三、四级边坡坡率为1∶1125。边坡碎落台及平台宽均为115m,边坡底部坡面采用浆砌片石护面,中上部采用挂网喷射细石混凝土护面。

该边坡于2003年12月开挖完毕,在施工完砼预制块截水沟及浆砌石骨架护坡后,右侧边坡K166+880～K167+020段坡顶出现纵、横向张拉裂缝,坡脚处出现滑移痕迹。

2004年1月,右侧边坡K166+880～K167+020段裂缝延伸至山体前进方向K167+080;同时山体左侧边坡K166+900～K167+100段坡顶开始出现许多纵、横向张拉裂缝,坡脚也出现滑移痕迹。

2004年3月,右侧边坡K166+880～K167+080段边坡开挖至第四级边坡顶20m平台时,发现平台处靠近路基侧9m范围内还存在纵、横向裂缝。

2004年7月,随季节性雨水的增多,虽K166+880～K167+100右侧边坡第三级及其以上边坡拱形骨架、急流槽和平台水沟等施工已完毕,但由于雨水的冲刷及渗透等因素综合作

用,K166+920～K167+040段左右一、二边坡内坡体岩土体潮湿,岩土体强度降低,造成新的滑移,出现新的裂缝。

具体为左侧边坡坡顶垂直滑动错位高差约115～210m;中间路床被滑动推移隆起达015～1150m;右侧第二级平台局部裂缝距坡口约7m,坡体开裂错位约115m,坡脚处水平滑移最大达2m。

为了确保高边坡的稳定,对该边坡滑坡地段进行工程地质勘察。勘探点按网格状沿一、二级边坡滑动地段均匀布设,共布置14个钻孔,孔距1115～70m。

二、岩土工程条件

11地形地貌

该高边坡区属低山地貌,因受长期风化剥蚀作用,呈上、下陡中间较缓地形,地面高程约在460～530m之间,相对高差约70m,山坡倾向南22°西,坡角约为10～35°,地表植被一般发育。边坡路段位于低山的南侧坡腰,原地形坡度不大,经路基施工开挖后,形成左侧边坡高约12m(为二级边坡,台阶式),右侧边坡高约90m(为九级边坡,台阶式)。滑坡路段位于两侧边坡的坡脚一、二级边坡,钻孔高程472133～443135m。

路段内滑坡呈大致对称分布,左侧坡体范围约为200×2

15m,滑坡体厚约4～5m,属中型滑坡,主滑方向为北东向,方

2

位角约为22°;右侧坡体范围约为200×39m,滑坡体厚约8～11m,属大型滑坡,主滑方向为南西向,方位角约为202°。滑坡迹象明显,发育有滑坡壁、滑坡鼓丘和拉张裂缝等,周界呈椅状,中间滑动位移和深度较大,滑坡壁高1100～2100m,滑坡主裂缝宽约0120～0150m,深0150～3100m。滑坡上部的裂缝主要为拉张裂缝,呈弧形与滑坡壁方向大致平行。局部还发育有少量剪切裂缝和鼓张裂缝。

21地层岩性⑴覆盖层:滑坡路段地层主要为第四系残积层和三叠系中

作者简介:王道炀,男,1953年1月出生,水文地质与工程地

质专业,工程师职称,从事水文地质工程地质工作。

收稿日期:2009-05-17

2009年7期总第133期王道炀・高边坡滑坡的分析与防治・　61・

统砂岩、粉砂质泥岩组成。

覆盖层为第四系残积粘性土(Qel):分布ZK3和ZK8～ZK10钻孔一带,粘土为主,局部为亚粘土,淡黄～棕红色,硬塑～坚硬状态,干强度中等～高,韧性中等～高,含5%～10泥、砂岩风化碎石。层厚1150～6100m,层底标高470123～445173m。标准贯入试验(表1),锤击数平均值N=1017击。原状土样,孔隙比平均值e=01922,液性指数平均值IL=

-1

01113,压缩系数平均值α1-2=01242MPa,压缩模量平均值ES

=8MPa,自由膨胀率平均值FS=43%,膨胀率ep50=0105,收缩

(JTJ013-95)条文说系数CsL=0133,由《公路路基设计规范》

明第6171111条计算,胀缩总率eps=1198〔eps=ep50+CSL(ω

ωP,K按湿润区地形坡度>8°-ωm),ωm=K取值0185〕,综合

确定该层容许承载力﹝σ0﹞=230kPa,具弱胀缩性。取容重γ

3

=18169kN/m,粘聚力C=36kPa,内摩擦角φ=14°,砼与粘性土的摩擦系数f=0125。土、石工程分级属为Ⅱ级普通土类。

⑵风化层:滑坡路段基岩为三叠系中统百逢组沉积岩(T2b),岩性为粉砂质泥岩及砂岩,淡黄、黄褐、粉红色,含泥质较高,按岩石风化程度划分为强、弱风化两层:

①强风化层:粉红、褐红、黄褐色,岩石风化强烈,风化程度不均匀,大部分已被风化呈碎块、碎石土状,局部为粘性土混碎石状,风化岩石碎石质软,多数手可折断、捻碎。层厚2190～17180m,层底标高458133～433120m。标准贯入试验,平均锤击数N=1514击(见表2),综合确定该层容许承载力﹝σ0﹞3

=350kPa。取容重γ=22kN/m,滑动体地段粘聚力C=8kPa,内摩擦角φ=17°;其余地段粘聚力C=13kPa,内摩擦角φ=

25°,砼与的摩擦系数f=0135。路基土、石工程分级属为Ⅲ级硬土类。

②弱风化层:黄褐色、淡黄色,薄～中厚层状构造,泥质～细砂质结构,岩石成分不均匀,粉砂质泥岩与砂岩呈互层状,裂隙较发育、较破碎,裂隙面有铁锰质渲染及泥质充填。天然单

j

轴抗压强度平均值Ra=16127MPa,饱和单轴抗压强度平均值Ra=12173MPa,软化系数为0144～0174,小于0175,为易软化岩石,以极软～软质岩为主,按极软～软质岩呈碎块状的特征

(JTJ024-85)表21112-7查《公路桥涵地基与基础设计规范》

得该层容许承载力﹝σ0﹞=1000kPa。结合钻探情况,综合确

j

有密切的关系。该路段边坡产生滑移的原因主要有以下三个方面。

(1)地质构造及岩性:滑坡段左侧边坡岩层产状40°∠30°,边坡倾向22°,岩层倾向与斜坡倾向基本一致,边坡坡角约为27°,属顺向边坡;右侧边坡岩层有一组节理产状为250°～260°∠25°～40°,边坡倾向202°,岩体节理倾向与边坡倾向基本一致,边坡坡角约为3317°,亦属顺向边坡。且边坡体主要由强风化粉砂质泥岩、砂岩等软质岩石构成,受风化作用影响,岩石节理(裂隙)局部贯通,使边坡岩土体易沿地层岩面发生滑动。

(2)开挖卸载:路基开挖改变了原有地形和原始应力状态,形成了人工高边坡和临空面,为边坡岩土体的侧向变形提供了空间,且该段边坡体受上述构造、岩性、产状和力学强度等因素的影响,边坡岩体抵抗变形能力显著降低。随着边坡开挖高度增大,边坡临空面侧向变形也逐渐加大,以及开挖卸载改变了地层中的原始应力状态等因素,最终导致边坡产生滑动。

(3)水的作用:滑坡坡体主要由强风化粉砂质泥岩、砂岩组成,岩体风化强烈,多数已呈碎石土或粘性土混碎石状,孔隙度较大,渗透能力强。遇到雨季时,地表水下渗,一方面增加边坡岩(土)体的重度,另一方面降低岩(土)体抗剪强度。当地表水渗入到相对弱透水层(粉砂质泥岩),使得接触带的粉砂质泥岩含水量增大,形成软弱面,当上部岩(土)体荷重随含水量的增大而增加到一定程度而界面处粉砂质泥岩的抗剪强度减小到不能抵御上部岩(土)层下推力的作用时,边坡岩(土)体在自重作用下,沿软弱界面产生滑动,形成滑坡。

综上所述,本工程滑坡的主体属牵引式的顺层滑坡,主要由边坡坡脚开挖卸载而致使上部岩(土)体失去支撑产生滑移。

四、滑坡稳定性分析与验算

根据勘察资料及地质调查结果分析,左侧边坡滑坡体的主滑方向为北东向,方位角约为22°,坡面角度约为13°,滑动面位于强风化岩层中部,坡面至滑动面最大垂向距离约为4100～5100m;左侧边坡滑坡体的主滑方向为南西向,方位角约为202°,坡面角度约为3317°,滑动面位于强风化岩层中部,坡面至滑动面最大垂向距离约为8100～11100m;采用折线滑动法以K166+975横剖面对滑坡进行稳定性验算,滑动面为折线形,将左侧滑坡岩(土)体划分成3块,右侧滑坡岩(土)体划分成4块,滑坡体主体为三叠系强风化岩层,取γ=22kN/m3,滑动带岩(土)体的粘聚力C=8kPa,内摩擦角φ=17°,按《工程

(第三版)第六篇第二章式6-2-30分别进行计地质手册》

算:

n-1i=1定该层容许承载力﹝σ0﹞=800kPa。取容重γ=2315kN/m3,粘聚力C=25kPa,内摩擦角φ=3015°,砼与弱风化岩层的摩擦系数f=0145。路基土、石工程分级属为Ⅳ级软石类

31地下水特征

经钻探揭露,勘察区地下水属上层滞水,赋存于残积土层及强风化岩层裂隙中,主要由大气降水补给,水位、水量随季节变化,无统一水头,水文地质条件较简单。

41地质构造及地震

滑坡路段未有活动性断裂构造存在,岩层呈单斜构造,产

(5条/m)、状为40°∠30°,节理产状分别为160°∠80°170°

(3条/m)、(3条/m)、(7条/m)、∠75°120°∠70°145°∠86°

(6条/m)、(/m)、(4条/150°∠82°190°∠75°220°∠30°

(3条/m)及260°(4条/m)等。频数为3m)、250°∠40°∠25°

-/m,分布不规则,多数呈微张状,隙宽1～3mm,多被泥质充填。

抗震设防烈度为6度,设计基本地震加速度值为0105g。

K=n-1

i=1

ψj)+RN∑(Ri∏ψj)+TN∑(Ti∏

j=1j=1n-1

n-1

计算参数详见下表:

表1　左侧滑坡体力学指标

项目

分块号(i)123

Wi(kN/m)225.726.80.98

ψi0.6860.765/

Ti(kN/m)167.74178.28-15.62

Ni(kN/m)151.04621.4388.61

Ri(kN/m)46.18268.0057.57

三、滑坡产生机理及成因类型

滑坡产生的机理与边坡开挖坡度、岩层产状、岩(土)体性状、结构构造特征及其他外部环境(地表水的冲刷与入渗)等

　　计算结果:总抗滑力R=2291kN/m,总下滑力T=

1931009kN/m,稳定性系数K=1.19。

2009年7期总第133期王道炀・高边坡滑坡的分析与防治・　62・

表2　右侧滑坡体力学指标

项目

分块号(i)1234

Wi(kN/m)421.743191.11973.84407.44

ψi0.10.8770.874/

Ti(kN/m)372.371438.80369.86-39.05

Ni(kN/m)197.992848.331938.87405.56

Ri(kN/m)60.531018.34733.25237.19

　　计算结果:总抗滑力R=1208172kN/m,总下滑力T=

1190119kN/m,稳定性系数K=1102。

上述计算结果表明,边坡滑坡段左侧稳定性系数K=1119、右侧稳定性系数K=1102,边坡目前处于滑动后的暂时稳定状态,但稳定性系数较小,不能满足规范规定一级边坡稳定安全系数大于1135要求(边坡稳定系数取值见《建筑边坡

(GB50330─2002)表51311),且通过现场钻工程技术规范》

探及野外地质调查,滑动带的岩(土)体结构松散,强度较低。如遇降雨天气时,地表水会沿着滑坡裂缝渗入滑坡体,将引发滑坡体的继续滑动。因此,该路段滑坡是不稳定的,应及时采取措施进行治理。

设计修改为:对边坡坡面采用浆砌片石或挂钢丝网喷混凝土进行防护,每级平台增设截、排水沟和急流槽,开挖坡面上布置系统的梅花型排水孔,以防止地表水渗入坡体及避免坡面受雨水冲刷产生新的滑坡。

2、针对边坡一、二级坡体已产生滑动,且位于边坡坡脚处,对边坡整体稳定及高速公路的安全运行至关重要。

设计修改为:①路基左、右两侧坡脚采用抗滑桩进行加固,并采用现浇钢筋混凝土地梁将两侧抗滑桩连接为一整体,加强坡脚稳定性;②对受滑动影响的路基一～三级边坡采用预应力锚索加固坡腰,锚索外锚头采用现浇钢筋混凝土地梁连接,并在已滑动的岩土体内进行注浆处理,避免滑坡的进一步扩张,以确保顶部边坡的稳定。

3、该边坡按变更设计进行治理后,经监测坡面、地表均没有发现新裂缝,监测点没发生位移,边坡处于稳定状态。

七、结束语

目前我国高速公路的大规模建设,经过山岭重丘区的高速公路随之增多,高边坡防护、滑坡整治工程等大量出现,在工程建设中应引起重视。

1、从环境保护的角度出发,公路填挖边坡均应进行防护,只是防护力度不同。一般低矮边坡能够保持自身稳定,仅需植草防护,以防止雨水冲刷;稍高一点的边坡在一般情况下也能够保持自身稳定,但是有可能局部失稳,则采用衬砌拱、浆砌网格植草以及护面墙等形式防护;当边坡高达两级(16m)以上,减缓坡度困难且可能整体失稳时,必须采用特殊措施加强防护。对于填方地段的高边坡,一般以圬工类挡土墙为主,如重力式浆砌片石挡土墙、护壁式钢筋混凝土挡土墙、锚定板挡土墙等等。对于挖方地段的高边坡,挡土墙形式则一般以对岩土体内部加固方式为主,如锚杆挡土墙,预应力锚杆挡土墙,预应力锚索挡土墙或采用锚杆、锚索与钢筋混凝土表面结构相结合的方式。

2、对于高边坡防护设计,关键是边坡的稳定验算以及计算作用在挡土墙之上的土压力。边坡失稳的形式是多种多样的,必须结合地形、岩土工程地质条件分别对待,如岩质边坡一般以崩塌为主,成层软岩一般以顺层滑动为主,土质边坡以沿剪切破坏面整体滑动为主,另外还与软弱结构层以及地下水活动等状况关系密切。作用在挡土墙上土压力荷载大小与分布形式不仅与地形、岩土工程地质条件关系密切,而且与挡土墙的结构性状、结构刚度也关系密切。一般刚型结构挡土墙的土压力近似按直线分布,随着结构刚度减小,分布形式逐渐变得复杂,如果挡土墙上还设置有预应力锚杆锚索等,则还应考虑岩土体对结构的弹性抗力作用。

3、应对高边坡地带勘察工作给予足够的重视,应进行专门的勘察工作,重点查明其工程地质、水文地质条件,必要时应进行施工阶段勘察工作,为边坡治理设计提供可靠的依据。在勘察阶段如果发现或易发生较大滑坡的区域,设计则应主要以绕避为主。要预先设计主动防护加固措施,做到边施工、边防护加固;应避免因加固措施不当,导致施工过程中或营运后发生滑坡现象,影响工程的正常使用。

4、在进行滑坡治理时,为了加强治理效果,可以采用综合治理措施。如当下滑力较大时,可以将抗滑桩与抗滑锚索结合使用,或将抗滑明洞与抗滑注浆等结合使用等;在地形条件容许时,还可以结合上部减载或下部加载等形式进行综合治理。

五、滑坡推力计算

滑坡推力计算是评价和判定滑坡稳定性以及进行抗滑设

(第三版)第六篇第二章式6计的依据。根据《工程地质手册》

-2-40,分别对左、右侧边坡滑坡段的下滑推力进行计算如下:

αi+ψEi-1-Wicosαitgφi-ciliEi=KWisin

式中K为滑坡推力安全系数,这里取K=1125,ψ为传递系数,其值为:

ψ=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tgφi式中参数选用与滑坡稳定性计算采用参数一致,计算结果

如下表3～4:

表3　左侧滑坡推力计算成果表

项目

各土块(i)

①②

滑坡推力Ei

(kN/m)16315067100

表4　右侧滑坡推力计算成果表

项目

各土块(i)

①②③

滑坡推力Ei

(kN/m)40419310391720191

　　六、滑坡趋势的预测及设计防治措施

本工程边坡的滑动主要为牵引式的风化岩(土)滑坡,由

于边坡坡脚路基开挖卸荷,改变了场地岩土工程条件和初始应力状态,边坡岩土体在自重及外力(水)作用下产生滑动。经验算分析,滑坡稳定性系数为1102～1119,小于规范要求的稳定安全系数1135,说明滑坡有继续滑动的可能,且该路段边坡最大坡高为90多米,滑坡地段位于边坡的坡脚处,边坡稳定直接关系到高速公路的安全运行。因此,采用了以下防治措施进行综合治理:

1、针对路段内边坡体主要由强风化泥、砂岩组成,岩石风化强烈,质地较软,裂隙发育,且岩石含较多泥质,抗风化能力低,遇水易软化,在雨水冲刷作用下,易产生塌方及滑坡。