湘潭地区类土质边坡失稳机理分析及治理方案

2020-02-15屈添强张联志曾晓霞

江西建材 2020年6期

屈添强，张联志，潘卓，曾晓霞

1.湖南省有色地质勘查局二总队，湖南湘潭 411102；2.湖南省自然资源事务中心，湖南长沙 410004

0 引言

岩浆岩在湘潭地区多有分布，属印支期和燕山期产物，呈侵入体产出。造岩矿物主要为长石、石英、云母等，周围围岩变质作用明显。全风化花岗岩体和花岗岩风化形成的残积土组成了一种特殊的类土质边坡。不同于一般均质土边坡和岩质边坡，这类边坡由于其物质结构特征表现出临时自稳性较好、抗雨水冲刷能力较差、崩滑面较浅、逐段渐进式破坏、变形破坏发展迅速等特有的工程特性。

受持续性强降雨影响，2016 年7 月19 日湘乡市月山镇紫云村马头上组S311 公路边坡发生土石滑塌，堆积体掩埋了省道近100 米，造成了较长时间交通阻断。本文以S311 公路边坡为典型案例，根据边坡物质结构、破坏特征进行了失稳机理分析，并根据类土质边坡特有的工程特性提出了相应的治理方案。

1 地质环境条件和基本特征

1.1 地质环境条件

S311 段边坡属典型的剥蚀丘陵地貌，地形总体为南高北低，东西两侧相对为缓坡地形，植被覆盖茂密，海拔标高112～165m，相对高差50m，地形坡度一般＞35°，局部坡度达75°，最高点为南部山顶标高165m，最低点为省道S311 北侧沟渠标高112m。

区内主要地层由新至老主要为第四系残积土（Qel4）、全风化二长花岗岩（Q1-a5）、强风化二长花岗岩（Q1-a5）、中风化二长花岗岩（Q1-a5）。

1.2 边坡形态特征

灾害点位于S311 公路湘乡市月山镇紫云村马头上段南侧边坡，边坡形态呈不规则扇形，东西两侧以坡体发育裂缝、陡坎为界，前缘以山坡坡脚及滑坡堆积体为界，分界较为明显。边坡整体坡度约45°，边坡后缘与前缘垂直高差近40m。边坡坡体主要由第四系残积土及风化二长花岗岩组成，坡向345°，横向宽95m，纵向长60m，分布面积5200m2，平均厚度约5m，体积约2.6×104m3。

1.3 边坡变形特征

受2016 年7 月连续性强降雨影响，7 月19 日该处突发边坡滑塌，造成下方土石堆积，20 日滑塌继续发展，拉动后部不稳定坡体发生第二次滑塌，堆积物堆冲至省道S311 上，之后边坡变形减缓，坡体后部未见明显变形，但坡体东西两侧均出现新的开裂变形，且裂缝有往后发展的趋势。

1.4 边坡物质结构特征

边坡滑体物质主要由第四系残积土和表层全风化的二长花岗岩组成，主要成分为花岗岩石英粒、含高岭土团块及云母质，呈黄褐色～黄棕色，滑体在后部及两侧较薄，中部较厚，平均厚度约5m。滑带为含砂砾残积土和破碎强风化二长花岗岩，黄褐色，厚度0.2～0.5m，多为碎块状，结构极松散。滑床由较稳定的全风化-强风化花岗岩组成，工程地质条件相对较好。

2 边坡失稳形成机理和破坏模式分析

针对类土质边坡的特点，从地形地貌、地层岩性、地质构造、水文地质条件、人类活动等方面进行分析，研究边坡失稳成因。

2.1 边坡失稳机理

影响该处边坡稳定性的主要因素是降雨，其次为人类工程活动、岩土体性质、地形地貌等因素。

该区属剥蚀丘陵地貌，地形起伏较大，边坡坡度一般＞35°，上覆第四系残积土和全风化花岗岩表层土体结构松散，孔隙率高，渗透系数高，下伏强-中风化花岗岩由于地质构造的影响使得局部岩体破碎，且节理裂隙发育，工程力学性质差。在连续性强降雨下，大量雨水沿孔隙和裂隙面渗入坡体，导致坡体的容重迅速增大，降低岩土体的抗剪强度，同时浸润软化滑带附近的岩土体，再加上修建S311 时人工切坡使得坡脚产生了高陡临空面且未进行合理有效的支护，在重力、地下水及降雨因素的共同作用下，造成了边坡失稳。

2.2 破坏模式

该处坡体破坏表现为前缘先发现拉张裂缝，使整个坡体向下滑动，下部下滑力增大。由于前缘存在较高的临空面，在长时间降雨或暴雨诱发下，前缘局部产生小型崩塌，后部坡体失去支撑面，破坏坡体原有平衡状态，导致整个坡体失稳。其破坏模式为牵引式破坏。

3 治理方案

该处边坡滑动面不深、但坡度较陡，采用抗滑桩治理效果不明显。综合考虑采用“清坡、放坡+格构锚杆+挡土墙+钢管桩+截排水沟+复绿工程+监测”结合的防治方案。此方案针对性强，治理效果好，且格构框格中可以进行复绿，符合生态治理的宗旨。

3.1 清坡+四级放坡工程

由于花岗岩类土质边坡具有较强的临时自稳性，给边坡陡开挖留下足够的施工时间。设计先清除边坡松散堆积体和表层松散土体，再对坡体进行四级放坡处理，第一、二级边坡坡比1：1.5，第三、四级边坡坡比1：1.0，各级之间设2.0m 宽马道。

3.2 锚杆格构工程

花岗岩残积土边坡不同于一般残积土边坡，其显著特征为边坡坡体中存在结构面，这使得花岗岩类土质边坡开挖卸荷效应较一般均质土边坡更强。因此在边坡下级开挖前，需要对上一级边坡进行有力支护。设计对开挖坡面进行格构锚杆支护，并布设坡面排水系统。锚杆根据坡面形态布设，法向间距3.0m，排距3.0m，长度6.0～9.0m。

3.3 挡土墙工程

类土质边坡抗冲刷能力差，边坡坡脚易首先出现局部剪切变形，并逐段向上发展引发边坡整体失稳，因此需加强支挡护脚设计。在边坡坡脚处布设重力式挡土墙，高4.2m，顶宽1m，底宽2m，埋深1m。

3.4 钢管桩工程

边坡后缘西侧覆盖层厚，为确保稳定，在后缘西侧变形区域设全埋式注浆微型钢管桩支护，钢管桩桩长12m，采用Φ108×5 的无缝钢管，按三排梅花形布置，横向间距1.0m，排距0.4m。采用截面为1.0m×0.5m 的冠梁将三排桩顶连接。

3.5 截排水沟工程

类土质边坡开挖卸荷效应明显，易在坡上方形成张性裂缝，遇降雨充水后产生静水压力，进一步造成坡体抗剪强度降低，因此特别要做好边坡外围截水和坡面排水工程。在周界外围设置截水沟，在每级马道内侧设A 型排水沟，在挡土墙底部设B型排水沟。截排水沟均采用C20 砼浇筑，截水沟底宽0.4 m，顶宽0.6m，深0.4m；A 型排水沟截面尺寸0.4m×0.4m；B 型排水沟截面尺寸0.5m×0.5m。