温广军1， 程 伟2， 韩治勇3
(1.安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司，安徽 合肥 230088；2.安徽高速地产集团 阜阳开发有限公司，安徽 阜阳 236000；3.合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009)
摘 要：滑坡是山区高速公路常见的地质灾害，对其进行处治是高速公路建设的迫切需求，基于云南省麻昭高速公路为背景，对岩堆边坡进行风险评价，并结合典型实例对滑坡工程进行治理分析，通过方案比选、参数选择和推理计算，结果表明滑坡在三种工况作用下均表现为后级滑推力大于前级滑推力，高速公路施工阶段实行路堑高边坡风险评估，是保证复杂地质条件下工程建设安全的重要举措，分析结果可为类似高速公路工程提供参考。
关键词：高速公路；岩堆体；滑坡；评估
随着西部山区高速公路建设的快速发展，岩堆体高速公路施工过程中存在大量的陡峻边坡，山区地质条件复杂，不可避免地造成了多种类型的滑坡破坏问题，因此山区高速公路岩堆滑坡处治成为高速公路建设的难题[1]。
吴火珍等[2]对降雨条件下堆积层滑坡体滑动机制进行了分析，揭示了滑动机制及原因。许强等[3-4]根据斜坡变形-时间曲线特征将滑坡分为稳定型、渐变型、突发型，并从细观力学的角度认为斜坡产生宏观变形破坏行为的主要原因是岩土体细观尺度颗粒的“流动”和“微破裂”。总结并提出了斜坡变形时间演化的三阶段规律和斜坡裂缝空间演化的分期配套特性。叶袁坤[5]运用有限差分程序软件对岩堆边坡的永久位移的影响因素进行了详细的分析，并结合工程实际对宜巴高速三里花岩堆边坡的永久位移进行了数值模拟计算。薛亚东等[6]通过坡面角度、坡面形状和坡体厚度等研究岩堆的外部结构, 通过土石混合比和块石尺度分布研究岩堆的内部结构，为建立岩堆体力学参数与结构特征的定量关系奠定了基础。孙军杰等[7]基于莫尔-库仑破坏准则，通过引入地震动惯性力和地下水位系数，推导了地震与降雨耦合作用下的滑坡安全系数计算公式。熊冰[8]从岩堆体形态、物质组成及物理力学性质，以及地下水等影响因素入手对岩堆体路基工程的稳定以及工程措施进行了分析。刘忠强等[9]基于模糊数学的基本原理, 建立了岩堆边坡危险性的模糊综合评价体系并给出了针对性的治理措施。袁海平等[10] 运用数值模拟的方法研究了深厚岩堆拉锚抗滑桩路堑边坡在自然、强降雨和地震状态下的稳定性，对比分析了岩堆体在自然状态、地震状态与强降雨条件下岩堆体边坡变形破坏特征。李新平等[11]在分析溪沟口滑坡工程地质概况及形成机理的基础上，采用抗滑桩结合地表排水对滑坡进行治理，收到了较好的治理效果。笔者[12]对麻昭高速第一合同段岩堆路段综合勘察，通过定性和定量分析研究岩堆体上桥梁建设稳定性问题。文谦[13]通过对云南溪洛渡水电站专用路公路典型边坡段岩堆体边坡稳定性分析，建立了三维空间数值模型和二维数值模型，并对二者进行了比较分析，给出了边坡稳定性的评价。
云南省山区麻昭高速公路沿线岩堆滑坡频发，从麻昭二级路、水麻高速及渝昆铁路等项目区已建成工程类比调查分析，岩堆滑坡是本项目主要地质灾害。岩堆由于形成时代、物质成分结构、水文地质条件、基岩面形态和地形地貌等条件不同，工程地质性质条件具有极大的变异性及不均匀性，大部分在天然状态下处于极限平衡稳定状态或欠稳定状态。路线从堆积体前沿通过，特别是以路堑形式开挖坡脚，使堆积体失去坡脚支撑，诱发坡面滑塌，向山上牵引直到陡崖，往往形成高上百米的堆积体滑坡，对公路工程建设不利。本文以云南省山区麻昭高速公路工程为背景，通过对岩堆体滑坡处置的实际工程案例，分析滑坡体产生的原因并提出合理的治理方案，最终对此类滑坡体进行综合分析，提出了几点建议，以期对后期此类相似地质的岩堆体高速公路项目提供一些经验借鉴。
在岩堆边坡风险评价中，由于山区高速公路的线路一般较长，且公路沿线的岩堆边坡状况复杂，受灾体类型也很繁杂，所以不能逐一地评价各个受灾体的易损性，只能将其划分为不同类型，进而进行评价。以麻昭路为例，全线岩堆体滑坡灾害主要有五处，岩堆体引发的工程灾害类型岩堆体失稳一般变形迅速，极易坍塌，经分析可知本项目工程中的灾害主要表现在以下几个方面：
(1) 边坡失稳。路基开挖到岩堆体的坡脚，形成应力集中造成边坡失稳;降雨后地表水下渗会在岩堆体中形成软弱带，在岩堆体加载或受扰动时，会造成边坡滑移失稳。
(2) 路基不均匀沉降。路线通过岩堆体时，压实加载会引起工程滑坡，或岩堆体用作路基填料时，后期岩堆体不均匀沉降甚至失稳,破坏路面。
(3) 隧道失稳。隧道洞口边坡开挖等会造成岩堆体局部失稳或整体失稳。
(4) 对桥梁的损害。岩堆体失稳对桥梁的动力作用或撞击损害，桥梁基础穿过岩堆体时，其不均匀沉降对桥梁产生影响。
2.1 滑坡概况及特征
2014年3月降雨期间，A、C和D匝道边坡开挖过程中其内侧山坡发生滑动变形，并不断向后部牵引，致使山坡后部缓坡地带出现多条拉张裂缝，裂缝宽约1～5 cm，并不断向两侧延伸发展，局部裂缝下错明显，后缘裂缝逐步贯通。
该滑坡分前后两级，后级滑坡宽约130 m，长85 m(不含前级)，滑体厚度9.6～13.7 m，滑坡体积约为13×104 m3；前级滑坡宽约250 m，长170 m，滑坡厚度20.2～28.2 m，滑坡体积约为102×104 m3，前后级滑坡滑体总体积115×104 m3，属大型滑坡。后级滑坡仅有一层浅层滑面，滑体厚度9.6～13.7 m，主滑段滑动面倾角21°～22°，该层滑面主要依附于堆积层中的软弱层，表现为紫红色、灰黄色、灰褐色的含水量高的黏土、含角砾黏土，呈软塑状。前级滑体有两层滑面，浅层滑带埋深9.5～13.5 m，主滑段滑动面倾角21°，深层滑带埋深20.2～28.2 m，主滑段滑动面倾角21°，浅层及深层滑带主要依附于坡体中含水量高的含角砾黏土软弱带，呈软塑状，其中深层位于基岩顶面附近。
2.2 滑坡区域工程地质条件
滑坡区属于中山地貌，该处具老滑坡地貌特征，测区内高程765～850 m，坡度20°～25°，中前部自然坡度0°～5°，大关互通立交主体位于大关河左岸一缓坡平台处，两侧均发育有冲沟。表层为第四系坡残积物，下层为志留系下统龙马溪组泥灰岩。滑坡区无大型地质构造发育，出露基岩为志留系下统龙马溪组，岩性主要为泥灰岩夹灰岩，产状NE2～6°/NW6～10°，发育两组节理：J1：NE20～59°/SE80～86°，J2：NW58～78°/NE60～75°。区内新构造运动强烈，近代地震活动强烈，据中国地震台网测定，区内最近一次5级以上地震发生于2014年4月5日6时40分，在昭通市永善县(北纬28.1，东经103.6)发生5.3级地震，震源深度约13 km。滑坡区区域地质稳定，未见不良地质构造通过，主要受到新构造运动影响。
滑坡区域属北亚热带季风气候，年平均降水量991.3 mm，降雨多集中在每年的6～9月份，暴雨和绵雨均常出现。滑坡区内陆表水较发育，沿冲沟汇入河沟，为当地居民生活用水和农田灌溉用水的主要来源，在滑坡体后缘可见局部积水潭。区内陆下水类型为松散堆积层孔隙水和基岩裂隙水。松散堆积层孔隙水赋存于坡洪积层、坡残积等块碎石土体中，受大气降雨及其他地表水体的垂直补给，以泉水的形式向低洼处排泄，含水性以坡洪积层最富，坡残积层次之，水位随气候、季节等的变化而变化，滑坡区开挖边坡坡脚处可见渗水点。基岩裂隙水赋存于泥灰岩、灰岩的节理裂隙中，主要靠大气降水及地表水下渗补给，以沿裂隙渗流形式或受地形切割排出地表，泥灰岩节理裂隙较发育，多呈闭合状，连通性差，赋水条件差。
2.3 滑坡变形原因及稳定性分析
(1) 特殊的岩土性质是滑坡发育的基础；滑坡为堆积层滑坡，物质为碎块石土，含大量的软弱夹层，呈软塑状，岩土的力学性差，为滑坡滑带的主要组成成分。
(2) 滑坡区大气降雨和较丰富的地下水为地质灾害的发生提供了极为有利的自然条件，是滑坡产生滑动变形的主要自然因素。
(3) 人工开挖形成高达15 m路堑边坡，受重力作用，在暴雨及地震等不利因素作用下，坡体稳定性逐步降低，最终发生滑动变形。
滑坡治理前处于蠕动变形阶段，自然工况下处于基本稳定状态，稳定系数浅层1.07～1.1，深层1.1左右；暴雨工况下稳定性有所降低，处于欠稳定状态，浅层稳定系数1.01～1.03，深层1.02～1.05。边坡继续开挖稳定度将进一步降低。
2.4 滑坡治理方案设计
2.4.1 方案比选
(1) 反压及清方减载方案：坡脚即为大关互通的A、D匝道及主线，不具备反压空间；由于坡面较缓，且在坡体中-后部均出现裂缝带，清方开挖的面积、厚度均较大，且开挖后形成新的坡面防护问题需进一步解决。
(2) 支挡方案：设计试算过程中考虑单排桩支挡，但由于该滑坡滑体厚度大、滑面倾角陡，计算推力较大，现场调查及稳定性分析均显示其稳定性较低。综合考虑采用双排桩支挡+排水结合的形式。支挡位置原则上应设置在滑体较薄的抗滑段最为经济，本滑坡主要保护对象为大关互通，桩位宜置于靠近匝道处，因此前排桩设于A匝道左侧路肩处；后排桩位布置在刷方边坡坡脚及一级平台处，由于桩顶以上滑体较厚，存在越顶可能。因此综合考虑桩位设于刷方二级平台一线，两侧顺延。坡体滑动的一个主要诱因为降水影响，实施地表、地下排水措施是必要的：于滑体中部设置截排水沟，地下排水考虑前排桩坡脚设仰斜排水孔，以疏干滑带附近集水。鉴于工程实施紧迫性及以上方案考虑，采用推荐方案级双排桩+截排水措施展开施工图设计。
2.4.2 参数选择及推力计算
综合地勘稳定性评价结论，对控制滑坡的典型剖面的滑带土参数进行反算，并采用工程地质比拟法，综合确定剖面滑带土参数。推力计算考虑自然、暴雨及地震三种工况，安全系数分别取1.2、1.15及1.1，设计采用传递系数法计算各工况下最大滑推力，典型剖断面图和不同工况下计算滑坡推力计算结果分别如图1和表1所示。对浅层全断面推力计算结果显示在三种状态下后级深层推力均较前级大，在自然、暴雨及地震三种工况下，最大滑推力分别为2 390.25 kN/m、2 629.14 kN/m、2 480.09 kN/m。
图1 典型剖断面图
表1 不同工况下计算滑坡推力计算结果
工况滑体范围C/kPaΦ/(°)最大滑推力/(kN·m-1)自然工况前级后级101017.219.8778.342390.25暴雨工况前级后级101016.018.21019.832629.14地震工况前级后级1010808.162480.09
2.4.3 治理方案
(1) 后排抗滑桩工程。于刷方边坡二级平台一线设一排锚索抗滑桩，桩身截面2.8 m×3.8 m，桩长40～43 m，桩顶设两排四孔预应力锚索(10Φ s15.2 mm、1860级)，桩身采用C30混凝土现场浇筑，抗滑桩平面布置如图2所示。
图2 抗滑桩平面布置图
(2) 前排抗滑桩工程。于A匝道外侧、与D匝道之间设一排C30钢筋混凝土普通桩，桩身截面2.0 m×3.0 m，桩长24 m，桩外侧挂C25钢筋混凝土挡土板，桩身采用C30混凝土现场浇筑。
(3) 截排水沟工程。于前级滑坡后缘外5 m左右设截排水沟一道，截排水沟采用浆砌片石砌筑，小里程侧出口位于东北侧冲沟，大里程侧汇水引入公路侧沟。
(4) 仰斜排水孔工程。于前排桩间距离D匝道路面标高约0.3～0.5 m高设仰斜排水孔一排，孔间距6 m，排水孔走向SE62°，深度30 m，仰角5°，钻孔直径110 mm，内置直径100 mm排水软管，共计22孔。
(5) 其他工程。裂缝夯填：为防止雨水进一步入渗，对坡面范围所有裂缝采用黏土进行夯填。
(1) 因岩堆发育且稳定性差，工程场地不是特大桥，就是互通立交区或者隧道洞口段，工程安全等级高，非常重要。
(2) 天然岩堆体处于基本稳定状态，但其易受外界开挖扰动、堆载、降雨、地震等不良条件影响发生滑坡。
(3) 发生滑坡的原因也基本一致:内在条件是岩堆体结构复杂，工程地质特性差；外在因素主要是受降雨影响；主要诱发因素是人工开挖或者上部堆载引起的。
(4) 复杂环境地质条件下高速公路工程勘察设计工作量比简单条件下工作量成倍增加；需要设计人员付出更多。
(5) 岩堆滑坡处治技术难度大，该工程使用了锚索抗滑桩、锚索框架、微型桩、桩板墙、桩基托梁挡墙等岩土工程技术，施工难度特大。
(6) 麻昭高速公路地形复杂，建设场地条件有限，由于施工便道、施工驻地、场地等建设诱发岩堆滑坡后，可能影响到主线工程，这是在设计阶段难以把握预测的。
(7) 通过麻昭高速勘察设计工作，基本对大型岩堆的分布、工程地质特征、滑坡发生发展规律有一定的认识。
(8) 高速公路施工阶段实行路堑高边坡风险评估，是加强工程管理的需要，是保证复杂地质条件下工程建设安全和控制工程变更的重要举措。
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[13] 文 谦.高等级公路岩堆体边坡稳定性分析研究[D].上海:同济大学,2007.
收稿日期：2016-05-12
作者简介：温广军(1981-)，男，内蒙古赤峰人，硕士，安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司工程师．
中图分类号：U416.163；U418.55
文献标识码：A
文章编号：1673-5781(2016)03-0387-04
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