广东煤系地层公路边坡病害机理分析及防治对策

摘要： 本文以京珠北高速K18+170～+275边坡为例，通过位移监测、理论分析、工程类比等方法对广东煤系地层的特点及病害机理进行了研究分析，并提出相应的防治对策，为煤系地层高边坡病害治理提供了可借鉴的工程经验。

关键词： 路堑高边坡；煤系地层；病害机理；防治对策；动态监测

中图分类号：TU457 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）17-0070-03

0 引言

煤系地层包括炭质泥岩、炭质页岩、含炭质粉砂岩等。煤系地层的岩性较为复杂，其公路边坡需要对地质情况进行充分的了解，设计与施工相互补充，根据现场开挖及工程地质调查及时对设计内容进行调整。我国在煤系地层边坡的研究较少，但仍有了一定的理论及实践基础。京港澳高速是我国高速公路的重点工程，其粤境北段（京珠北）分布较多煤系地层，运营期间出现了煤系地层边坡的严重滑坡事故。本文结合京珠北高速K18+170～+275边坡，利用位移测量、理论分析、工程类比等方法分析研究其病害机理及防治对策，以期对广东省煤系地层公路边坡防治提供参考。

1 边坡工程地质条件

1.1 地形地貌 该路堑位于管埠高架桥与双桥大桥之间，属低山丘陵区，地面较为平缓，自然坡度15～25°，地面高程225.0～259.0m，顺坡向小冲沟发育，路堑区坡面植被发育。路堑开挖区基岩。线路以直线形式通过，该左侧路堑为四级坡，线路走向176°，坡向266°，坡高约20m（见图1）。

1.2 地层岩性 本区位于碳酸盐岩与碎屑岩过渡地带。根据检查井开挖揭露，表层0～5.2m为坡残积粉质粘土（Q4dl+el）：褐黄色，硬塑，粘性较强。5.2～14.2m为石炭系（C）炭质灰岩夹炭质页岩：炭质灰岩为强～弱风化，微晶结构，中厚层状构造，节理裂隙发育，裂隙面见钙质充填，岩质硬、脆，岩芯呈碎块状；炭质页岩由泥质、炭质组成，岩石极软，浸水易软化，岩石呈碎屑状。14.2～18.0m为泥质细砂岩：强风化，裂隙发育，泥质充填。

1.3 地质构造 本区位于新华夏系北东向罗家渡断裂带附近，分布地层为石炭系（C）炭质灰岩、页岩、砂岩，岩层呈单斜状，分布较有规律，变化较小，产状280～300°∠ 25～40°，在炭质灰岩中发育120°∠60°、180°∠80°、240°∠ 80°三组节理，间距0.5～1.0m，裂隙中粘土和石英岩脉充填，在页岩、砂岩互层区发育50°∠70°、120°∠70°二组节理，间距0.1～0.3m，岩体破碎，全～强风化。

1.4 水文地质条件 本区经地质勘探揭示，均无地下水。但是随着土体及岩体全强风化层深度增加，含水量也逐渐增加，特别是土体与炭质灰岩接触带和炭质灰岩与砂、页岩过渡带，土体及风化层均为软塑状土，对边坡工程稳定不利。地表水主要为大气降雨，雨季地表水均沿坡面排泄，边坡土体有一定的渗透能力。2009年8月雨季调查时，在一级挡墙多处泄水孔见地下水出露，部分泄水孔水量较大。

2 病害机理分析

2.1 边坡原设计情况（见图2、3） K18+170～+225段第1级坡率1：0.25，采用C15片石砼挡土墙，高6.5m；第2级1：1.25，采用浆砌片石护面，高5.5m；第3级1：1.5，采用浆砌片石护面，高8m。K18+177～+225段一级平台设9根抗滑桩，桩径1.5×2.0m，水平方向间距6.0m，桩长12m；K18+194～+220段堑顶设6根抗滑桩，桩径2.0×3.0m，桩长28.0m，水平方向间距6.5m，与线路方向夹角23°。2006年4月和2007年10月，由于边坡变形严重，在K18+180～+210段二级以上坡面或平台采用钢花管注浆，坡面重新采用浆砌片石护面，在2007年10月注浆后，边坡位移较小。

K18+225～+275段边坡一级坡为C15片石砼挡土墙，高6.5m，二级坡采用护面墙，高5.5m，三级坡采用边坡渗沟+骨架植草防护（后期）。

2.2 边坡病害情况

2.2.1 深孔位移监测 该边坡在施工过程中设置了一个监测断面K18+194（见图2中1-1断面），其走向为281°，与线路走向夹角为105°。运营期间此边坡曾发生多次滑坍，2006年3月中旬和2007年11月采用钢花管注浆进行加固。至2010年10月，三级坡（K3钻孔）1m深度位置最大累计位移为107.9mm，较2009年11月（97.1mm）增加了10.8mm。二级坡（K2深孔）累计位移观测值为215.99mm，2009年7月0～4m深度位置累计位移观测值为195.97mm，较2009年7月份增加了20.02mm。

通过位移监测得知（见图4、5），该边坡三级坡的滑动面深度分别在7.5m和13.5m附近；二级坡滑动面深度在4m和10m附近。

位于高速公路路基右侧（检查站山侧挡墙顶）的K1测斜孔在2010年度整个监测时间内总累计位移增加了2.0mm，其中2010年暴雨影响期间增加为1.5mm，位移量较小（见图6）。位于坡顶的K4钻孔在2010年1月18日现场监测时已被泥沙堵塞，无法进行监测，但K4的整移量较小。

2.2.2 地表位移监测 在边坡设置坡面位移观测点，C1、C2布置于三级坡面，B2、B3布置于二级坡面。由已测得数据（见图7）可知，2006年度施工阶段坡面滑移量增长较快；2006年底至2007年3月，坡面滑移量较小基本稳定；2007年3月至10月坡面变形增长较快，采取钢花管注浆，坡面重新采用浆砌片石护面后，坡面基本稳定（2007年10月至2010年4月）；而2010年4月后降雨影响使坡面再度发生滑移，速率较快。

2.2.3 监测数据分析 根据地表位移和深孔位移监测资料，在2010年雨季后，上排桩以下部位出现滑动变形迹象，三级坡（K3钻孔）累计位移较2009年11月增加了10.8mm。二级坡（K2深孔）累计位移较2009年11月份增加了20.02mm。三级坡（C1、C2）地表累计位移较2009年11月分别增加44mm、32mm，二级坡（B2、B3）地表累计位移较2009年11月增加77mm、46mm。四级坡（K4）和路基靠河侧（K1）位移未发生明显变化。该监测资料表明由于受2010年雨季的强降雨影响，上排桩以下的一～三级边坡仍在继续滑动。边坡整体处于不稳定状态。

2.3 变形原因分析 ①边坡岩层呈顺坡向，产状为230～242°∠15～23°（坡向266°）结构面控制主滑面，产状为245～285°∠59～66°（坡向266°）结构面控制滑坡后缘；②坡体粘土层较厚，含水量55%以上，下伏地层为“劣煤层”泥炭质页岩与灰岩互层，劣煤层岩性软弱，多见滑动镜面，遇水易软化并降低其强度；③地下水位较高，砂岩、灰岩（破碎）透水，页岩隔水，且有多个含水层，孔隙水压力较大。

下排桩嵌岩段较短，且位于炭质页岩夹砂岩地层中，岩性差，锚固力不足，随着地质条件的不断恶化，形成沿炭质页岩与细砂岩、炭质页岩与灰岩交界面的多层滑动。这在深孔位移监测资料得到验证。

根据以上病害调查和稳定性分析，该边坡的岩体结构类型为顺坡层状边坡，其滑动破坏模式为完全平面式顺层多层滑动。

3 防治对策（见图2、3）

3.1 坡形坡率 维持原坡形坡率。

3.2 支挡工程 ①在K18+185.8～+267段二级坡中部设一排抗滑桩，桩编号分别为B1～B8、C1～C6，共设14根抗滑桩。B1～B8桩径为2.5×2.2m，桩中心间距6.0m，其中B1～B5桩长25.0m，B6～B8桩长23.0m；C1～C6桩径为2.2×1.8m，桩中心间距6.0m，C1～C3桩长21.0m，C4～C6桩长19.0m。桩的嵌岩深度应根据实际开挖地质情况进行适当调整。②修复开挖抗滑桩时所破坏的护面墙。

3.3 排水措施 ①在K18+218附近三级平台新设一个集水井，集水井直径4.0m，深20m，集水井与正在施工的检查井和排水盲洞采用4根DN125PVC管（倾斜度5%）相接，长度分别为18.0m、19.5m；集水井四周放射性设3排Φ110斜向集水孔（仰角5～10°），靠山侧设5根深20.0m集水孔，靠河侧设5根深15.0m排水孔，共设30根；集水井底部设9根Φ130竖向集水孔，每孔深10.0m。②在一级挡墙渗水严重地带，动态设置Φ110仰斜排水孔（仰角5～10°）（内插Φ80软式透水管）20孔，每孔深25.0m，沿线路方向间距3.0m。

4 结论

①广东煤系地层干燥时处于较坚硬状态，强度较高；遇水后极易软化，强度大幅降低，极易发生边坡病害。②针对广东煤系地层，主要以支挡为主，并辅以坡面防护，防止地表水下渗；而地下排水工程的目的是截断地下水对煤系地层的补给，防止地层软化，是煤系地层边坡病害的根治措施。

参考文献：

[1]JTG D30-2004，公路路基设计规范[S].

[2]杨航宇，颜志平，等.公路边坡防护与治理[M].北京：人民交通出版社，1998.

[3]李敏，秦小林.煤系地层路堑高边坡病害防治措施设计[J]，路基工程，2005，118（1）：72-74.

[4]刘伟.煤系地层路堑高边坡加固处理[J].公路交通技术，2004，（5）：15-18.

[5]姜静，江晓霞.广清高速公路煤系土路堑边坡设计[J].中外公路，2005，25（5）：27-29.