闽南山区高速公路典型类土质边坡滑坡机理分析与治理

徐立武

(中交一公局厦门工程有限公司，厦门 361000)

闽南山区主要指厦门、 漳州、 泉州等福建东南部地区，区域内沟谷纵横，地形起伏大，以低山剥蚀丘陵、残坡积台地及冲海积平原地貌为主，丘陵段落多为半山，夹杂着谷地，山坡自然坡率约为20°～45°，植被发育，地下水发育丰富。由于闽山地区一般地层岩体结构破碎，岩土体风化强烈且深度较大，覆盖层较厚，岩土体遇水易软化，在高速公路建设过程中， 受路基开挖卸荷和大气降雨等因素影响，经常遇见路堑边坡变形和破坏，特别是土质或类土质路堑边坡问题更为严重。

类土质边坡的破坏机理和模式不同于一般的均质土坡和岩质边坡，引起了广泛学者和工程技术人员的重视。此类边坡的物质组成从表面上看属砂性土或粘性土，但土体中存在软弱结构面或呈现各向异性力学性质的不连续面[1]，诸如节理面、层面、软弱夹层、风化界面甚至老的滑动面等[2]，边坡的变形破坏，大都受这些结构面的控制，特别是边坡岩体由全-强风化组成的类土质边坡，更保留了原岩的结构面，易产生单面平面滑动、错落、崩塌等形式破坏[3]。目前，类土质边坡按边坡物质组成、成因机制和坡体结构特征， 边坡破坏类型大致可分为圆弧或似圆弧破坏、平面形破坏、折线形破坏、复合形破坏，或者风化剥落、流石流泥和崩塌落石等其他形式破坏[4]。

本文以闽南山区高速公路一典型类土质边坡滑坡工点为例，对其变形破坏机理进行详细的分析，并开展针对性的工程治理方案研究， 对类土质路堑边坡滑坡机理研究与工程治理具有一定的参考价值。

1 工程概况

本边坡位于漳州境内，为高速公路互通匝道边坡，边坡高约5 级，第1、2、3 级为高速公路路堑高边坡，坡率1∶1.25，采用拱形骨架结合绿化防护；边坡第3 级顶部为农用机耕道，宽约6 m，第4、5 级为机耕道的边坡，高约2 级，坡率1∶1.0，采用普通绿化防护。 边坡上部为柚子林，仰坡，自然边坡高约60 m(高速公路路面起算)，坡顶为反坡。

本段边坡变形主要发生在机耕道上部边坡， 高速公路路堑高边坡未发现变形裂缝及变形发展情况， 下部路堤边坡巡查未发现变形发展裂缝，如图1 所示。

图1 边坡全貌

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

该场区属于剥蚀丘陵间冲洪积平原地貌区， 山坡稍陡，自然斜坡坡度约为20°～25°，局部25°～30°，场地地形起伏较大，边坡地形下陡上缓，坡顶为反坡，山坡植被发育，坡顶为柚子林，呈台阶状。

2.2 地层岩性

根据现场及钻孔资料，滑坡区地层条件相对简单，上覆土层主要由残坡积粉质粘土、粘土构成，下伏基岩地层由侏罗系梨山组(J1l)砂岩构成，主要为全风化至碎块状强风化砂岩组成， 机耕道边坡开挖揭露地层为全风化砂岩，典型工程地质断面图如图2 所示。

图2 典型工程地质断面图

粉质粘土：最大揭露层厚7.3 m。褐黄色，湿，可塑，成分以粘粉粒为主，刀切面较光滑。

残积粘性土：揭露层厚3.9 m。 浅棕黄色、棕红色，稍湿，硬塑，刀切面较粗糙，砂质感强。

全风化砂岩：揭露层厚5.1～9.1 m。 灰黄色，岩体完全风化，矿物成分基本已风化成土状，岩芯呈散体状结构，手捏易散，遇水易软化。

砂土状强风化砂岩：揭露层厚2.2～18.3 m。 灰黄色，组织结构大部分被破坏，矿物成分大部分风化成土状，岩芯呈砂土状，手捏易散。

碎块状强风化砂岩：揭露层厚15.8 m。 灰黄色，裂隙发育，岩石风化明显，岩芯呈2～6 cm 碎块状，裂面见铁锰质侵染，锤击易碎。

2.3 水文地质条件

场区地表水不发育，未见常年性地表流水，区内地表水主要为雨季坡面汇水，调查期间，受降雨影响，滑坡上部柚子林局部积水。

地下水主要为赋存于第四系洪冲积砾砂层的孔隙潜水及基岩风化带内的基岩裂隙水。 孔隙潜水主要受上覆层入渗水及周边地表水补给，含水层渗透性好，水量较丰富。基岩裂隙水主要接受大气降水补给，受裂隙开启性及泥质充填物制约，渗透性变差，水量较小。

3 坡体机理分析

3.1 坡体变形情况

本段边坡滑动变形主要发生在机耕道上部边坡，变形主要分布在第4 级坡面和坡顶柚子林的自然山体，滑坡变形范围、周界、后缘错台、前缘剪出口相对清晰，其坡体变形规模总体可预判，变形规模相对较小，变形范围呈“三角形”状(图1)。

(1)第4 级坡面变形

本级边坡坡面发生多处浅层坍塌， 表现为大里程方向单级坡面整体浅表层坍塌变形， 边坡坡脚局部浅层坍塌，如图3。 坡面发展多道竖向裂缝，间距约5～8 m；第4级边坡坡脚出现较为明显剪出口，呈斜向分布，且剪出口岩体存在滑动擦痕，如图4。

图3 边坡第4 级坡脚局部坍塌

图4 边坡第4 级坡面坡脚剪出及滑动面擦痕

(2)自然山体变形

本滑坡两侧周界裂缝明显， 其中大里程方向基本贯通，裂缝呈下错状，小里程方向裂缝断续，呈张开状；坡顶自然山体(柚子林)后缘裂缝已贯通，下错约0.5 m，如图5所示。

图5 滑坡后缘及周界裂缝

3.2 深部位移监测

边坡变形后，立即开展了深部位移监测，共设置3 个监测孔，1 个监测主断面。 监测孔ZK1 布设于机耕道，ZK2、ZK3 布设于滑坡体中部和后部， 其中ZK1 深24 m，ZK2 深33.5 m，ZK3 深33.5 m。 监测数据显示，ZK3 距孔口0～10 m 有明显滑动变形反应，ZK2 距孔口0～12 m 有明显滑动变形反应，边坡滑动面位于全风化砂岩底界面，属中层滑坡[5]，监测数据如图6 所示。

图6 深孔位移变形曲线图

3.3 机理分析

滑坡的形成和发展是多种因素共同作用产生的，根据滑坡场区工程地质特点、变形情况、监测数据，本滑坡发生变形主要因素如下：

(1)地质原因

场区地层岩性主要为侏罗系梨山组砂岩， 岩体风化强烈且深度大，以全风化和砂土状强风化地层为主，为类土质边坡，现场原岩结构清晰。边坡变形主要为耕机道上部边坡，主要地层为残坡积层和全风化砂岩，岩体风化完全，已风化成土状，手捏易散，呈泥土状，遇水易软化，岩土体强度极低，为软弱易滑地层。

(2)大气降雨及农地灌溉

场区滑坡为农业种植地，为柚子林梯田，呈多级台阶状，具有较好的积水条件，地表水不易及时排出。 2019 年3-4 月在大气降雨和农业灌溉作用下， 地表水持续下渗进入坡体内部，使滑坡内部岩土体软化，强度指标持续降低，造成本段山体变形开裂。

(3)人类工程活动

由于高速公路坂仔互通匝道和农用机耕道修建，边坡开挖山体中下部岩体，削弱坡脚支撑形成临空面，造成上部岩土体沿第4 级边坡(农用机耕道)坡脚剪出。

综上所述，该滑坡位于软弱易滑地段，岩土体强度极低，后期受大气降雨和农业灌溉地表水入渗作用，滑坡内部岩土体软化，强度指标持续降低，使边坡沿全风化底界的岩性接触面发生滑移变形，前缘剪出，后缘拉裂下挫，为闽南山区典型的类土质边坡滑坡。

4 稳定性分析

通过上述坡体变形情况、监测数据和机理分析，该滑坡滑动面位置及滑动机理清晰，滑坡变形整体性强，可将滑坡滑动面按空间力学性质，分为张拉段、主滑段和抗滑段，岩土体和滑动面参数采用滑坡稳定性反分析方法，结合勘察设计资料，综合确定。 滑坡前缘剪出口清晰，后缘拉裂缝贯通，已处于欠稳定状态，滑坡此时稳定系数约为1.0～1.05[5]。

为计算其稳定状态， 采用较为严格的刚体极限平衡方法——Morgensten&Price 法， 利用Slide 软件进行滑坡稳定性反演计算，滑坡稳定系数为1.042，如图7 所示，反算岩土体和滑带土强度指标见表1。

图7 稳定性分析结果

表1 岩土参数及滑动面强度参数

5 应急处置及工程治理

5.1 应急处置

根据边坡变形现状、范围、原因与机理及坡体发展趋势， 为保证下方高速公路边坡安全稳定、 机耕道安全通行，且为后期工程治理提供有利条件，采用前缘反压进行处置，反压高度4 m，底部宽度4 m，反压体采用袋装反压，反压后滑坡的安全系数计算为1.12，如图8。 对坡体上的滑坡裂缝采用黏土夯填， 表层可采用水泥砂浆抹面封闭，阻止地表水进一步入渗软化岩体。

图8 反压后稳定性分析结果

该滑坡受地表水入渗软化岩体，产生边坡滑坡，变形发展较快，采用坡脚反压对坡体整体稳定，效果明显，可有利保障了坡体整体稳定和主线高速公路的施工安全，但在反压后，坡体中上部变形依旧有所发展，只是变形量值有所收敛，对坡体变形的活动，不能根本控制，应及时进行滑坡治理。

5.2 工程治理

该滑坡为典型类土质边坡滑坡病害， 场区岩土体强度指标较低，采用锚索方案预应力张拉难以满足，滑坡上部为柚子林，征地和弃土难解决，不宜进行刷方卸载。

综合对比，结合边坡地质条件、病害特征和稳定性状态，为有效对滑坡进行根治，保障后期高速公路通车安全和耕机道通行，本滑坡采用抗滑桩支挡加固措施，抗滑桩设置在第4 级平台，桩长22 m，截面尺寸2 m×2.5 m，设计滑坡推力T=800 kN， 加固后坡体稳定系数为1.21，如图9 所示。 满足公路滑坡防治设计规范要求。

6 结语

(1)闽南山区一般地层岩体结构破碎，岩土体风化强烈且深度较大，覆盖层较厚，岩土体遇水易软化，在高速公路建设过程中， 受路基开挖卸荷和地表水入渗等因素影响，上覆风化土易沿岩体原生结构面、软弱夹层和风化界面等产生滑动，形成类土质边坡滑坡病害，边坡在设计加固时应充分考虑结构面影响。

(2)本文以漳州地区一典型类土质边坡滑坡为例，详细介绍了边坡坡体变形特征，综合考虑地质条件、地表水入渗、人类工程活动3 方面因素，结合勘察、监测等技术手段，揭示了该滑坡的变形滑动机理，为大气降雨和农业灌溉地表水入渗，使滑坡内部岩土体软化，强度指标持续降低， 引起边坡上覆土体沿全风化底界的岩性接触面发生滑移变形，为典型的类土质边坡滑坡，对后期病害有效治理提供了理论依据。

(3)基于滑坡机理分析，结合边坡地质条件、病害特征和稳定性状态， 前期应急处置及时进行坡脚反压和裂缝夯填等措施，效果明显，有利保障了坡体整体稳定和主线高速公路的施工安全； 后期工程治理综合考虑边坡现场实际情况，采用抗滑桩支挡加固，能有效根治滑坡，对山区高速公路类似边坡工程机理分析与治理具有较大的参考意义。