高速公路項(xiàng)目中滑坡的分析與治理

李鳳嶺

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

1 項(xiàng)目背景

霍州至永和關(guān)高速公路位于山西省臨汾市，是山西省高速公路網(wǎng)規(guī)劃“三縱十二橫十二環(huán)”第八橫的重要組成部分。霍州南互通位于霍永高速K12+320—K13+760處。

本處滑坡發(fā)生在霍州南互通AK2+100—AK2+470段（含有霍州南互通收費(fèi)站、收費(fèi)站管理區(qū)及回轉(zhuǎn)區(qū)），為挖方路塹，最大邊坡高度約33 m（路基右側(cè)）。

2 滑坡的形態(tài)及發(fā)生、發(fā)展過(guò)程

滑坡后緣高程為624.5 m，前緣高程為572.4 m，高差 52.1 m，坡度為 45°。滑坡前緣寬度為360.0 m，順主滑方向長(zhǎng)度257.0 m，滑體最大厚度為45.0 m。

圖1 滑坡現(xiàn)場(chǎng)情況

該處滑坡的發(fā)展大致經(jīng)歷了3個(gè)階段：

a）第一階段 A匝道AK2+100—AK2+230回轉(zhuǎn)車道路塹邊坡坡面及坡頂處出現(xiàn)寬窄不一多條拉張裂縫，坡頂出現(xiàn)1～2 m高差的錯(cuò)臺(tái)，局部邊坡塌落。

b）第二階段 邊坡塌落范圍增大，AK2+290—AK2+420段右側(cè)邊坡產(chǎn)生滑塌，坡體上的剪切裂縫繼續(xù)延伸擴(kuò)展，錯(cuò)臺(tái)高差增大，最大高差達(dá)到6 m，路基坡腳處出現(xiàn)隆起。

c）第三階段 邊坡滑塌范圍繼續(xù)擴(kuò)大，并且逐步連通，整個(gè)坡面有整體下移趨勢(shì)，下方施工便道擠裂，山體坡腳隆起加大，并出現(xiàn)多條鼓張裂縫。

3 滑坡的地質(zhì)勘查情況

3.1 地形地貌及地質(zhì)構(gòu)造

滑坡為西北向東南傾斜的單邊坡，所處地貌單元屬褶皺斷塊溶蝕剝蝕中山區(qū)，滑坡自然坡度在30°～45°之間。

3.2 地層巖性

滑坡區(qū)上層為第四系上更新統(tǒng)（Q3）粉土，主要分布于滑坡坡面，厚度約為3.0～9.6 m。下臥石炭系中統(tǒng)太原組（C3t）強(qiáng)風(fēng)化泥巖、砂巖、炭質(zhì)泥巖及中等風(fēng)化炭質(zhì)泥巖、石灰?guī)r。

3.3 水文地質(zhì)

坡體內(nèi)主要為松散層孔隙水，含水性弱，主要接受大氣降水補(bǔ)給。滑坡區(qū)基巖裂隙水基本上以點(diǎn)滴狀下滲，下滲面不連續(xù)。

3.4 勘查結(jié)論

該滑坡為多滑面的推移式順層巖滑坡。滑面為石炭系太原組炭質(zhì)泥巖，滑坡受泥化軟弱夾層和順傾節(jié)理控制。

4 滑坡的治理過(guò)程及最終治理方案的確定

當(dāng)滑坡處在第一、二階段時(shí)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況及地質(zhì)調(diào)查，確定滑坡性質(zhì)為推移式滑坡。初步方案為在滑坡的主滑段上部進(jìn)行刷方減載，反壓坡腳，在坡腳處設(shè)置漿砌片石抗滑擋墻。

經(jīng)過(guò)初步治理后，滑坡基本穩(wěn)定，但由于春融來(lái)臨、降水沿邊坡下滲及房建場(chǎng)地土方開(kāi)挖卸載后，滑坡發(fā)展進(jìn)入第三階段。本階段滑坡治理方案的確定主要考慮了以下兩方面因素：

a）坡頂紅線外20～30 m處有3座220 kV高壓電塔，如果拆遷，社會(huì)影響及經(jīng)濟(jì)損失均較大。

b）鐵塔距離坡頂很近，卸載空間小，卸載效果不佳，卸載后須對(duì)鐵塔基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理，安全風(fēng)險(xiǎn)較大。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況、地質(zhì)調(diào)查資料及滑坡的發(fā)展趨勢(shì)，綜合考慮，邊坡卸載方案不可行，宜采用抗滑樁對(duì)滑坡進(jìn)行治理。

5 抗滑樁設(shè)計(jì)

5.1 抗滑樁截面型式及尺寸的選擇

為避免邊坡繼續(xù)變形影響電塔運(yùn)營(yíng)安全、導(dǎo)致路基整體失穩(wěn)等危險(xiǎn)情況的發(fā)生，應(yīng)及時(shí)有效對(duì)滑坡體進(jìn)行加固。滑坡體較為松散，采用人工挖孔的矩形樁，施工速度慢，且存在較大的安全隱患，故本方案采用能夠利用大型機(jī)械施工的圓形樁。

結(jié)合已竣工項(xiàng)目的成功經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)前的施工情況及現(xiàn)有工程設(shè)配，以便于快速開(kāi)展施工，盡早穩(wěn)定滑坡體，減小安全隱患為原則，采用工程類比法，確定抗滑樁直徑為1.6 m。

5.2 抗滑樁位置的確定

以確保高壓鐵塔絕對(duì)安全、路基整體穩(wěn)定、房建區(qū)域無(wú)任何變形為基本原則，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，邊坡性質(zhì)及發(fā)展形態(tài)與地質(zhì)情況等多方因素，分別在路基右側(cè)碎落臺(tái)位置、高壓鐵塔下側(cè)及房建北側(cè)設(shè)置3排抗滑樁。

圖2 典型斷面抗滑樁位置示意圖

5.3 不平衡推力的計(jì)算

在滑坡體區(qū)域內(nèi)，選擇兩個(gè)最不利斷面，以滑坡不平衡推力計(jì)算公式為依據(jù)，結(jié)合理正巖土計(jì)算軟件分別針對(duì)兩個(gè)最不利斷面1-1和2-2上的兩排抗滑樁進(jìn)行計(jì)算。抗滑樁布置情況如表1。

表1 抗滑樁布置表

滑坡不平衡推力計(jì)算公式[1]：

式中：En、En-1為第n塊、第n-1塊滑體的剩余下滑力；φn為傳遞系數(shù)；Kt為滑體推力安全系數(shù)；Gn為第n塊滑體的重力；βn為第n塊滑動(dòng)面的傾角；αn為第n塊滑動(dòng)面的內(nèi)摩擦角標(biāo)準(zhǔn)值；Cn為第n塊滑動(dòng)面的黏聚力標(biāo)準(zhǔn)值；Ln為第n塊滑體沿滑動(dòng)面的長(zhǎng)度。

圖3 典型斷面示意圖

計(jì)算安全系數(shù)按1.25考慮，根據(jù)相關(guān)地質(zhì)資料，計(jì)算參數(shù)選取如表2。

表2 典型斷面計(jì)算參數(shù)表

計(jì)算結(jié)果為：

1-1斷面第1排樁樁后剩余下滑力為290.1 kN，下滑角度為4.59°。

1-1斷面第2排樁樁后剩余下滑力為110.8 kN，下滑角度為4.24°。

2-2斷面第1排樁樁后剩余下滑力為170.1 kN，下滑角度為15.25°。

2-2斷面第2排樁樁后剩余下滑力為130.1 kN，下滑角度為8.35°。

5.4 樁間距的確定

樁間距與許多因素有關(guān)，比如滑坡體的物理力學(xué)性質(zhì)、抗滑樁樁徑尺寸、滑坡推力大小與分布形式、樁體與土體之間的摩阻力、黏聚力等，所以在進(jìn)行抗滑樁間距計(jì)算時(shí)存在很多不確定因素。目前為止針對(duì)該內(nèi)容的計(jì)算各方意見(jiàn)尚未統(tǒng)一，仍沒(méi)有形成一個(gè)權(quán)威的計(jì)算理論與方法。

本工程實(shí)例，抗滑樁的樁間距確定主要是根據(jù)地質(zhì)資料及現(xiàn)場(chǎng)情況，結(jié)合以往工程經(jīng)驗(yàn)，主要通過(guò)工程類比法確定相應(yīng)樁間距，并以理論計(jì)算作為輔助依據(jù)，進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的復(fù)核驗(yàn)證。

本項(xiàng)目中以“樁間土拱效應(yīng)”為計(jì)算模型：在滑坡推力作用下，樁間土體由于自身抗剪強(qiáng)度的存在，自然形成土拱，且以土拱不沿樁側(cè)擠出破壞為前提，針對(duì)土拱的拱頂、拱腳等截面強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，具體公式如式（3）、式（4）[2]：

土拱拱頂處強(qiáng)度驗(yàn)算，計(jì)算所得樁間距Sb：

土拱拱腳處強(qiáng)度驗(yàn)算，計(jì)算所得樁間距Sc：

式中：δ為抗滑樁樁側(cè)與滑坡土體間的摩擦角，（°）；cw為抗滑樁樁側(cè)表面與滑坡土體之間的單位黏聚力，kPa；d為抗滑樁樁徑，m；q為作用于土拱上的滑坡推力，kN/m；φ為滑坡體內(nèi)摩擦角，（°）。

Sb與Sc（本項(xiàng)目計(jì)算結(jié)果Sb=7.5 m，Sc=9.3 m）中的較小者為計(jì)算所得的樁間距。由于土拱效應(yīng)在計(jì)算過(guò)程中有諸多假定條件，與實(shí)際情況存在一定的誤差，計(jì)算所得的樁間距往往偏大，故在應(yīng)用過(guò)程中需考慮一定的安全系數(shù)（本項(xiàng)目為1.5）。

綜上所述，本項(xiàng)目樁間距最終采用3倍的樁徑即4.8 m。

5.5 抗滑樁的計(jì)算

樁后下滑力按矩形分布，以鉸接為樁底支撐條件，利用“M”法對(duì)抗滑樁本身彎矩、剪力和樁頂位移等相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了驗(yàn)算[3]。結(jié)果如表3所示。

表3 典型斷面上抗滑樁計(jì)算表

5.6 抗滑樁的最終設(shè)計(jì)方案

抗滑樁具體布設(shè)方案如下：AK2+300—AK2+420段右側(cè)邊坡坡腳處為1～27號(hào)樁，樁長(zhǎng)為L(zhǎng)=35 m；ZK0+000—ZK0+100段左側(cè)邊坡坡腳處為28～46號(hào)樁，樁長(zhǎng)為L(zhǎng)=40 m；AK2+120—AK2+242段左側(cè)邊坡坡腳處為47～73號(hào)樁，除49號(hào)樁樁長(zhǎng)L=38 m、53～58號(hào)樁樁長(zhǎng)L=45 m外其余樁樁長(zhǎng)L=40 m（53～58號(hào)樁，相對(duì)周邊變形較大，經(jīng)地質(zhì)勘察后，發(fā)現(xiàn)此處存在軟弱夾層，下臥巖層位置較低，需增加樁長(zhǎng)，確保路基及房建區(qū)域的整體穩(wěn)定）；回轉(zhuǎn)區(qū)域邊坡坡腳處為74～88號(hào)樁，樁長(zhǎng)為L(zhǎng)=20 m，電塔下側(cè)邊坡坡腳處為89～111號(hào)樁，除100～105號(hào)樁樁長(zhǎng)L=10 m外，其余樁樁長(zhǎng)L=35 m，具體位置詳見(jiàn)圖4。

圖4 抗滑樁布置圖

6 結(jié)語(yǔ)

本文以霍永高速公路中的滑坡實(shí)例為背景，對(duì)在設(shè)計(jì)過(guò)程中的滑坡治理分析進(jìn)行了簡(jiǎn)要的敘述，圍繞最終的抗滑樁設(shè)計(jì)方案，對(duì)具體設(shè)計(jì)內(nèi)容及相關(guān)重要細(xì)節(jié)進(jìn)行了必要的闡述與論證，對(duì)同類型滑坡的處治設(shè)計(jì)具有一定的借鑒意義。