盧 歡，李 微

（1.中交通力建設股份有限公司，陜西 西安 710000；2.長安大學）

1 引言

目前，第三系半成巖的理論研究被“風化”、“巖石”等定名束縛，局限于巖石試驗或當前有限的試驗及檢測方法，不能準確地通過試驗來反應其實際工程性質[1]。第三系半成巖的力學強度低，因為該類巖體抗風化能力極差[2]，大多地質資料認為是強風化的結果，但這類巖體是無法劃分出明顯風化帶界限的，因為從幾米到數(shù)十米深度變化微乎其微，力學性質變化不明顯。《巖土工程勘察規(guī)范》指出[3]，泥巖和半成巖可不進行風化程度的劃分，說明第三系泥質巖較軟弱的特征是弱膠結原因，而非風化結果。因此，對第三系半成巖不能進行風化程度的劃分。Vaughan[4]于1993年提出把土和巖石看作連續(xù)變化的工程地質材料，土和巖石之間通過其結構和性狀相聯(lián)系，提出一種新穎的分類觀念和研究思路，在克服土力學和巖石力學相分離的同時，以給定相應指標范圍的基礎上，將半成巖劃入到新的巖土工程分級中。

聞垣高速古城聯(lián)絡線項目起于運城市垣曲縣華峰鄉(xiāng)車家溝村，銜接聞喜東鎮(zhèn)至垣曲蒲掌高速公路后，路線由北向南布設，途經王茅鎮(zhèn)、古城鎮(zhèn)、曹家?guī)X，終于黃河大橋橋頭前50m，接垣澠高速河南段，路線全長18.10km。其中K12+000至終點段上部地層巖性主要為第四系新黃土及洪積老黃土，下部為第三系砂巖、泥巖。截止目前，段落內已有3段深挖高邊坡出現(xiàn)坡面裂縫、坡體坍塌、滑坡等病害，本文對3段邊坡進行問題歸類，從地層巖性入手，分析邊坡出露、降雨等因素對邊坡巖土參數(shù)降低的影響及導致邊坡病害的產生原因，并以此提出防治設計要點，為同類地區(qū)、同類邊坡的公路邊坡設計提供參考。

2 項目概況

聞垣高速古城聯(lián)絡線項目K12+000 至終點段地處山西省垣曲縣境內，區(qū)內上部地層巖性主要為第四系新黃土及洪積老黃土，下部為第三系砂巖、泥巖，目前3段坡面裂縫、坡體坍塌、滑坡等病害的深挖方高邊坡分別為K14+560～K14+905 段右側邊坡（滑坡）、K16+094～K16+220 段右側邊坡（坡面裂縫）、K17+560～K17+705段右側邊坡（坡體坍塌）。

2.1 K14+560～K14+905段右側邊坡概況

K14+560～K14+905 段右側邊坡為挖方邊坡，最高挖方邊坡高度位于K14+680 處（中心挖高24.73m，挖方邊坡高度42.86m）。該邊坡自2018 年2 月開始開挖，開挖至四級邊坡中部，極易風化的半成巖泥砂巖層部分揭露，為順層邊坡，之后暴露在外。2018 年3 月12 日，K14+560～K14+740 段邊坡部分坡面發(fā)生“裂縫和坍塌”，2019 年4 月至5 月中旬，K14+740～K14+760 段右側開挖至二級邊坡中部，K14+760～K14+905 段右側開挖至路面頂2.2m，半成巖砂泥巖進一步揭示出露。2019 年5 月29 日，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)該段邊坡上部出現(xiàn)三道延伸3m～5m 的裂縫，且該處邊坡坡口外發(fā)育有多條貫穿裂縫，縫寬2cm～3cm，裂縫一直延伸至線外耕地處，最遠處橫向距中線144.3m。6 月5 日項目所在地遭遇降雨，6 月11 日，原位置裂縫已有變寬跡象，最寬處約8cm，且局部有不均勻沉降，兩邊錯臺約有20cm 高差，裂縫深度約為24m，6月14日夜即發(fā)生了較大規(guī)模的滑坡。

2.2 K16+094～K16+220段右側邊坡概況

K16+094～K16+220 段右側邊坡為挖方邊坡，最高挖方邊坡高度位于K16+230 處（中心填高1.39m，挖方邊坡高度35.24m）。該邊坡自2019 年9 月開挖，2019 年12 月4 日，路塹開挖至路床頂面，開挖揭露下部地層為第三系泥砂巖，為順層邊坡。12 月6 日下午，發(fā)現(xiàn)該段右側邊坡第一級邊坡坡面、第一級邊坡平臺，第二級邊坡平臺，第三級邊坡平臺，第三級邊坡坡口外均發(fā)育有裂縫，縫寬0.5cm～1.6cm，且第一級邊坡裂縫上部坡體部分已向外剪出。12 月12 日在距中線右側205m～326m范圍位置附近，發(fā)現(xiàn)有近似與路線中線平行裂縫，縫寬1cm～10cm。12月14日，在K16+286西南側找到新裂縫，寬度2cm～20cm，裂縫長度近100m。

2.3 K17+560～K17+705段右側邊坡概況

K17+560～K17+705 段右側邊坡為挖方邊坡，最高挖方邊坡高度位于K17+550 處（中心挖高45.65m，挖方邊坡高度35.50m）。該邊坡自2019 年8 月開挖，2019 年11 月23 日下午，K17+580 處右側邊坡第三級邊坡發(fā)生部分坍塌，同時發(fā)現(xiàn)K17+580 右側第三級邊坡平臺（沿路線縱向）上發(fā)育有貫通裂縫，滑裂體前緣延伸至第二級邊坡中下部位置?；洋w部分為第三系泥砂巖，敲擊較硬，滑裂體內部可見有明顯剪出面。

3 原因分析

上述3段挖方邊坡基本情況見表1。

表1 3段深挖方邊坡基本情況

3.1 K14+560～K14+905段右側邊坡滑坡原因分析

K14+560～K14+905 段挖方路基邊坡地質條件極為復雜。邊坡上層為新、老黃土，下層為卵石，透水性相對較好?；瑤е饕獮榈谌瞪皫r，含水量高，遇水易軟化且持水性能強，使其抗剪強度降低，易于形成潛在滑動面，且滑坡巖層順坡，容易產生順層滑坡；滑床主要為第三系泥巖，透水性差，形成一個相對阻水面，即中下部飽水后先沿砂泥巖結構面向臨空方向滑動，引起斜坡上部土體承受拉應力，進而產生拉張裂縫，反復灌水，抗剪強度降低，最終順著最大剪應力面產生變形滑動，形成統(tǒng)一的滑動面[5]。加之隨后恰逢降雨，更使滑坡發(fā)育加劇，造成了本次滑坡的產生。

3.2 K16+094～K16+220段右側邊坡裂縫原因分析

K16+094～K16+220 段右側邊坡上部覆蓋厚度不等的第四系黃土（粉質黏土），大孔隙和垂直節(jié)理發(fā)育為地表水的下滲提供了有利條件?；瑤林饕獮榈谌瞪皫r底部夾薄層泥巖，砂巖抗風化能力極差，遇水飽和后其物理力學性質指標顯著降低，泥巖層黏性較大，濕——很濕，遇水軟化且透水性能差、持水性能強，易形成一個隔水層使上部巖體強度急劇下降。在持續(xù)降雨條件下，雨水通過上部黃土的大孔隙結構及砂巖裂隙滲入至泥巖層，因其隔水性，逐漸使大量水匯聚到該層，使其含水量陡增，漸呈飽和狀態(tài)，抗剪強度降低[6]，當下滑力超過抗滑力時，先是坡體中下部巖土體沿該薄層泥巖層面向臨空方向滑移蠕動，形成開挖邊坡上的裂縫及剪出現(xiàn)象，其進一步發(fā)展有可能引起斜坡上部土體承受拉應力，產生拉張裂縫并最終形成滑坡。

3.3 K17+560～K17+705段右側邊坡坍塌原因分析

K17+560～K17+705 段右側邊坡巖質為第三系灰綠色砂泥巖，為順層巖層，砂泥巖抗風化能力極差[7]且具有膨脹性，這是該邊坡坍塌形成的先決物質條件。第三系砂泥巖，呈半成巖狀態(tài)，新鮮狀態(tài)下，物理力學指標較好，但暴露在外時，會吸水并風化成散體狀，物理力學指標迅速下降，當遇降水時，產生邊坡失穩(wěn)，形成崩塌。本挖方段落因未能做到開挖一級、防護一級，致使坡面形成張拉裂縫，邊坡前緣形成了崩塌，進而形成更陡峭的凌空面，加速邊坡失穩(wěn)，導致邊坡原有力學平衡破壞，產生蠕動，進而形成較大規(guī)模的坡面坍塌。

4 設計要點

針對于上述3段邊坡病害原因分析，其前期設計階段可采取以下措施進行規(guī)避：

①公路選線時，結合地質勘查結果，盡量避免開挖第三系砂巖、泥巖順層邊坡[8]，當不可避免時，盡量抬高路基，減小坡面開挖高度。

②在進行邊坡穩(wěn)定性計算時，巖體參數(shù)的確定除考慮新鮮巖樣試驗結果，還應考慮巖體裸露一定時間風化后的力學指標下降值，同時針對第三系砂、泥巖遇水易吸水并風化成散體狀的特性[9]，在邊坡穩(wěn)定性計算時應著重進行飽水工況的參數(shù)選取及計算。

③邊坡坡率設計時，緩邊坡造成坡面投影面積較大，雨水更易滲入，對坡面穩(wěn)定不利，相比于放緩邊坡坡率，適當增加平臺寬度并做好平臺排水設施能更好地的提高邊坡整體穩(wěn)定性系數(shù)。

④重視截、排水設計，導致第三系砂、泥巖參數(shù)降低最直接的影響因素為雨水滲入[10]，公路設計時，通過邊坡平臺設置平臺截水溝、坡頂設置坡頂截水溝、坡腳設置邊溝、每級邊坡做好封閉設施等措施，將對邊坡范圍有影響的降水迅速排出，降低雨水危害。

⑤施工過程中要求開挖坡面及時進行防護、封閉處理，務必開挖一級、防護一級，防護類型可選擇坡面封閉較好的護面墻、框架梁+生態(tài)袋、骨架植草等。

5 結語

現(xiàn)階段，我國公路建設發(fā)展十分迅速，但是由于地形和地質等多種因素的影響，高邊坡設計及施工過程中仍存在著較多的問題，這對路基高邊坡的防護設計水平提出了更高的要求。本文針對于半成巖地質特點，結合聞垣高速古城聯(lián)絡線項目，對于該地區(qū)第三系半成巖砂巖、泥巖順層高邊坡易產生的坡面裂縫、坡體坍塌、滑坡等病害問題進行分析，提出設計注意要點，為廣大基建人員提供設計參考。