龙岩段公路滑坡病害分析与治理措施

翁 磊

（福建省地质测绘院，福州，350011）

在沉积岩地区开展公路等基础设施建设时，经常会遇到坡残积土、全风化或强风化岩土层形成的路堑高边坡。该类边坡在天然条件下虽具有一定的自稳能力，但在雨季、强降雨时存在稳定性骤降和易出现开裂、滑塌等情形，其破坏形式大多数是沿着岩土层中的软弱结构面以平面或折线滑动、错落等，使得这类土质边坡的稳定性分析判断比单一的土质或岩质边坡都要复杂。在工程实践中，由于软弱结构面对边坡稳定性的影响未得到清楚的认知，未能采取针对性的防治措施进而导致地质灾害的发生，从而严重威胁到建设项目在建设和运营期间人民生命财产安全。因此，对这类工程边坡产生滑坡的机理研究及稳定性分析具有重要的现实意义和应用价值。

1 工程概况

国省干线横九线新罗区小池至岩下山（上杭界）段公路工程是连接龙岩小池镇和上杭重要通道，其中滑坡路段位于K5+875 ～K6+080 右侧，小里程连接已建成黄斜大桥桥台。滑坡段原设计为四级高边坡：第一级采用坡率为1 ∶0.5 的C20 片石混凝土重力式挡墙防护；第二级采用坡率为1 ∶1.0 的预应力锚索框架支护；第三级采用坡率为1 ∶1.0 的拱形骨架植草灌进行防护；第四级采用喷播植草防护。各级坡高为8 m，平台宽为2 m，坡顶利用已有引水渠作为截水沟。

2018 年6 月，施工期间恰逢连续强降雨，坡脚挡墙局部外移，墙顶见横向张拉裂缝，第二级部分框架梁开裂,同时黄斜大桥桥台侧坡面出现膨胀变形。设计随即进行变更，将第三级支护方式改为预应力锚索框架，并于桥台侧增设片石混凝土挡墙及预应力锚索框架。

2019 年6 月4 日，受持续强降雨的影响，该边坡再次下滑，并出现多处坡脚隆起、挡墙外移，框架梁断裂、坡面裂缝（照片1）、截水沟断裂等变形破坏迹象。施工单位立即采取了坡脚堆土反压、坡顶封堵、截流已断裂截水沟等应急措施（照片2）。

照片1 研究区滑坡中部裂缝Photo 1 The crack in the middle of the landslide in the study area

2 工程地质条件

2.1 地形（地貌）

滑坡区属低山丘陵地貌，整体山势呈西北至东南向展布，地面标高为600 ～748 m，相对高差近150 m，坡向为228°，自然坡度为25°～35°，整体属直线型坡，坡面植被发育。因公路建设，坡体中下部开挖形成人工切坡，破坏了坡体的原始平衡状态，有效临空面增大，为滑坡变形提供了临空条件。

2.2 地质构造

该区域处在闽西南坳陷带古田岩体东部，受古田岩体侵入作用影响，褶皱构造迹象较明显，其中压性断层F19从滑坡坡脚穿过，与路线呈小角度相交。该断裂长度大于2 km，宽度约为40 m，走向130°，倾角70°，倾向南西；地貌上形成沟谷，具有强烈的挤压破碎特征，周边岩体破碎，节理裂隙发育。

根据区域地质资料和现场调查，断层北侧揭露石炭世林地组地层，该层走向110°，倾角25°，倾向南西；断层南侧为二叠世文笔山组地层，该层走向75°，倾角35°，倾向北西。2 套地层为不整合接触，其中石炭世林地组层理顺坡向为滑坡产生的原因之一。

2.3 岩土体特征

根据地质调查和钻探揭露，滑坡范围上覆第四系残坡积层，厚度为2.70 ～22.30 m；下伏为石炭世林地组砂岩、泥质粉砂岩。场地内主要岩土体自上而下可分为10 层。

①素填土：灰黄色，松散-稍密，稍湿，由黏性土及碎石回填为主，碎石含量为30%～40%，厚度为0.50 ～8.00 m，揭露于坡脚表层。主要为反压回填土，均匀性较差。

②坡积粉质黏土：灰黄色，可塑-硬塑，稍湿，角砾含量约为10%。厚度为0.50 ～3.00 m，揭露于自然坡体表层。

③-1 砂岩残积砂质黏性土：黄褐色，可塑-硬塑，稍湿，母岩为砂岩，角砾含量约为20%。厚度为2.80 ～9.00 m ；具遇水易软化、易崩解等特性。

③-2 粉砂岩残积砂质黏性土：紫红色，可塑-硬塑，稍湿，母岩为粉砂岩，角砾含量约20%。厚度为8.70 ～15.30 m ；浸水后易软化。BK04 于20.00 ～20.30 m 有水流迹象，呈软塑状，为边坡滑动界面之一。

④-1 全风化泥质粉砂岩：紫红色，粉砂状结构，呈土状。该层在坡脚分布，厚度为1.00 ～1.50 m，具遇水易软化等特性。

④-2-1 土状强风化泥质粉砂岩：紫红色，粉砂状结构，呈散体状，夹有碎块。该层主要出露于坡脚钻孔，厚度为0.50 ～5.00 m，具遇水易软化等特性。

④-2-2 碎块状强风化泥质粉砂岩：紫红色，粉砂状结构，泥质胶结，呈块状。该层钻孔揭露厚度为1.20 ～7.40 m，局部未揭穿。

⑤-2-1 土状强风化砂岩：灰黄色，呈散体状，夹有碎块。该层钻孔揭露厚度为2.40 ～13.50 m。具遇水易软化、崩解等特性。BK07 于12.00 ～12.40 m、BK09 于6.20 ～6.70 m 呈软塑状，处于与⑤-2-2 或⑤-3 层交界处，是边坡主要滑动界面。

⑤-2-2 碎块状强风化砂岩：褐黄色，砂状结构，裂隙极发育，岩芯呈碎块状。该层钻孔揭露厚度为0.50 ～19.70 m，局部未揭穿。

⑤-3 中风化砂岩：灰黄色，砂状结构，硅质胶结，裂隙较发育，岩芯以柱状为主，未揭穿。

滑动带：灰黄色，呈软塑，原土体主要为残积黏性土及土状强风化岩，为坡体下滑剪切破坏后的软弱带，带内土体表现为含水量增大，多呈饱和状态，厚度为0.30 ～0.60 m。

2.4 水文地质条件

坡面于标高650 m 处见一早期修建的混凝土引水渠，底宽为400 mm，高约为300 mm，作为边坡的截水沟使用。该渠受滑坡影响，发生下错、断裂，失去截排水效果。同时在强降雨期间，大量雨水沿沟渠断裂处汇集灌入坡体，加剧滑坡的发展。

场区内发育地下水主要为风化带网状孔隙裂隙水和基岩构造裂隙水，贮存于风化岩的孔隙、裂隙和岩体的构造裂隙中，主要接受大气降水的垂直入渗补给，径流较短，多以侧向径流补给沟谷或泉的形式排泄。其中基岩构造裂隙水主要受裂隙的构造面控制，场地内岩石的节理裂隙发育，连通性相对较好，使得地下水量相对富集。

场地地下水丰富且水位较高，水面基本与地形一致，滑坡勘查期间地下水水位埋深为3.50 ～10.20 m，整体上与2015 年10 月线路勘查时地下水水位埋深（7.30 ～8.20 m）相差不大，但坡脚水位升高明显，并于近黄斜大桥段坡脚出现多处渗水点，说明原边坡坡脚排导地下水较为不畅。

3 滑坡变形特征及成因分析

3.1 滑坡变形特征

滑坡体的主滑坡轴方向为228°，长度约为145 m，宽约为170 m，高度约为80 m，滑距为0～1 m，面积约为11 000 m2；滑坡体最大厚度约为20 m，体积约为150 000 m3，成分主要为残坡积黏性土、全-强风化岩等；滑动面主要为碎块状强风化砂岩层顶的顺坡层理面。根据滑坡机理，滑坡体分为A 区（滑坡后缘到裂缝2 之间）和B 区（裂缝1 到坡脚剪出口之间），其中B 区位于下半部分，为坡脚工程施工后引发的滑移；A 区位于上半部分，受B 区滑坡牵引导致滑动。该滑坡整体为中层牵引式顺层岩土质滑坡（图1）。

图1 研究区滑坡工程地质平面图Fig.1 Geological plan sketch of the landslide engineering in the study area

（1）滑坡周界：可见2 条环形滑壁（裂缝1，2），裂缝1 宽为5 ～30 cm，后缘下错0.5 ～1.5 m ；裂缝2 宽为10 ～20 cm，后缘下错0.8 ～2.0 m，滑坡壁为残坡积黏性土。

（2）坡面变形特征：坡体上部见多道张拉裂缝，基本与主滑方向垂直，裂缝宽为2 ～20 cm；坡体中部出现下沉，形成滑坡台阶，最大错台高约为2 m ；坡体中下部两侧见剪切裂缝，于引水渠剪断处和挡墙向外错移处尤为明显，裂缝宽为1 ～5 cm，挡墙向外最大推移约为1 m；挡墙后土体与框架梁位置土体见多处垂直于挡墙的扇形裂缝和垂直于滑动方向的膨胀裂缝（照片3）。

照片3 研究区截排水沟变形、错断Photo 3 Deformation and dislocation of the intercepting drainage ditches in the study area

（3）构筑物破坏：坡体下部挡土墙外移，墙脚土体拱起，部分框架梁断裂，预应力锚索失效、锚头崩坏，截排水沟变形、错断（照片4）。

照片4 研究区预应力锚索锚头崩坏、钢绞线松弛Photo 4 Collapse of prestressed anchor head and relaxation of steel strand in the study area

（4）泉眼：调查期间主要于坡脚见3 处泉眼。2 处于滑坡前缘，水量为0.02 ～0.05 L/s；1 处位于黄斜大桥桥台下，水量约为2.0 L/s。晴天水质较清澈，降雨期间见少量黄泥渗出。

3.2 成因分析

研究区滑坡的地质力学模式为蠕滑（滑移）-拉裂破坏模式[1]，在发育初期主要由开挖坡脚诱发，主要表现在沿剪切面（为粉砂岩软弱夹层和碎块状强风化砂岩层顶的顺坡层理面）的蠕滑，并于坡脚临空面挤出变形；滑动面的贯穿伴有向滑动面上方逐渐收敛的拉裂，并可直接观测到明显的拉裂缝，主滑向的工程地质剖面（图2）。在坡体破坏的同时，地下水路径和入渗条件也不断改变，最终导致滑坡的发生。根据现场地质调绘、钻孔资料，导致场地内滑坡形成的因素具体分析如下。

图2 研究区滑坡5-5＇工程地质剖面图Fig.2 Diagram showing the 5-5＇ engineering geological profile of the landslide in the study area

（1）地形（地貌）：滑坡处陡坡地段，自然坡度为25°～35°，坡向为228°；同时场地内岩层层理倾向200°与自然坡向相近，倾角25°略缓于自然坡度，对边坡稳定极为不利。

（2）地质构造：受压性断层F19影响，场地内岩体破碎，形成的构造破碎带也成为地下水活动的主要通道，对边坡稳定影响较大。

（3）岩土体组成及性质：场区上覆深厚残积砂质黏性土，厚度为7 ～20 m，饱水后易软化崩解，土体抗剪强度较低。于坡脚处揭露的泥质粉砂岩为软弱层，坡脚处的滑动界面主要位于该层中，其浸水后软化，力学性质降低，也是导致2018 年第一次滑坡的主要因素之一。受区域构造影响岩体破碎，加之层理顺倾，易形成滑动面。

（4）降雨及地下水活动：根据离滑坡最近的黄斜气象站的资料，2019 年3 ～6 月的降雨量分别为318 mm、217.5 mm、227.5 mm 和667 mm，各月降雨量比月历史平均降雨量高出2 ～4 倍，大量降雨入渗坡体使上覆松散土体迅速饱和，土体自重增加并导致物理力学性质降低。同时多处泄水孔堵塞，地下水排泄不畅，也是形成山体滑坡的外因之一。

（5）人类工程活动：施工边坡高度大、坡率陡，易产生坡脚应力集中；同时开挖坡脚抗滑段破坏了坡体原有的力学平衡；加之原坡顶引水渠破坏后未及时做好防渗处理，使大量大气降水汇集贯入坡体。

3.3 原设计方案失效原因分析

该段边坡2 a 内发生了2 次下滑，且在第一次设计变更后的边坡支护及防治措施仍然失效，究其原因，虽存在上述分析的客观成因，但另有技术原因和施工原因2 个方面的影响。

泥质粉砂岩为夹层，主要不均匀分布在坡脚处，于前期线路勘察的钻孔中未揭露，故线路设计时未考虑该软弱夹层的影响。该层在地下水的作用下力学性质降低，最终形成2018 年的第一次下滑。坡体第一次下滑后未进行滑坡专项勘察，仍未查明泥质粉砂岩作为软弱层的影响，故未对该滑坡的主要因素进行针对性设计，仅采取了局部加固措施，导致坡体在2019 年发生第二次更大范围的下滑。

该边坡工程截排水系统无法正常使用是设计方案失效的施工原因。坡顶引水渠破坏后未及时做好防渗处理，致使仍有大量大气降水短时间内汇集贯入坡体；泄水孔部分堵塞，而未能及时采取有效的疏通补救措施，导致坡体汇集大量地下水后排水不畅，导致边坡下滑。

4 滑坡体稳定性分析

4.1 岩土体物理力学参数的选取

根据土工试验统计分析，结合类似地质条件的临近工点数据类比，并利用Geo-Slope 软件进行滑动面抗剪强度参数反分析计算，综合分析确定滑体和滑动面的物理力学指标，其数值均在当地地区经验值区间内（表1）。

表1 研究区滑坡岩土层物理力学指标Table 1 The physical and mechanical indices of rock and soil layer of the landslide in the study area

4.2 稳定性计算

根据该滑坡工程地质勘查报告①福建省现代工程勘察院，国省道干线横九线新罗区小池至岩下山（上杭界）段公路工程K5+875 ～K6+080 右侧高边坡滑坡治理工程工程地质勘察报告，2019。，结合滑坡体的成灾机理及破坏模式，滑坡的滑动面主要位于块状强风化岩顶面，呈折线形，滑坡稳定性采用传递系数法隐式解[2]进行计算，计算公式如下：

式中 ：Pi为第i 计算条块滑动面上的抗滑力（kN/m）；Ψi 为第i 计算条块的剩余下滑推力向第i +1 计算条块的传递系数；Ti为第i 计算条块滑动面切线上的滑动力（kN/m）；Ri为第i 计算条块滑动面上的抗滑力（kN/m）；Fs为稳定性系数；θi为第i 计算条块的滑面倾角（°）；φ i 为第i 计算条块滑动面上岩土体的内摩擦角标准值（°）。

依据滑坡体的变性特征选4—4＇及5—5＇（主轴）2 个剖面，并根据现场实际进行了天然工况（自重）、强降雨工况（自重+暴雨+地下水）2 种情形下的稳定性分析计算，设计安全系数分别取1.35、1.15[3]。

天然工况下，该坡体稳定系数为1.034 ～1.252，滑坡处于欠稳定-基本稳定状态；遇到强降雨工况时，坡体稳定系数下降到0.767 ～0.988，滑坡处于不稳定状态；2 种工况下均不能满足设计的稳定性要求（表2）。

表2 滑坡稳定性计算Table 2 The stability calculation of the landslide

5 滑坡加固治理设计方案

滑坡的治理应本着“科学有据，技术可行，经济合理，防治结合”[4]的原则进行，对于该滑坡在充分考虑其类型规模、成灾机制的基础上，结合路线所处场地的地形（地貌）、地质条件等因素、已采取的应急措施、治理费用和施工工期等因素开展治理工作。通常采用的抗滑工程主要采用削方减载、抗滑挡土墙、抗滑桩和锚索框架等[5]，但单独采取某个处置措施均难以达到要求。

最后综合考虑各个因素，确定了技术成熟、造价较低、工期较短的“削方减载+挡土墙+锚索框架+局部锚索抗滑桩”组合方案（图3）。通过软件进行分析计算，该治理方案在天然工况下安全系数为1.35 ～1.52，强降雨工况下安全系数为1.16～1.21。

图3 滑坡综合治理平面示意图Fig.3 Schematic plan for comprehensive landslide control

（1）削方减载：整体刷为九级坡，坡脚一级坡率不变，仍为1:0.5；第二级坡放缓，采用坡率为1 ∶1.25；第三级至第七级坡仍在滑体上，调整坡率为1 ∶1.5；坡顶两级坡坡率采用1 ∶1.25；第一级至第四级坡坡高为8 m，第五级至第八级坡坡高为10 m；每级马道平台宽度为2 ～8 m，边坡周界几何形态根据实际地形调整。削方减载的方案首先清除了坡体前缘不稳定的岩土体，同时治理范围扩大到了滑坡后的20 m，放缓了边坡的坡度，对主滑段进行了减重。

（2）抗滑挡土墙：原混凝土挡墙已遭推移破坏，故需分段拆除，并重设高8 m 的C20 片石混凝土挡墙，并于挡墙墙身另设置间距6 m 的预应力锚索地梁。滑坡剪出口在原挡墙墙踵位置，新设抗滑挡土墙基础埋置位置深于剪出口，并设置预应力锚索增强抗滑能力。

（3）锚索框架：在第二级至第九级坡上布设预应力锚索框架，框架尺寸为8 m×8 m；锚索钻孔直径为150 mm，俯倾角为25°，采用6 束钢绞线锚索，单孔设计拉力为600 ～700 kN，锚固段长度为12 m，深入到碎块状强风化岩或中风化岩内部。由于坡体岩层层理顺坡，各级边坡均设置锚索锚固到稳定地层，以起到防治坡体发生顺层滑移的作用。

（4）锚索抗滑桩：于小里程处补充5 根锚索抗滑桩，桩截面尺寸为2 m×2 m，水平间距为6 m，桩身长24 ～26 m，并于桩间设置钢筋混凝土板；桩顶布设2 根预应力锚索，其设计形态与坡面锚索一致。该处坡体正对黄斜大桥桥台，补充锚索抗滑桩从而保证黄斜大桥桥台的安全。

（5）排水工程：主要分为地表水和地下水2 个治理方式。地表水治理主要在边坡四周布设截水沟，坡面修筑排水系统，封闭坡面裂缝和夯实松动地面，减少降雨下渗对坡体的影响。地下水治理主要于坡脚两级坡布设仰斜排水孔，间距为5 m，呈梅花状布置，仰倾角为8°～15°，确保出水率大于50%，并于坡脚设置渗沟疏干地下水。该套截排水组合在保证排水顺畅、有效截流时，能起到最大限度从地表排走雨水和降低边坡内的地下水位，从而保证边坡的稳定。

（6）植物防护：坡面主体支护结构施工完成后，在框架网格之间客土喷播植草灌，浇水养护。草种选择当地、耐干旱和耐虫害的品种，采用灌、草相结合的立体式绿化方案，既能保证边坡绿化稳定长久，又能最大限度的改善环境。

6 结语

（1）研究区滑坡位于沉积岩区丘陵山坡上，地质构造和岩土体组合是滑坡形成的内因，建设产生的坡脚开挖破坏了自然斜坡原有的力学平衡，而连续的强降雨且排水不畅是导致边坡最终失稳的主要诱因。

（2）针对滑坡体变形特征、破坏机制的综合分析，并通过对其所在边坡进行的稳定性计算，最终选取了“削方减载+挡土墙+锚索框架+局部锚索抗滑桩”的组合方案，配以合理的排水工程和植物防护措施以保证边坡稳定。

（3）施工路段已于2019 年底通车。通过对该滑坡段从勘查设计阶段、施工阶段到竣工后2 个水文年的监测，各项监测数据显示滑坡趋于稳定状态，表明该套治理加固方案是一种经济、有效的整治措施，能够有效控制滑坡体的位移，特别是对于高陡边坡具有较强的适用性。整体方案的实施确保了滑坡体的稳定及线路的安全，可为类似工程提供参考。