瑞贛高速公路邊坡問題的前瞻性分析

1、瑞贛高速公路邊坡問題的前瞻性分析    瑞贛高速公路邊坡問題的前瞻性分析吳克海1,2 杜宇飛1,2  許  兵1,2（1、江西省高等級公路管理局  南昌 330000）（2、江西省交通廳世行貸款瑞金至贛州高速公路項目建設辦公室 贛州 341000）摘  要：瑞贛高速公路所經區(qū)域為紅層，在建設的過程中可能出現(xiàn)一系列的紅層邊坡問題。文章通過對贛南紅層滑坡的機制分析提出了一系列針對紅層邊坡的處理方法。關鍵詞：道路工程；瑞贛；高速公路；紅層；邊坡；分析 0  前  言瑞贛高速公路是廈門至成都高

2、速公路在江西境內的一段，是江西省“三縱四橫”公路主骨架網中第四橫的一部分，也是江西省利用世界銀行貸款修建的第3號項目，總長117.12km，起于瑞金市石云山，與廈蓉線隘嶺（贛閩省界）至瑞金終點相接，經會昌、于都、贛縣，終于贛州市章貢區(qū)，與廈蓉線贛州城西段起點（黃金互通立交）連接，路線所經區(qū)域均隸屬于贛州市。路線呈東西走向，以低山丘陵地貌為主，地形侵蝕切割嚴重，植被較為發(fā)育。高速公路所經的區(qū)域贛州市位于江西南部，簡稱贛南地區(qū)，是我國南方典型的紅層分布區(qū)。贛南地區(qū)地形主要以低山丘陵和山區(qū)小盆地地形為主，整個區(qū)段內分布大大小小紅層盆地近50個，屬典型的區(qū)域性紅盆地形。紅層泛指侏羅系、白堊系與第三系砂

3、巖、泥巖、頁巖及其互層結構等軟硬相間的層狀巖體，這種淡紅色是由各種鐵化合物的顆粒涂層和包體引起的。紅層軟巖屬內陸河流、湖泊相沉積地層，沉積歷史較短，成巖程度差，有較強的環(huán)境效應和時間效應，巖體強度低，抗風化能力差，水敏感性強，遇水巖體強度大幅度下降，失水后易產生崩解，工程性質較差。而目前正在修建的瑞贛高速公路正是處于紅層分布區(qū)內，分布區(qū)內的邊坡，在開挖的過程中受各種地質營力的長期作用，巖體完整性不斷破壞，巖層層面結構強度不斷軟化，逐漸演化為滑動面，容易形成紅層順層滑坡。江西地處亞熱帶暖濕氣流的控制區(qū)，年降水量較大，全境地貌又以山地丘陵為主，是我國地質災害高發(fā)省份之一。因江西境內紅層分布廣泛，加

4、之紅層特殊的工程地質特性，紅層滑坡的數(shù)量在其中占到了很大比例，同時紅層滑坡造成的災害也十分嚴重，例如2002 年8月18 日，信豐縣小江鎮(zhèn)京九鐵路區(qū)段滑坡，使鐵路運行中斷長達70 h，造成重大經濟損失。在2005年贛州市主汛期，上猶、寧都、信豐、石城、安遠等11個縣（市）先后發(fā)生了程度不同的滑坡災害，僅5月份24天6次災害所造成的直接經濟損失超過2004年全年災害損失總和。從近年來贛州地區(qū)新建的幾條公路項目中可以看到，每條公路修建過程中均遇到了沿線有多處地段因施工誘發(fā)的工程滑坡和古滑坡復活的情況，很大程度上影響了建設工期和造價。已經修好的公路，兩側邊坡也出現(xiàn)了不同程度的崩塌、滑坡等事故，影響公

5、路的正常運營。從整體上看，贛南紅層滑坡，具有分布范圍廣、突發(fā)性強、滑動頻率高等特點，特別是對于在建工程，滑坡常常成為影響工程建設成敗的一個關鍵問題?；聻暮Τ藢е鹿こ淘靸r的大幅增加和工期延后外，在工程運行期間還可能因潛在危害而影響工程的正常運營,更嚴重的會威協(xié)國家和人民群眾的生命財產安全。因此對瑞贛高速公路建設過程中可能出現(xiàn)的紅層邊坡問題做前瞻性分析，并就相應防治措施做專項研究，對避免或減少滑坡災害的發(fā)生、保障人民群眾生命財產安全、減少國家經濟損失等均具有重要意義。同時，針對紅層滑坡這一具有典型區(qū)域特征的地質災害，在全面研究贛南區(qū)域內的紅層工程地質性質和紅層滑坡特性的基礎上，總結出贛南紅層滑

6、坡的滑動機理和防治方法，也可為全省乃至全國的紅層滑坡的研究與防治提供一定的指導和借鑒。1  關于贛南紅層滑坡的相關研究現(xiàn)狀就贛南紅層滑坡而言，不少研究人員已經做了許多實質性的研究，這些研究在很大程度上為瑞贛高速公路建設中可能出現(xiàn)的高邊坡問題的處理提供了借鑒和參考：1、魏麗等在機理方面提出滑坡穩(wěn)定性系數(shù)隨滑坡體地下水位上升幾乎呈直線下降的趨勢，穩(wěn)定系數(shù)與降水量反相關且有滯后性。通過大氣降水和滑坡穩(wěn)定度研究，初步確定了江西省滑坡災害預警預報降雨量臨界值，并通過試驗證明，紅層滑坡是可以預報的。2、朱星球，單九生等通過對江西滑坡3d內降水與滑動分析，指出滑坡發(fā)生的基本條件是當天或前2d內有暴

7、雨，但強降水，如日雨量200mm的降水并不一定能引起泥石流、滑坡，其中降水累計作用不可忽視。3、曾昭華通過構造與滑動的關系研究，證明多數(shù)滑坡的滑動方向與構造面傾向基本一致。巖層或斷層面向邊坡內部傾斜時，邊坡穩(wěn)定性好，反之則穩(wěn)定性差。尤其是當邊坡角大于巖層、斷層傾角并有軟弱夾層或巖層裂隙發(fā)育時，穩(wěn)定性更差。新構造運動強烈地區(qū)，滑坡較發(fā)育。4、邊曉庚從巖土類型、風化殘坡積層巖性及厚度、地形地貌、構造、巖體結構類型等方面對定南縣紅層滑坡加以分析，指出人工切坡及強降水是誘發(fā)滑坡的最主要的因素。5、鄭明新通過對京九鐵路贛南段的滑坡研究，提出區(qū)段分類模型，并將模糊數(shù)學綜合評判用于鐵路滑坡及路基病害的區(qū)段評

8、估，采用降水量作為控制因子，開展對該區(qū)段病害的中長期預測，并提出汛期路堤滑坡及堤坡溜坍追蹤預警雨量值。6、鄭乾墻、杜宇飛等將模糊數(shù)學的方法用于滑坡預測，具有計算較簡單且較以往純定性的危險性評判效果更好，并證明該方法用于滑坡的危險性評判是可行的。提出在確定危險性等級劃分表時，應結合實際調查情況，多考慮一些有影響的因素，并應分出主次。7、滑坡防治方面，劉全洪等針對中小滑坡，采用植林禁墾、規(guī)范開挖、填土護坡、削坡?lián)跬恋却胧?，取得了良好效果。對于大型滑坡治理，趙衛(wèi)楚等在贛粵高速公路某古滑坡多次治理中，采用擋土墻、抗滑樁、鋼管樁等支擋方式，結合排水、止水、植被等輔助措施綜合治理，取得了良好效果。胡國祥等

9、對于治理建筑物下邊坡滑動，采用抗滑樁結合連續(xù)梁的總和防治措施，也取得了良好效果。此外抗滑明洞、預應力錨索等技術在泰贛高速公路的一些高邊坡工程中得到應用，也取得了良好的效果。其中采用預應力錨索結合表面噴護，能有效地提高了邊坡的整體穩(wěn)定性和外露基巖抗風化能力，對順層滑坡有良好的防治效果。陳洪等從植物防護展開研究，提出了香根草加護邊坡的措施和理論，并在上饒分水關改造工程10000m邊坡香根草護坡試驗中取得成功，在其他公路興國公路段、新余公路段、都昌公路段及田波線改造工程中推廣應用。2  贛南紅層滑坡的機理 為了進一步弄清贛南紅層滑坡的機理，選取瑞金葉坪鄉(xiāng)黃沙滑坡作為研究對象，并采

10、用FLAC對其進行數(shù)值模擬。該邊坡位于瑞金市村華屋村民小組屋場后，縱向長度為106.15m，前緣寬度為77.0m，中部（略偏后緣）寬度57.3m，平面形態(tài)呈一近半圓狀。其滑體厚度為5m-18m，推算其平均厚度為15m，滑體方量為10.7萬m3，屬中層中型巖（土）質滑坡體，滑動方向為1050-1150。調查資料顯示，首次發(fā)現(xiàn)明顯蠕變在1999年元月份。蠕變導致滑坡體后、側緣邊界產生深大裂縫，后緣山坡體向下錯滑，幅度為1.0m-1.6m；前緣嘴處民房墻體開裂、地面（局部為混凝土地面）鼓丘狀破壞，鼓起高度38cm。此后滑坡體一直處于活動蠕變階段。在2000年8月2425日的一場暴雨（降雨量>1

11、00mm）過后，后、側緣形成的壁坎高增大至2.0m-2.6m，滑坡體中、后緣橫向弧形地裂縫進一步發(fā)育，裂縫規(guī)模延伸已貫通整個滑體后側邊緣，且與側縱向裂縫相連成一整體，裂縫可插深為0.5m-2.5m，寬以0cm-20cm多見，最寬為60cm，存在由后緣部向中部逐漸減小的規(guī)律性。西側前緣見兩條縱向發(fā)育的裂縫；前緣坎處出現(xiàn)大面積的崩塌；前緣嘴處“鼓丘”現(xiàn)象更為明顯，混凝土地面鼓起破壞更嚴重，墻體裂縫加大，門窗傾斜，損壞房屋13間。 圖1  滑坡剖面示意圖滑坡屬于中型滑坡，通過對滑坡剖面及整個滑動過程的分析，分析認為：1、滑坡體為厚層泥質粉砂巖、泥巖和層厚積風化殘坡，滑帶為泥巖和粉

12、砂巖間存在的一組泥化軟弱夾層，滑坡屬夾層破壞型滑動。低強度、易風化的坡體結構，是坡體滑動的物質基礎。2、前期在坡腳開挖建房，破壞坡體平衡，誘發(fā)坡體輕微滑動；后在修建昌廈公路時，在滑坡體前緣大量開采土石料，采掘后并未對土石場進行加固防護，使坡腳處長期臨空暴露，進一步降低了坡體的抗滑力。采土削方造成坡腳臨空，引發(fā)坡體蠕動變形，坡內逐步形成滑動面并最后貫通，從而抗滑系數(shù)不斷降低，最終發(fā)生滑動。人工作用是滑坡形成的動力根源。3、坡體經過前期長時間蠕變，內部平衡已接近臨界狀態(tài)。暴雨帶來強降水導致滑體自重增加，同時滑帶抗滑力迅速減小，最終導致坡體滑動。暴雨是滑動產生的誘發(fā)因素。數(shù)值模擬顯示：紅層滑坡的發(fā)生

13、及破壞過程是分階段進行的，在這個過程中，外部特征和內部變化相伴相生，并在每一階段都表現(xiàn)出不同的特征和變化，總的來說，紅層邊坡發(fā)生滑動共分五個階段進行。 圖2  原有坡體模型圖 圖3  原始坡體位移矢量圖 圖4  初次開挖后位移矢量圖 圖5 二次開挖后位移矢量圖2.1  蠕動拉裂階段坡體在地表水、人工開挖或加載、地下水位變動等作用下，引起坡體內部應力調整，導致坡體內中下應力集中，或該處軟弱帶巖土強度逐漸降低，與此同時坡體蠕動導致剪切應力不斷增加，當剪切應力大于巖土強度時，就會產生塑性變形蠕變。  

14、  2.2  勻加速變形階段裂縫的出現(xiàn)，給地表水的灌入和下滲提供了有利條件，變形將進一步緩慢發(fā)展，此階段，后緣裂縫的變化趨勢是加長、加寬，并開始出現(xiàn)錯臺并逐漸加高，滑體兩側相繼出現(xiàn)少量羽狀剪切裂縫，滑坡前緣因滑面尚未破壞，在抗滑段產生不明顯放射狀裂縫和鼓脹裂縫，整體滑面尚未完全貫通，滑坡變形處于積累階段。2.3  加速變形階段隨著變形累加的繼續(xù)發(fā)展，滑坡后緣裂縫進一步加寬，漸趨貫通，錯臺明顯，兩側動體與不動體之間羽狀剪切裂縫增多，有抗滑段的滑坡前部，出現(xiàn)明顯鼓張裂縫和扇形裂縫，無抗滑段的滑坡前緣有落土、坍塌或小規(guī)模滑動現(xiàn)象，此階段，滑動面(帶)基本或全部趨于貫通，

15、地表各部分變形漸趨明顯，隨時有發(fā)生滑坡的可能。     2.4  急劇變形解體階段此階段，滑坡后部及兩側主裂縫貫通，兩側剪切裂縫錯開，滑動距離不斷增加，致使滑帶(面)結構迅速破壞，滑體滑動速度不斷增大，滑體出現(xiàn)不同程度的解體，最終脫離母體，整體滑出。2.5  穩(wěn)定壓密滑動終止階段滑動或劇滑后，滑體能量釋放，重心降低，并存在不同程度的排水，同時，因滑動體堆置于坡腳，增大抗滑力，滑坡體遂在自重的作用下進入壓密固結階段，地表裂縫逐漸消失，滑坡漸趨穩(wěn)定。3  瑞贛高速公路邊坡問題處理的前瞻性分析通過以上對贛南紅層滑坡機制的分析，同時

16、結合以往邊坡的處理辦法，認為在瑞贛高速公路邊坡的防護中可以參考以下原則：1、遵循“以防為主，先防后治，防治結合”的治理原則，將紅層邊坡防治作為一項系統(tǒng)工程來對待，防治中對各種影響因素應予以全面綜合考慮。2、針對贛南以小邊坡、矮邊坡為主的特點，對于區(qū)域性防治而言，應充分注意預防滑坡的重要性。同時應在工程建設中注意做好前期地質調查，確定滑坡分布危險區(qū)域。3、在小型邊坡防護中，宜采用削方減重、坡面反壓、截流排水、植被護面、小型支擋等簡易措施進行防護，簡單有效。4、在大中型高邊坡的防護中，宜采用截排支擋的綜合防護措施，其中抗滑樁、預應力錨索、抗滑明洞等近年來新采用的防治方法，對順層滑坡防治效果明顯，如在贛龍鐵路于都縣與會昌縣交界的小密鄉(xiāng)境內馬蹄徑隧道滑坡、贛定高速公路左線K98+120K98+240段龍南互通古滑坡等災害防治中已經具體應用并獲得成功，有較大的推廣價值。5、應將綠色防護作為瑞贛高速公路邊坡防護的一項主要手段，在適宜植物生長的土質邊坡、服務區(qū)、互通，根據土壤、氣候特點栽種花草樹木，不但可以防風護坡，又可以恢復因建路而破壞的生態(tài)平衡，起到美化環(huán)境、吸收尾氣、誘導視線的作用。4  結  語作為世行貸款的江西3號公路項目，邊坡