高速公路边坡滑坡原因分析及预防处治措施研究.pdf

136交通科技与管理工程技术0引言我国交通基础设施建设进入了飞速发展阶段，截至2022 年底，全国高速公路通车里程为 177 000 km。建设的高速公路穿过山丘段地带时，因项目施工造成原有地物地貌发生了变化，同时由于施工带来的各种扰动，对于边坡的原始稳定状态造成了破坏，可能会产生滑坡失稳，严重时甚至发生滑坡，严重制约了工程进度降低工程使用质量，带来工程隐患1。滑坡不仅影响建设及运营期安全，同时增加建设投资及运营成本，需进一步研究滑坡产生的原因，制定针对性的预防及处治措施，保障高速公路全生命周期的安全性。1滑坡分类目前对于滑坡的分类较多，根据自然资源部在土地百科中的阐述，滑坡的分类可以参照滑坡体的大小、变形和移动速度、土体组成、原始地质情况、力学条件、滑坡体滑动面与岩土体结构面的关系等。根据通常分类情况，主要对力学条件、滑坡体滑动面与岩土体结构面关系两种滑坡分类方式进行介绍。1.1按滑坡体滑动面与岩土体结构面关系进行分类按滑坡体滑动面与岩土体结构面的关系，滑坡类型分为三种，分别为均质滑坡（无层滑坡）、顺层滑坡、切层滑坡。1.1.1均质滑坡（无层滑坡）均质滑坡一般发生在比较均匀或者没有明显分层的岩体或者土体中。滑动面是由斜坡的应力状态和岩土的抗剪强度的关系确定，不由层面决定。一般发生在黏土、黏性土、黄土等土体中，滑动面呈圆弧形或其他曲线。1.1.2顺层滑坡顺层滑坡是一种顺着原有结构面发生滑动的滑坡，特别是容易在软弱岩层中形成滑坡面。沿着层面、节理或裂隙、残破积物顺其下部基岩不整合面发生的滑坡均属于顺层滑坡。顺层滑坡在地质中分布较广、规模较大。1.1.3切层滑坡切层滑坡是指滑坡体滑动面切过岩层面的滑坡。切层滑坡大多数发生在岩层或者土层接近于水平的平跌坡，滑坡面一般为圆柱形或对数螺旋曲线。1.2按力学条件分类1.2.1牵引式滑坡牵引式滑坡一般是滑坡体下部由于力学平衡发生变化产生滑动并逐步向上扩展，下部牵引上部一起滑动。此类滑坡大部分是由于坡脚被冲刷或者开挖而造成的。1.2.2推动式滑坡推动式滑坡一般是指由于坡体上部发生裂隙并进一步发展或者因为堆载和在坡体顶部建设结构物等，破坏了上部的平衡状态并带动下部坡体滑动。1.2.3平移式滑坡平移式滑坡一般是指滑动面的多点同时发生首滑并慢慢发散逐渐形成整体，形成滑坡，此类滑坡的滑动面比较平缓，并以水平位移为主。1.2.4混合式滑坡混合式滑坡一般是指坡体的上部、下部同时发生滑动，由于共同作用造成的滑坡，此种滑坡比较多发。2滑坡原因分析高速公路发生滑坡通常是由内部因素和外部因素共同影响。2.1内部因素内部因素主要指的是边坡的岩土类型、地形地貌、地质构造、水文条件等，内部因素为边坡滑坡形成提供了最为基本的条件2。2.1.1岩土类型一般来说结构较为松散，易风化、抗剪强度较低、黏性差、水稳定性差，比如黏质黄土、砂质黄土、泥岩、收稿日期：2023-08-05作者简介：李振珂（1990）,男,硕士研究生,工程师,研究方向：桥梁与隧道工程。高速公路边坡滑坡原因分析及预防处治措施研究李振珂,王汝波,缪伟（葛洲坝集团交通投资有限公司,湖北 武汉 430056）摘要高边坡稳定对高速公路建设及运营安全至关重要，要加强边坡地质勘察、防护设计、施工组织、监测，文章对高速公路边坡失稳的原因进行研究分析，从地质勘察、支护设计、边坡施工等方面全方位地提出高速公路边坡滑坡科学、合理、经济的预防及处治措施。以某高速公路边坡滑坡处治项目为例，阐述边坡滑坡产生的原因并进行合理的应急处治，设计后期治理方案，研究分析处治效果，为后续高速公路边坡滑坡处治提供经验。关键词滑坡；原因分析；预防；处治措施中图分类号U418.55文献标识码A文章编号2096-8949（2023）23-0136-032023 年第 4 卷第 23 期137交通科技与管理工程技术页岩、煤系地层、片岩等发生滑坡的可能性比较大。2.1.2地形地貌土体位于特定的地貌及坡度是滑坡发生的必要条件，比如山坡圈椅地貌、在较陡的大段河谷谷坡中间的滑坡地、坡面杂乱无规则的山坡、双沟同源地形等均为容易发生滑坡的地貌。2.1.3地质构造坡体构造面被切割分离、不连续，水容易通过构造面渗入坡体，容易造成滑坡。2.1.4水文条件水对坡体有软化、冲刷、动静压力、浮力等作用，在水的作用下容易造成滑坡。坡体受到暴雨等自然因素的干扰，若是雨水掺杂至滑坡体中，除了会使土体重力变大，也会令岩土原本性能发生变化，从而引起粉岩层的软化，影响岩土的抗剪能，从而导致滑坡概率提升3。2.2外部因素2.2.1设计原因在进行地质勘察过程中，勘察布点和钻孔不能实现全断面控制，部分地质情况与实际地质不一致，导致设计方案不合理。在开展边坡设计过程中未遵循“一坡一设计”的原则，或者边坡稳定性验算错误，导致设计方案不合理。2.2.2施工原因施工过程中未严格按照施工工序要求，未按照“开挖一级支护一级”的原则进行施工或不遵循排水先行的原则，坡顶截水沟未及时施工完成就开始开挖边坡，造成边坡失稳。施工质量控制不严格，抗滑桩、挡土墙质量不满足国家规范标准要求。2.2.3外部荷载扰动高速公路通车运营后，因来往车辆的动载或者边坡坡顶被人为堆砌废物，对边坡造成扰动，从而产生滑坡。3滑坡预防及处治措施3.1预防措施3.1.1加强勘察设计（1）做好现场勘察。做好地形地貌调绘，合理布设勘测点，探明工程地质、水文地质情况。加强滑坡体识别，进一步详勘，划分清楚滑坡的条、块、级、层，明确滑坡面。（2）强化设计选线。加强“地质选线”，尽量绕避大型古老滑坡、易发生滑坡的位置，当不可绕避或者经济性优势大时，应提供至少 2 种边坡设计方案进行比选。针对古滑坡体可采用预防或者加固措施，预防古滑坡体复活或者导致发生新的滑坡。对于性质简单的中小型滑坡，可进行整治，路线不需绕避。应注重调整路线平、纵面位置，以求整治简单、工程量小、经济合理4。（3）做好边坡稳定性验算及设计。贯彻“固脚、强腰、护面、排水”的高速公路边皮设计理念。“固脚”一般可采用重力式挡土墙、抗滑桩、格构锚固等措施。重力式挡土墙是依靠自重来抗滑，墙身后一般设置卸载平台，墙基常设计为倒坡或者台阶形。抗滑桩是桩体穿过滑动面，多根桩共同作用抗滑；“护面”主要分为植物防护、工程防护或者两者结合，坡面防护首先考虑采用植物防护，在植物防护不能满足防护需求时，方可采用工程防护或综合防护方案。植物防护主要包含撒种草籽或喷播植草、铺草皮、三维网植草、客土喷播植草等。工程防护主要包含锚杆挂网喷射混凝土、护面墙、柔性防护系统等。综合防护一般采用喷射植被混凝土、柔性支护结构等。同时加强动态设计，根据施工现场实际情况，及时调整设计。（4）加强排水设计。在查明边坡地表水及地下水发育分布规律的基础上，对边坡进行针对性地防排水设计。地表排水工程的设计，主要是为了截排滑坡区以上的水体不流入滑坡区，之后通过人工沟道将水排出滑坡区域，避免边坡隐患现象的发生。一般情况下，地表排水工程是系统性的排水网络，通过树枝状排水沟和自然沟的构建，提高排水工程的整体效率5。若路基或边坡存在较大地下水，影响其强度及稳定性时，应采取一定的措施，比如设置暗沟、渗沟等地下的截水、引水、排水系统，减少或者降低地下水对路基和边坡的影响。综合考虑地下水的性质、深度、大小、渗透性及对环境的影响程度，加强地上与地下排水的综合设计。3.1.2强化施工组织管理边坡稳定性受施工的方法、工艺、工序、过程控制、质量控制等影响，应结合边坡的设计方案、地质情况、项目特点等加强施工组织设计。施工过程中严禁在滑坡体上部建设大临设施，禁止在滑坡体表面弃土、堆放施工材料。施工前应贯彻节水排水先行的理念，优先施工截水排水设施。多级边坡应坚持从上到下开挖，开挖一级支护一级。对于“头重脚轻”的滑坡体采取削坡减重，使滑体外形改善、重心降低，从而提高滑体稳定性1。3.2处治措施对于已发生滑坡的工程可以采取反压、稳定桩间土、排水、封闭坡面等措施进行应急处治。3.2.1应急处治（1）反压支护。为避免滑坡加剧，根据滑坡体的稳定状态，在坡前进行反压支护。在进行填土反压时，填土需分层压实，土地与滑坡体间需加防渗层。反压时若有地下水，应先做好地下排水系统。（2）稳定桩间土。对于地质条件较差，抗滑桩之间土体不稳定，应立即采取挂网锚喷等工程措施加固桩间土，提高抗滑桩作用。（3）排水。对于受到地下水影响及地表排水不畅影响的滑坡，应立即实施地下水引排措施，加强地表水的截排。对于地表水，应先清除滑坡范围内的杂物及植被，显露出地形，根据坡体地形条件可以布设截水沟进行地表水截留，同时可以布设环形排水沟、树枝状排水沟，截水和排水有机结合，减少水对坡体影响。（4）封闭坡面。当滑坡体出现裂缝时，应及时对滑138交通科技与管理工程技术坡体的裂缝进行封闭，可以采用灌浆、素喷混凝土、彩条布等进行封闭，防止坡面渗水，进而加剧边坡变形。3.2.2治理方案（1）滑坡原因分析。组织勘察单位进行补充勘察，必要时增加钻孔数量，进一步探明地质情况，确定滑坡的深度及稳定坡面位置。开展现场地形测量，绘制滑坡后的地形测量图，并标出滑坡的特征点。同时埋入测斜仪、应变计等及时监控滑坡变形情况。综合勘察设计阶段的地勘数据、补充勘察数据及位移变形监测情况，分析滑坡产生的原因。（2）滑坡方案设计。边坡治理过程中，要加强防水、截水、排水的综合设计。根据滑坡原因进行针对性地方案设计，比如牵引式滑坡可以采用反压、挡土墙、抗滑桩、锚杆、锚索等加强支护，推动式滑坡可以采用放缓坡率、减轻上部荷载或者综合支挡措施进行设计。应提供至少 2种边坡治理方案并组织专家现场踏勘，论证方案的科学性、合理性及经济性。3.2.3加强监测应加强边坡的全生命周期监测，做好施工监测及运营监测，并以人工巡视巡查辅助。对地质条件复杂、稳定性较差的边坡，宜结合地质勘察方案和边坡工程施工方案及早建立监测系统，水文地质条件复杂的边坡还宜布置水文长观孔，及时掌握边坡稳定情况。安全等级为一、二级的边坡在开挖施工前应布置好监测网络，开展地表位移、深层位移、支护结构等方面检测，并适当提高巡视巡查频率。运营期健康监测要与施工期检测综合考虑，统筹设计，应力、变形监测应与施工期检测相结合，保持数据的连贯性，以便对边坡的稳定性进行分析。4工程案例4.1工程概况某高速公路山坡边坡较陡，岩性为砂岩、泥岩互层，局部夹炭质泥岩，岩体质量差，由于长期降雨且雨量较大，土体经雨水下渗浸泡强度降低，导致边坡产生拉张裂缝、框架下错、平台开裂、底部挡墙局部变形等现象，降雨和岩体质量差为边坡产生表层蠕动变形的主要原因。4.2处治措施4.2.1应急处治经现场踏勘，对滑坡的原因进行了初步判断，采用反压临时应急处理方案，反压的土体高度需超过现有挡土墙顶部，并且宽度需大于 10 m，坡面及坡顶裂缝应采用彩条布封闭密实并设置临时截水措施将雨水引至山下冲沟，坡脚拉设警示带避免人员靠近。4.2.2治理方案及效果（1）总体治理方案。经过对边坡地质条件的综合分析，先滑坡段落设计采取底部矮挡墙+放缓边坡+边坡锚固的治理方案。增加挡墙，挡墙墙身增加一排锚索（锚索长 20 m），用一排钢筋混凝土格梁连接，坡面采用台阶式边坡，分级开挖，除顶上一级外，每级坡高 10 m，平台宽 210 m，平台及加宽平台应硬化并设平台截水沟。边坡坡率为 1 1.251 1.75。（2）细化设计。坡体松散破碎，稳定性差，滑动面以上部分予以清除，清方采用从上到下缓坡渐进式清除，并严格按照开挖一级，支护一级的原则。边坡开挖前，应提前完成排水工程。锚杆、锚索框架需增加钢筋混凝土地梁。（3）监测设计。增加监测设计，布置测断面，应加强监测频率，做到每周测量大于 2 次，雨季期间应做到每日监测。监测时间在施工完成之后不小于 1 个水文年，正常情况下数据采集时间间隔为 710 d，在外界扰动较大时，如降雨期间，应加密观测次数。（4）加强施工组织设计。应严格按照设计的施工工序进行，对于实施锚固工程的路堑边坡防护，原则要求边坡开挖一级防护加固一级，按照自上而下的顺序逐级开挖与防护加固施工。施工时应加强监测，保证安全，发现地质情况与设计不符时，应及时联系建设及设计单位开展动态设计。（5）治理效果。经应急处治及治理之后，边坡逐步稳定，持续监测坡体变形情况和治理效果，坡体趋于稳定，未进一步发生滑动。5结语高速公路发生滑坡通常是由于外部人为环境因素及内部地质水文条件综合导致的。高速公路在不能避免穿越滑坡地带时，应做好预防设计，加强施工组织，做好动态设计，应用自动监测技术，提高边坡稳定性，降低滑坡的发生风险。在滑坡治理时应先进行应急处治，再对滑坡体开展补充地质勘察和监测分析，探明滑动面、滑坡体变形特点等情况。然后综合考虑技术方案的合理性、经济性、安全性，制定不少于 2 项治理方案进行比选，确定最佳的治理方案。参考文献1 闵庆辉.浅析高速公路滑坡的成因及预防措施 J.甘肃科技,2005(6):115-116.2 卢树奚.锚索-微型桩组合结构在怀阳高速公路 K26边坡滑坡中的应用 J.公路交通科技(应用技术版),2019(6):161-163.3 马晓文.高速公路滑坡分析和处治方案 J.四川建材,2020(12):167-168.4 陈凯.浅谈公路滑坡的分类及预防措施 J.工程技术,2009(13):117+119.5 李志玉.高速公路滑坡病害分析及治理 J.城市建筑,2019(9):173-174.