某高速公路浅层滑坡事故机理分析及治理

易宙子，梁秋花，覃志毅，龚文耀

(深圳市建设综合勘察设计院有限公司，广东 深圳 518108)

1 引 言

广东省自然地理环境复杂，多山地、丘陵，且普遍处于季风性气候，雨季降雨集中，导致滑坡发生的规模大、数量多、分布广泛、危害严重等特点。由于经济发展快，工程建设项目多、分布广，工程建设不可避免进行了大量的山体改造，产生了很多边坡支护问题。边坡类型按岩土类型可分为岩质边坡和土质边坡，降雨对两种类型的稳定性均有影响，尤其对土质边坡影响巨大。部分土质边坡，坡率较缓，按坡率法设计时，按规范给出的建议放坡坡率，总体上应该处于稳定状态，但由于汇水面积大，地表水对其影响大，时有发生浅层滑坡。勘察设计时，对于总体坡率较缓的土质边坡，也并不能够掉以轻心，对于重要的构筑物附近平缓土质边坡，仍应采取积极有效的支护措施。

本文介绍的项目为土质边坡，坡面为残积粉质黏土，边坡总体坡率仅为1∶2，虽然坡率较缓，却连续两个雨季发生滑坡事故，值得总结分析，对类似地层进行边坡设计工作时，可引起相关勘察设计人员的注意和重视。

2 工程概况

2.1 滑坡情况概述

本边坡位于深圳市龙岗区荷坳收费站以西约 300 m，机荷高速公路北侧，具体位置为水荷立交E匝道北侧边坡。该边坡倾向南，坡高约 18 m，总体坡度约25°～27°，换算坡率约 1∶2，坡脚设有混凝土挡墙，挡墙高约2.45 m。

该段边坡经历过两次滑坡：

第一次滑坡发生时间为2017年9月。坡面原采用浆砌片石护面，厚度约 0.5 m，坡面设有泄水孔，分三级放坡，坡顶植被较为茂盛，平台处设有水沟，宽度及深度 0.2 m～0.6 m。滑坡事故发生后，水沟结构已破碎，片石坍塌，严重影响排水(图1)。浆砌石砂浆不饱满，结构松散，处于下滑状态，局部鼓包严重，第三级边坡塌方下滑 3.2 m。

图1 第一次滑坡照片

滑坡发生后，采取了如下主要治理措施：挂钢丝网喷射混凝土方式修复边坡；对于坍塌的第三级边坡面，卸载削坡至滑动面顶，并挂钢丝网喷射混凝土；修复、新建排水沟。

2018年8月底，受连续暴雨影响，发生第二次滑坡。此次滑坡为浅层滑坡，由于坡脚设有混凝土挡墙，坡脚稳定，但边坡周边护面也出现了开裂、坡面隆起、变形等，边坡后缘错开约 1 m，整体下滑，滑坡体东西宽度约 30 m，南北长度约 40 m，滑坡堆积土体最厚处约 5 m，滑坡土体约 2 500立方(图2)。

图2 第二次滑坡照片

两次滑坡均发生在强台风雨季，且在强降雨结束后，高度怀疑滑坡事故与降雨有密切联系，另外土质本身的原因也有待查明。

2.2 工程岩土特征

2018年9月，为了查明滑坡原因，彻底解决边坡对高速公路的风险，对滑坡范围进行了边坡病害整治为目的的勘查工作。

在滑坡体上布置了数个钻孔，根据钻孔揭示，场地内勘探深度范围内揭露的地层有第四系残积层(Qel)及泥炭系测水组泥质粉砂岩(C)，地层自上而下描述如下：

①粉质黏土：褐黄色，可塑状为主，湿，浸水易软化，原岩结构已破坏，总厚度为 3.0 m～6.0 m，该层在深度 1.5 m～4.8 m附近出现扰动重塑现象，呈软塑状，饱和，为滑动面，其上可判定为滑坡体。

②泥炭系测水组泥质粉砂岩(C)，浅部为全风化泥质粉砂岩，厚度大于 8 m，未钻穿，褐黄色为主，局部为浅灰～灰黑色，原岩结构基本破坏，但尚可辨认，干钻可钻进，岩芯呈土柱状，手捏粉砂状，遇水易软化崩解。

从钻探结果看，滑动面在残积粉质黏土内，滑动面深度在边坡面下 1.5 m～4.8 m，滑动面土层明显呈湿滑状态。

经过对残积粉质黏土采取土样，进行室内土工试验。边坡坡面土层的物理力学试验性质统计如表1所示：

土的物理力学性质统计表 表1

经统计，残积土平均含水量达到了35.7%，最大为43.2%，平均孔隙比为1.015，液性指数较离散，数值范围大，总体为可塑状态，部分土样显示为软塑状态。从土的各项物理力学指标判定，边坡上土体总体性质较差。

2.3 区域地质概况

据区域地质资料显示，本项目位于深圳大断裂北部，为五华～深圳大断裂及紫金～博罗大断裂所夹持，北部有东西向高要～惠来深断裂横贯。

区域内岩层为石炭系测水组泥质粉砂岩，岩层整体倾向北西，本边坡为东西走向，倾向南，总体为反向坡，岩层倾向对边坡稳定有利，基本排除了顺层滑动的可能。从区域地质图上显示(图3)，边坡所在区域构造较发育，尤其是次级断裂发育，造成原岩结构较破碎，裂隙发育，地表水极易侵入，对边坡稳定有不利影响。

图3 边坡场地区域地质图

2.4 地下水特征

边坡勘查期间，钻孔中测得地下水位埋深为 2.0 m～3.0 m，相应标高为 +76.54 m～+80.69 m之间。地下水位受地貌形态、位置控制明显，受雨季大气降水、地表水系下渗和侧向径流补给影响较大。根据地方经验，残坡积土及风化带区域的地下水年变幅在 2.0 m～3.0 m左右。由于属于雨季，地下水埋藏浅，水位较高。

3 滑坡机理分析

3.1 滑坡内因

(1)区域地质条件

场地断裂发育，造成原岩结构较破碎，裂隙发育，地表水极易侵入，对边坡稳定有不利影响。

(2)土体力学性质

石炭系泥质粉砂岩残积土，由于本身含有泥质成分，风化后细颗粒易软化。当坡顶在位移的作用下产生裂缝，雨水逐步入渗，土体经过雨水浸泡后，含水量可大幅升高，从取得的土样含水量来看，残积土含水量最小26.7%，最大含水量43.2%，说明土体经浸泡后，含水量明显大幅度提高。另外，本边坡土的孔隙比平均值达到了1.015，达到了淤泥质土的指标特征，土的性质较差。从土的含水量和土的孔隙比指标来判断，已接近于淤泥质土的性质，因此，按 1∶2的坡率放坡，难以保证边坡的稳定，也就不足为奇。

(3)地表汇水面积大

本边坡后缘上方汇水面积较大，而坡面平缓，边坡面积大，当暴雨袭击时，坡面水量大。

(4)排水设施变形

坡面变形较大，发生位移后，坡顶排水沟有开裂情况，土体产生了一些横向的裂缝，形成了水的良好通道，未能及时封堵，地表水交易入渗。另外，坡面排水管也有堵塞现象。

3.2 滑坡诱因

水是滑坡的重要诱发因子，而降雨是地表水的主要来源，降雨型滑坡也是滑坡事故的主要类型。降雨型滑坡占滑坡总数的90%，且集中发生在雨季及暴雨之后，很多滑坡具有“大雨大滑，小雨小滑，无雨不滑”的特点，降雨对边坡造成的影响主要有以下几个方面：

(1)土体的抗剪强度减小

土体内的剪应力仅能由土体的骨架所承担，降雨入渗土体，含水量增加，基质吸力降低，有效应力减小，φ值降低，C值先增大后减小，土体的抗剪强度减小，尤其当滑动面处土体的抗剪强度参数降低，将会发生加速滑坡的变形破坏。

(2)裂隙的扩展贯通机理

由于重力作用，坡体后缘产生拉张裂隙，暴雨中，坡体裂缝会聚积大量裂缝水，若不能及时排出，不但会因静水压力作用而影响坡体稳定性，还会诱发裂缝的扩展贯通和裂缝水的入渗，造成坡体失稳。

(3)径流对坡面的侵蚀

高速径流冲刷剥蚀地表，使坡面变得粗糙，同时水流入渗由浅及深冲蚀坡体，破坏坡体结构，降低土体抗剪强度，并促进坡面径流对坡体的淘刷破坏，水流沿裂隙入渗溶蚀，使裂隙扩宽并加速相互贯通，裂隙的储水、径流能力增强，同时裂隙也会成为坡体变形破坏的启裂部位。降雨过程中降雨强度超过坡面的入渗速度才会产生径流，径流速度越大对破面的破坏作用越强。

总之，降雨是滑坡事故最重要的诱因。降雨可增加坡体自重，降低土的有效应力，产生动、静水压力，增强边坡的下滑力，同时降雨入渗使土体软化，土体强度参数c、φ值减小，岩土体强度降低，孔隙水压力上升，破坏面有效应力减小，边坡抗滑力减小，最终导致滑坡。

4 治理方案及效果

4.1 稳定性计算分析

边坡稳定性采用瑞典调分法，通过理正软件岩土6.0进行计算。

选择具有代表性的断面，地层主要为粉质黏土、全风化泥质粉砂岩，边坡坡率为 1∶2，岩土参数取值如表2所示。

岩土参数取值表 表2

岩土计算采用圆弧滑动进行边坡稳定性计算，边坡稳定性计算结果如表3所示。计算简图如下：

边坡稳定性计算结果 表3

注：根据现场滑坡情况，计算采用指定暴雨状态是指暴雨期间雨水渗入边坡土体，使边坡岩土体饱水，暴雨状态后岩土参数降低，取值按表2；滑坡前无水状态指的是边坡未渗入水，岩土参数按滑坡前正常状态取值，其中粉质黏土的取正常值为黏聚力取 18 kPa，内摩擦角取16°。

①无水状态

最不利滑动面：滑动圆心=(9.497，39.201)(m)

滑动半径=39.122(m)

滑动安全系数=1.318

②暴雨状态

最不利滑动面：滑动圆心=(6.060，69.614)(m)

滑动半径=65.099(m)

滑动安全系数=0.832

4.2 治理方案

治理重点仍是排水工作，主要为设置排水沟、跌水沟，平台排水沟排水方向为向两侧截洪沟或跌水沟引排，坡体排水采用表层短泄水孔方式。

加强支护的强度和刚性：对已滑坡的区域采用削坡卸载+大放坡+两道抗滑桩的治理方式，削坡主要将因滑塌扰动的土体按设计坡率要求挖除，坡表面采用井字格构梁护坡，格构梁间植草绿化，对滑坡区域旁边开裂区域，将片石清除，削坡后，新建素混凝土井字格构梁，并植草防护。边坡治理设计剖面如图4所示：

图4 边坡治理设计剖面示意图

4.3 治理效果

2018年10月，按抗滑桩的方案进行边坡治理后，目前经过2019年一个雨季的考验，边坡安全稳定。从监测单位的监测数据判定，边坡变形已基本收敛，边坡处于安全稳定状态。以抗滑桩深层水平位移为例，其监测成果如表4所示，治理后边坡现状如图5所示。

抗滑桩深层水平位移监测成果 表4

图5 治理后边坡现状

5 结 语

土质边坡的坡率较缓时，容易造成设计人员的麻痹大意，主要原因是，按坡率法设计时，按规范给出的建议放坡坡率，直观上容易让专业人员认为边坡总体将处于稳定状态，但由于缓坡汇水面积大，地表水对土体影响大，同时遇到石炭系测水组泥质粉砂岩风化残积地层时，又易发土体软化现象，造成土体强度大幅下降，因此，在该类地层中，浅层滑坡时有发生。对于此类边坡，不能简单采用放坡处理，首先应该加大排水沟尺寸设计，有效加强排水，其次应该加强巡查，对于已出现的裂缝及时处置，做好防渗，除了需要做好截排水措施以外，对于重要的构筑物附近平缓土质边坡，需考虑采取抗滑桩等刚性的支护措施。