高速公路顺层边坡破坏模式分类及防治对策

2015-06-01易巍

铁道建筑 2015年8期

关键词：顺层滑面滑动

易巍

(广东平兴高速公路有限公司，广东梅州 514600)

高速公路顺层边坡破坏模式分类及防治对策

易巍

(广东平兴高速公路有限公司，广东梅州 514600)

顺层边坡滑坡是高速公路建设中最常遇到的边坡灾害类型。本文在总结平兴及其他高速公路顺层边坡典型工点滑坡灾害特点的基础上，将公路顺层边坡按其滑体组成物质及滑面形态分为完全平面式顺层破坏等9类模式，并对各类模式的破坏机理进行了分析。重点分析了高速公路顺层边坡最为常见的5种破坏模式的特点，提出相应处理对策，并给出各类滑坡防治参考图。

顺层边坡坡体结构破坏模式防治对策

顺层滑坡是指边坡滑动的主滑面依附于层面的滑坡，是公路工程中最易出现的滑坡类型之一。目前国内关于顺层滑坡的研究多数集中在单个地质灾害点的成因分析及治理上。以往研究表明顺层滑坡有以下特点:①顺层滑坡的形成与岩性、坡体结构关系密切。从岩性讲，多出现在层状岩体，尤其是软硬交互的沉积岩或由沉积岩变质形成的浅变质岩中;从构造上讲，多出现在构造作用比较轻微或不太强烈的背斜或者向斜翼部以及单斜构造地区。岩层倾角10°～30°者居多。②顺层滑坡周界严格受结构面控制。顺层岩石滑坡的滑面(带)均为先期存在于岩体中的层间错动面(带)，错动带一般较薄，厚以cm或mm计，多由鳞片状岩屑、岩粉和土状物组成，亦可是在软弱岩层中形成的密集劈理带。层状岩体尤其是薄层层状岩体中，常发育有多层层间错动带，但并非每一层都发展成了滑带。③顺层滑坡常有多层和多级滑动现象。

本文首先对高速公路顺层边坡进行分类，总结不同类型顺层边坡破坏机理。在此基础上，结合广东平兴及其他高速公路典型工点，对高速公路顺层边坡防治措施加以归纳提炼，并编制对应防治参考图。

1 顺层滑坡破坏模式分类及机理分析

滑坡可按滑体的组成物质，划分为岩质滑坡和土质滑坡两大类。按主滑面(带)特征，这两种滑坡可加以细分，详述如下。

1.1 岩质滑坡破坏模式

1)完全平面式顺层破坏模式。边坡层面倾角缓于边坡坡角时，由于边坡开挖切断了顺坡层面，沿层面可能发生完全平面式顺层破坏。其后缘拉裂缝往往是一组陡倾的构造裂面。这类滑坡在工程中出现较多，如图1(a)所示。

2)前缘剪出式顺层破坏模式。当软弱滑动面(多为泥化夹层)无明显剪出口时，由于软弱滑动面以上岩体的下滑力较大，可能在滑动体下缘较薄弱的部位剪出破坏，破裂面可能是一组缓倾顺坡节理或缓倾反坡节理，也可能在薄弱部位将软弱薄层剪断，形成前缘剪出式顺层破坏，如图1(b)所示。

3)溃屈式顺层破坏模式。高大顺坡层状边坡岩体的下部经过长期蠕变，岩层逐渐弯曲，在弯曲的部位岩层脱空、弯折、破裂，最后破裂面与顺层滑动面连通，产生溃屈式顺层滑动破坏。这类顺层滑坡多见于天然斜坡，在公路边坡工程中很少见，如图1(c)所示。

4)阶梯式顺层破坏模式。在沉积岩顺坡层状岩体结构中，当岩层倾角缓，而且软弱夹层较发育时，开挖边坡较陡，同时切割了几个软弱夹层，使边坡顺层岩体产生了沿多个软弱夹层的阶梯式顺层破坏。此类滑坡公路工程出现较少，如图1(d)所示。

5)楔形顺层破坏模式。在斜交顺层层状岩体结构中，岩层的层面与构造结构面相交，交线倾向临空面，岩层面、结构面、坡顶面和边坡面所切割成的楔形岩体沿交线向下滑动的模式就是楔形顺层破坏模式。此类滑坡在构造发育地区较易出现，如图1(e)所示。

6)缓倾平推式顺层破坏模式。在缓倾近水平层状边坡岩体中，岩层缓倾倾角通常在10°～15°，上部岩体常为厚层硬岩，下部为软岩，软硬岩之间常为不透水的软弱夹层。雨水易沿边坡中陡倾裂隙向下渗透，软化其软弱夹层(其饱水状态内摩擦角常在8°～12°)，产生缓倾平推式顺层破坏，如图1(f)所示。此类滑坡自然地层较缓，易被工程人员忽略。滑坡一旦发生，往往造成较大危害。

图1 岩质滑坡破坏模式示意

1.2 土质滑坡破坏模式

1)沿不同堆积面破坏模式。各种堆积结构面包括残积层与风化基岩界面，坡积层与崩积层的界面，冲洪积层内的沉积界面及残积层与坡积层、坡洪积层、坡崩积层的界面。如坡崩积层边坡常沿下部残积黏土发生滑动破坏，如图2(a)所示。

2)堆积土层沿基岩顶面破坏模式。在二元边坡岩体结构中，上部为坡残积、坡崩积和坡洪积等堆积层，下部为基岩，基岩向临空面倾斜，当开挖边坡切断堆积层时，常引起堆积层沿基岩顶面滑动破坏。此类滑坡在工程中较易发生，且多发生在基岩顶面隔水的情况下，如图2(b)所示。

3)沿老滑动面破坏模式。在老滑坡堆积区，由于公路修建时开挖老滑坡堆积体的坡脚，加上雨水渗入和地下水的长期作用，易引起老滑坡堆积体沿老滑动面产生滑动破坏。老滑坡复活是高速公路常见的滑坡类型，如图2(c)所示。

图2 土质滑坡破坏模式示意

2 顺层滑坡防治对策及设计参考图

前述9种顺层滑坡破坏模式中，完全平面式顺层破坏等5种破坏模式在广东高速公路中较为常见。其破坏特征、防治对策及设计参考图分述如下。

2.1 完全平面式顺层破坏模式

完全平面式顺层破坏模式的特征:①滑面多为软弱层面，且为隔水构造，地下水易在该层聚集;②滑面倾角缓于边坡坡率，存在向下的临空面;③坡体内一般存在多层滑面。这种破坏模式的防治对策如下述。

1)大刷方

边坡具备刷方条件(坡顶为反坡)且征地无限制的情况下，宜采用大刷方的处治措施。将边坡坡率刷缓至小于滑面倾角，此时边坡无沿层面滑动的剪出口，从而阻止了顺层滑坡发生。大刷方措施是完全平面式顺层破坏模式的根治措施，其设计参考图见图3。图中边坡出露地层为全～强风化泥质粉砂岩。边坡倾向113°，岩层产状150°∠15°，边坡破坏模式为完全平面式顺层滑坡。设计采取大刷方措施，将边坡坡率刷缓至小于或等于滑面倾角至小于滑面倾角。大刷方后边坡无沿层面滑动的剪出口。

图3 大刷方措施设计参考图(平兴高速叶塘服务区A匝道AK0+260—AK0+380路堑右侧边坡)

2)刷方减载+锚固工程

边坡不具备大刷方条件(坡顶为顺坡)，宜采用刷方减载+锚固工程的防治措施。多数情况下难以将坡率刷缓至小于滑面倾角，此时刷方减载的作用是降低滑坡推力。边坡为4级或4级以上时常在其中部设置大平台，以起到将边坡隔断的作用，使得大顺层边坡被隔断为上下两个小顺层边坡，从而降低处治难度。锚固工程(锚索或锚杆)用于抵御剩余滑坡推力，锚索(杆)工程数量依据稳定性计算确定。其设计参考图见图4。图中地层为:①粉质黏土;②强风化石英砂岩;③中风化石英砂岩夹粉砂岩。边坡是顺层边坡，岩层倾角30°～35°。

图4 刷方减载+锚固工程设计参考图(平兴高速RK1634+ 500—RK1634+675路堑右侧边坡，单位:m)

3)设计及施工注意事项

对于完全平面式顺层破坏模式，由于存在多层滑面，一般不采用支挡工程(抗滑桩或抗滑挡墙)，而采用锚固工程(锚索或锚杆)。设计时应考虑不同施工工况下锚固工程的安全性。施工时应严格遵循“开挖一级，支护一级”的原则，确保边坡整体稳定。

2.2 前缘剪出式顺层破坏模式

前缘剪出式顺层破坏模式的特征:①主滑面倾角略小于或陡于边坡坡率，无向下临空面;②滑面多为软弱层面且为隔水构造，地下水易在该层聚集;③因主滑面无向下临空面，滑体在坡脚处反翘剪出，反翘段即为抗滑段。抗滑段因开挖或泡水强度降低，导致抗滑力减弱，是前缘剪出式顺层滑坡发生的重要诱因。对这种破坏模式，宜采用刷方减载+固脚强腰的防治措施。

1)刷方减载

在具备大刷方条件时(坡顶为反坡)，可将边坡坡率刷缓至小于滑面倾角，此为根治措施。不具备大刷方条件时，刷方减载的作用主要是减小滑动力，此时应避免对抗滑段进行刷方，以避免抗滑力降低，诱发滑动。

2)固脚强腰

固脚是对坡脚抗滑段进行加固。加固措施包括:在抗滑段设置支挡结构(抗滑桩或抗滑挡墙);采用注浆或疏干地下水等方式提高岩土体强度。固脚作用主要是提高抗滑段抗滑力。强腰主要是指对坡面采取锚固措施(锚索或锚杆)来平衡部分滑坡推力，并防止坡体从坡面剪出。对前缘剪出式顺层破坏模式，固脚比强腰更为有效。其设计参考图见图5。图中边坡岩性为变质砂岩夹千枚岩和片岩。边坡倾向345°，岩层产状332°∠25°。千枚岩与片岩主要出露在边坡下部，遇水易软化。实际采用的固脚措施为疏干地下水与钢管注浆两种。

图5 固脚强腰设计参考图(梅河高速K110+790—K110+960路堑左侧边坡，单位:m)

2.3 楔形顺层破坏模式

楔形顺层破坏模式的特征:①多发生在构造发育地区;②滑坡影响深度一般较小，但若不及时防治会出现由外及里的渐进破坏;③边坡坡面均有可能成为楔形顺层滑动的剪出口。对这种破坏模式，宜采用收陡坡率+全坡面锚固的防治措施。

刷方减载通常会使边坡高度增加，相当于增大了楔形顺层破坏的影响范围，对边坡稳定不利。因此，对楔形顺层破坏宜采用收陡坡率的方法降低边坡高度。同时，由于楔形顺层滑动的剪出口在全坡面均有分布，宜采用锚固措施(锚索、锚杆或注浆钢锚管)对全坡面进行加固，并辅以植草等坡面防护措施。具体锚固措施的选择通过计算确定，其设计参考图见图6。图中边坡上部为砂岩，下部为板岩。受构造影响，岩体节理裂隙发育。边坡倾向61°，岩层产状78°∠45°。

图6 收陡坡率+全坡面锚固设计参考图(云南元磨高速K259+587—K259+700路堑左侧边坡)

2.4 堆积土层沿基岩顶面破坏模式

堆积土层沿基岩顶面破坏模式的特征:①原自然斜坡坡率一般较缓;②基岩顶面向临空面倾斜且多为隔水层，易汇水软化;③人工开挖切割堆积层坡脚是滑坡发生的直接原因。对这种破坏模式，宜采用刷方减载、支挡+锚固与地下排水相结合的综合防治措施。刷方减载目的是降低滑坡推力。堆积层一般较为松散，防治措施应采用支挡+锚固。支挡措施(抗滑桩或抗滑挡墙)布置在坡脚，锚固措施(锚索或锚杆)布置在坡面，支挡措施优先于锚固措施。同时应特别注意采用地下排水措施对抗滑段土体进行疏干，并隔断滑面地下水的补给，确保边坡稳定性。其设计参考图见图7。图中边坡顶部为第四纪覆盖层，下伏基岩为变质砂岩及板岩。

图7 堆积土层沿基岩顶面破坏模式防治设计参考图(云南元磨高速K261+175—+320路堑左侧边坡)

2.5 沿老滑动面破坏模式

沿老滑动面破坏模式的特征:①原自然斜坡呈圈椅状，自然坡率较缓。②老滑面多数为隔水层，强度较低，坡脚前缘抗滑段岩土体易泡水软化，导致抗滑力下降，诱发滑坡发生。③人为开挖坡脚，使抗滑段提供的抗滑力降低，是滑坡发生的直接原因。对这种破坏模式，与堆积土层沿基岩顶面破坏模式类似，宜采用刷方减载、支挡+锚固与地下排水相结合的综合防治措施。其设计参考图见图8。