公路路塹邊坡滑坡穩定分析及治理工程設計

陳耀華 李瑩 朱亞萍

摘 要：滑坡是山區高速公路的主要病害之一，文章以西南地區某高速公路滑坡為例，從滑坡形成的不良地質環境、施工活動及降雨等方面，對滑坡的成因及穩定性進行了分析，介紹了采用錨索樁板墻與抗滑擋墻相結合的綜合治理措施及滑坡監測方法。

關鍵詞：滑坡穩定；治理；錨索樁板墻；抗滑樁

滑坡是山區高速公路的主要病害之一，本文以西南地區某在建高速公路一挖方邊坡發生滑坡為例，通過現場踏勘調查和工程地質勘察，從地質概況、現場施工活動及降雨等方面對滑坡的成因進行了分析與評價，并對其穩定性進行計算，在此基礎上提出錨索樁板墻與抗滑擋墻相結合的綜合治理措施。

1 概述

西南某在建高速公路煤炭埡隧道出口段（K126+845～K127+070）路基原為挖方路基，受多次連續強降雨的影響，左側邊坡坡體出現裂縫及下沉現象（滑坡），形成不穩定斜坡體。該段路基從一堆積體中下部通過，原設計中樁最大挖方高度12米左右，邊坡最大高度19米。左側挖方采用2級邊坡，第一級邊坡分級高度10米，坡率1：0.75，第二級邊坡坡率1：1，防護形式均為噴播植草。

滑坡發生時，部分左幅路基段K126+850～K126+900已開挖7米深左右，離路床頂還有5米左右尚未開挖；部分路基段K126+900～K127+070段路基目前基本已開挖到路面頂部高程。現挖方邊坡后緣已形成多道的拉裂縫，裂縫寬度5～30cm不等，同時不穩定斜坡體上部分房屋已開裂，斜坡體上方有處縣級文物，暫未受影響。

通過工程地質踏勘分析認為本段坡體所發生的局部開裂現象系因連續強降雨天氣加上前緣開挖坡腳產生臨空面，導致該段局部地層工程性能變差所引發，屬牽引式滑坡。在滑坡體主滑段位于挖方路基左側，由于目前ZK126+850～ZK126+900段路基標高還未到達設計高度，隨著開挖深度的增加，若受暴雨影響，滑坡體還將繼續擴大、破壞，很可能發生更大的滑移，原設計的放緩坡率+植草防護已難以支擋，為了確保滑坡體下方高速公路的安全，急需進行加固整治。

2 地質概況

2.1 地形地貌

滑坡區位于測設里程K126+840- K127+070左側。該段地形東高西低，該段地貌單元屬緩坡，原地形坡度較緩，約15°左右，現因施工開挖，坡腳地段出現高陡臨空面（詳見圖1、2）。

2.2 地層巖性

據1：2000工程地質調繪、坑探、鉆探和室內巖土測試，該段山坡內地層巖性主要由Q4c+dl崩坡積形成的粉質粘土、混碎石粉質粘土、粘土及Q4al沖積形成的粘土構成，下伏基巖為J2S泥巖，局部地段為Q4me人工填土構成。按成因時代自新到老分別敘述如下：

2.2.1 Q4me人工填土

①Q4me人工填土：雜色，主要為修筑在建公路路基的填筑物。

2.2.2 Q4c+dl崩積、坡積物

②Q4c+dl粉質粘土：黃褐色，土質不均，結構較密，混10%左右碎石和角礫，局部可見砂巖塊石，濕，硬塑-可塑。該層廣泛分布在坡體近地表地段。揭露厚度介于2.20-10.50米。

③Q4c+dl混碎石粉質粘土：灰黃色，土質不均，混30%-40%左右碎石，局部碎石富集成層，濕，可塑。該層分布在ZK5、TK1、TK2、TK3、TK4、TK5孔附近地段，揭露厚度介于2.80-5.30米。

④Q4c+dl粘土：紅褐色，土質不均，結構致密，混10%左右碎石，濕，可塑。該層分布在ZK2孔附近地段，揭露厚度3.60米。

2.2.3 Q4al沖積物

⑤Q4al粘土：灰褐色，土質較均，結構致密，含粉砂顆粒，局部夾青色砂巖顆粒，粘性大，濕，可塑。該層分布在ZK2、ZK4、TK6孔附近地段，揭露厚度介于3.60-4.8米。

2.2.4 J2S基巖

⑥J2S強風化泥巖：紅褐色，泥質結構，層狀構造，節理裂隙發育，巖芯破碎，多呈碎塊狀及餅狀。該層各鉆孔均有揭露，揭露厚度介于0.50-4.6米。

⑦J2S中風化泥巖：紅褐色，泥質結構，層狀構造，節理裂隙發育，巖芯多呈柱狀，局部呈塊狀及餅狀。該層各鉆孔均有揭露，最大揭露厚度7.0米，未揭穿。

2.3 氣象與水文

場地屬亞熱帶季風氣候。主要特征是：四季分明，冬暖、春早、夏熱、秋雨、多云霧，雨熱同季，光照同步；無霜期長，光照適宜，雨量充沛，氣候溫和，適宜于農、林、牧、漁業的發展。年均溫15.8℃～-17.8℃，一月均溫5℃～-6.9℃，七月均溫26℃～28℃，霜雪少見，年均降水量在980～1150mm。

場地地表水主要以沖溝內溪流及大氣降水形成的暫時性面流和股流為主（詳見圖3、4）。沖溝內溪流具有季節性，平時水量較小，暴雨后水量較大。大氣降水形成的暫時性面流和股流原主要匯聚于沖溝內，現因施工開挖改變原地貌造成大氣降水局部匯聚于坡腳地段。

2.4 地下水

該坡體內地下水主要為第四系松散堆積物孔隙水，賦存在場地②Q4c+dl粉質粘土、③Q4c+dl混碎石粉質粘土地層中，水位埋深1.2-9.1m，主要接受大氣降水和沖溝內溪流的下滲補給，通過蒸發及向下部基巖滲透的方式排泄。

2.5 地震烈度

場區地震少而弱，震級一般3～5級，烈度一般多在6度以下。據《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）滑坡體區設計基本地震加速度值為0.05g，地震動反應譜特征周期值為0.25s，抗震設防烈度為Ⅵ度，屬第一組。

3 滑坡穩定性分析與評價

3.1 滑坡體形態及規模

在建高速公路從滑坡體下部通過，線路里程K126+845～K127+100，路段長260m。據工程地質調繪、坑探及鉆探成果，該滑坡可分為兩個區域——滑坡1區、滑坡2區。滑坡類型為牽引式淺表覆蓋層滑坡，滑動方向為249°，滑動地層為：②粉質粘土、③混碎石粉質粘土，滑床地層為⑥強風化泥巖。滑坡1區滑體長約85m，前緣寬約100m，厚5.4-11.8m，面積約8750m2，滑體規模約78700方，屬中型滑坡；滑坡2區滑體長約44m，前緣寬約56m， 厚8.9m，面積約2450m2，滑體規模約21800方，屬中型滑坡。滑坡1區和滑坡2區滑動地層主要為第四系為崩坡積粉質粘土、混碎石粉質粘土及沖積粘土層，滑床基本以強風化泥巖層為主。

3.2 滑坡體成因機制分析

據鉆探成果揭示，該滑坡所處地段地層主要由崩坡積形成的：②粉質粘土、③混碎石粉質粘土、④粘土及沖積形成的⑤粘土、⑥強風化泥巖和⑦中風化泥巖所構成。其中近地表處分布的②粉質粘土、③混碎石粉質粘土地層因孔隙發育或結構疏松易于地表水體下滲，其下發育的泥巖層，為上部地層下滲水的良好隔水層。

據該滑坡發展趨勢來看，在建公路邊坡開挖產生臨空面后，因位于邊坡坡腳地段的地層遇水軟化后工程性能變差，引發坡口上方局部發生開裂和坍塌，隨連續降雨滑坡體逐級向坡體上方發展，最終產生牽引式滑坡。

綜上所述，該滑坡形成的主要因素為：在建公路邊坡開挖產生臨空面。邊坡坡腳地段的地層匯水軟化，使坡口上方局部發生開裂和坍塌。連續降雨和上部地層下滲水體的疊加不僅使位于邊坡坡腳地段地層加速軟化，而且使坡口上方局部發生開裂和坍塌地段的土體荷重增大，加速向臨空面處滑坡。滑坡體逐級產生臨空面逐步向坡體上方發展，產生牽引式滑坡。

4 滑坡治理工程設計

通過對本滑坡穩定性的詳細調查，根據滑坡體地質條件，在對其形成機制分析的基礎上，在滿足滑坡的穩定性和工程安全性的前提下，綜合考慮地質、安全、造價等因素，提出設計方案如下：推力較大路段的采用下部錨索樁+樁前清方（距路基邊溝上方約8m左右的位置設抗滑樁），推力較小路段采用抗滑擋土墻。

采用抗滑樁作為永久性工程安全性較高，且本段不穩定斜坡體存在多級潛在滑面，在前緣設置樁板墻，可防止不穩定斜坡體越過樁頂滑動。

4.1 設計工況及參數

4.1.1 現滑面設計參數

本次穩定性計算中，滑動面的設計參數主要依據地勘資料，同時，對現滑面進行反演，即對原開挖后的坡體線進行了恢復，根據實際情況，在路塹邊坡開挖后坡體產生了滑動，也就是說開挖后的坡體穩定性系數是小于1.0的，據此，按極限平衡法對坡體的穩定性系數進行了反算后（反演K取0.99），最終綜合選取滑動面的設計參數如下：

（1）滑坡1區（1-1斷面）：

a.滑動面強度參數：飽和粘聚力C=12.5KPa，飽和內摩擦角？椎=11.5°。滑體的飽和容重取21.5kN/m3。

b.滑動面強度參數C=14KPa，滑動面的天然內摩擦角？椎=12.5°。滑體的天然容重取21kN/m3。

（2）滑坡1區（2-2斷面）：

a.滑動面強度參數：飽和粘聚力C=12.5KPa，飽和內摩擦角？椎=10.5°。滑體的飽和容重取21.5kN/m3。

b.滑動面強度參數C=14KPa，滑動面的天然內摩擦角？椎=12.5°。滑體的天然容重取21kN/m3。

（3）滑坡2區：

a.滑動面強度參數：飽和粘聚力C=12.5KPa，飽和內摩擦角？椎=11°。滑體的飽和容重取21.5kN/m3。

b.滑動面強度參數C=14KPa，滑動面的天然內摩擦角？椎=12°。滑體的天然容重取21kN/m3。

4.1.2 設計工況、設計推力計算

設計工況1：暴雨。按規范要求，設計安全系數：K=1.15；設計工況2：天然。按規范要求，設計安全系數：K=1.2。

采用《公路路基設計規范》（JTG D30-2004）和《巖土工程勘察規范》（GB50021-2001）中推薦的傳遞系數法計算滑體推力，計算剖面采用主滑剖面，計算結果見下表1所示。綜合兩種設計工況，均取其不利推力作為本次設計推力。

表1 滑體設計推力計算結果

4.2 設計方案

由于路基開挖后不同路段所產生的滑面及推力均不同，為保證路基的穩定性，本次設計分4個區間樁號分別對塌方邊坡進行針對性的加固整治。

4.2.1 K126+836～K126+921段路基左側（代表性斷面圖1-1）：采用錨索樁處治方案

設計基本參數：矩形截面抗滑樁編號為B型樁板墻，布置于路塹邊溝外邊緣8m處。樁長h=28m；受荷段h1=16m；錨固段總長h2=12m。樁截面：2.2×3.2m，樁心間距5m。地基系數K=0.15×106Kpa/m。樁身混凝土強度等級：C30。

樁身內力計算：采用抗滑樁計算程序進行樁身內力計算，結果如下：最大剪力=7825kN，最大彎矩=60840kN·m，最大側應力σmax=1127。

第1道錨索水平拉力=470kN，距離樁頂0.5m；第2道錨索水平拉力=450kN，距離樁頂2.5m；第3道錨索水平拉力=430kN，距離樁頂4.5m。

錨固段深度判斷：取巖石裂隙、風化及軟化程度的折減系數C=0.3，巖層產狀折減系數K1=0.5，據工程地質詳勘報告：泥巖強風化飽和極限抗壓強度取R=σc=8.8MPa，則K1×C×R=1320kPa>σmax=1127，錨固段滿足深度要求。

坡面防護：抗滑樁樁頂邊坡坡率采用1：2.5，坡面采用菱形網格護坡植草防護，K126+836～K126+856段采用A型抗滑樁。

圖5 代表性斷面圖1-1設計圖

4.2.2 K126+925～K126+978段路基左側（代表性斷面圖2-2'）：采用錨索樁處治方案

設計基本參數：矩形截面抗滑樁編號為C型樁板墻，布置于路塹邊溝外邊緣8m處。樁長h=24m；受荷段h1=13m；錨固段總長h2=11m。樁截面：1.7×2.3m，樁心間距5m。地基系數K=0.15×106Kpa/m。樁身混凝土強度等級：C30。

樁身內力計算：采用抗滑樁計算程序進行樁身內力計算，結果如下：最大剪力=4350kN，最大彎矩=31171kN·m，最大側應力σmax=722。

第1道錨索水平拉力=450kN，距離樁頂0.5m；第2道錨索水平拉力=430kN，距離樁頂2.5m。

錨固段深度判斷：取巖石裂隙、風化及軟化程度的折減系數C=0.3，巖層產狀折減系數K1=0.5，據工程地質詳勘報告：泥巖強風化飽和極限抗壓強度R=σc=8.8MPa， 則K1×C×R=1320kPa>σmax=722，錨固段滿足深度要求。

圖6 代表性斷面圖2-2設計圖

4.2.3 K126+978～K127+038段路基左側（代表性斷面圖（3-3'）：采用抗滑擋墻處治方案

設計基本參數：抗滑擋墻采用現澆C15片石砼。圬工砌體容重：24KN/m3，擋土墻穩定系數：抗滑動穩定系數KC≥1.3，抗傾覆穩定系數Ko≥1.5；基底摩擦系數=0.40，地基土摩擦系數=0.5。

經驗算：地基土層水平向：滑移驗算滿足：Kc =1.354> 1.3，傾覆驗算滿足：K0=3.363>1.5，地基承載力驗算滿足：最大壓應力=280<= 400kPa，均滿足要求。

坡面防護：防護措施施工完畢后，墻頂的邊坡左側邊坡采用錨桿框架。

圖7 代表性斷面圖3-3設計圖

4.2.4 K127+038～K127+100段路基左側（代表性斷面圖（4-4'）：采用抗滑擋墻處治方案

設計基本參數：抗滑擋墻采用現澆C15片石砼。圬工砌體容重：24KN/m3，擋土墻穩定系數：抗滑動穩定系數KC≥1.3，抗傾覆穩定系數Ko≥1.5；基底摩擦系數=0.40，地基土摩擦系數=0.5。

經驗算：地基土層水平向：滑移驗算滿足：Kc=2.14>1.3，傾覆驗算滿足：K0=4.754>1.5，地基承載力驗算滿足：最大壓應力=200<= 400kPa，均滿足要求。

坡面防護：防護措施施工完畢后，墻頂的邊坡左側邊坡采用菱形骨架防護。

圖8 代表性斷面圖4-4設計圖

5 滑坡監測工程設計

為了取得滑坡滑面確切位置、滑坡滑動參數、保證滑坡治理工程施工中的安全及為治理工程施工提供滑坡穩定狀態或變形特征的信息，指導安全施工，同時掌握治理工程實施后的效果，需進行滑坡的監測設計。主要監測任務包括：地面裂縫觀測、滑體變形觀測、實施工程的變形觀測。

設置深孔位移監測，從而為準確判斷滑面、地下水、滑坡位移及治理后的工程效果提供相應數據。

為進一步測控坡體變形情況，需在至少5個斷面上設置觀測樁，在施工過程中監測剪出口、滑體中部、后部；鋼管樁系梁施工完畢后分別在其頂設置觀測樁，定期觀察不得少于2個雨季；每個斷面上布設的觀測樁應該兼顧觀測前緣、中部和滑體后部（最遠裂縫位置外側），記錄坡體變化情況，及時溝通變化情況，以便根據現場實際情況加強動態設計。

5.1 監測點布設

滑坡裂縫：對滑坡裂縫上布置4個觀測點，進行施工期間的裂縫監測。

施工中以及施工后滑坡位移監測：在主滑斷面上布設5個觀測點進行地表位移監測。

施工后在每排樁各選取6根樁，在樁頂設置監測點進行監測。

5.2 觀測頻率與周期

施工前及期間：對裂縫安排專人每天定時觀測、記錄。遇有降雨時，每天早晚各觀測一次；對監測點每星期觀測一次，遇有降雨時，在每次雨后應及時觀測。

工后觀測：滑體位移變形半年內每15天觀測一次；半年后，每月觀測一次。在有連續降雨或暴雨時，雨后24小時內加密觀測一次。

觀測完成后，觀測人員應當天及時對所采集的數據進行分析整理，及時向設計人員提供，以便使設計人員對滑坡的穩定狀況、結構受力狀況有全面了解，達到動態設計的目的。

6 結束語

滑坡的形成原因是多因素造成的，雨水是誘發滑坡的主要外因，人類工程活動是誘發滑坡的重要原因。滑坡整治首先要分析滑坡的性質和形成原因，結合具體地質情況，以排水、清方減載和抗滑支擋相結合進行綜合治理。滑坡監測為可靠度提供重要的依據，通過對監測采集的數據分析，為今后滑坡性質的分析和工程治理提供經驗。

參考文獻

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作者簡介：陳耀華（1981-），男，福建莆田人，2005年取得長沙理工大學交通土建工程專業本科專業，工程師，中交第一公路勘察設計研究院有限公司，從事路基路面設計。