某工程滑坡治理設計方案及優化分析

薛根平

（山西省公路局 呂梁分局，山西 呂梁 033000）

作為三大自然災害（地震、洪水和崩塌滑坡泥石流）之一的滑坡嚴重危及到人民生命與財產安全[1-3]。隨著我國高速公路的迅速發展，在公路建設工程中不可避免地遇到邊坡因設計不當而引起的滑坡地質災害。本文針對某工程滑坡進行了詳細補充勘察及反演計算分析，提出優化加固設計方案，成功解決了該工程滑坡問題，可為今后類似滑坡的治理提供依據。

1 工程概況

某國道公路除本改建工程原設計為三級公路外，途經其他地區均已陸續改建為一級或二級公路，該段公路自建成后40多年未進行技術改造，原路公路技術等級偏低已經不滿足目前的通行要求。改建工程穿越區地形地質情況復雜，線路穿越區部分邊坡為順層巖質邊坡。其中一段邊坡長度共計120 m，最危險截面高度為46 m，最危險截面挖方深度為18 m，考慮到順層巖質邊坡問題復雜，原設計采用了“斜率法刷坡+一級擋墻+兩級壓力分散型預應力錨索框架梁（共6排）+截排水措施”的方案。

2015年9月，由于降雨等造成邊坡巖土力學參數驟減，導致邊坡側面發生順層巖質邊坡失穩，如圖1所示。滑坡為折線形，前緣位于40 m高的斜坡，后緣位于兩山之間溝谷中。滑坡坡度約40°～45°，相對高差約 15～40 m，主滑方向 325°，厚度約 2～7 m，滑坡規模約0.2萬m3。沿堆積體與基巖接觸帶主要跡象為滑動帶后緣拉裂縫，基巖出露無明顯變形跡象，裂縫寬度為20～60 cm不等，無地表滲水。

圖1 滑坡情況

經物探分析以及現場調繪，滑體整體較薄，滑面埋藏較淺，深度約2～7 m，滑體物質為全風化片麻巖及其上坡積物，全風化片麻巖含量約80%，黑色、青色，松散-稍密，主要由碎石、塊石、青黑色砂土和破碎全風化片麻巖組成。塊石、碎石大小不均，分選性差。碎石含量約5%～10%，碎石粒徑一般5～20 cm，塊石直徑0.5～10 m，含量約5%。

2 補充勘察及邊坡開挖穩定性計算

2.1 補充勘察

邊坡的開挖斷面與滑坡方向斜交，角度為42°，由于邊坡尚未開挖在天然狀態下既已失穩，建設單位認為原勘查結果不精確，需要進行補充勘察確定邊坡開挖過程中的安全性以及原設計方案的可靠性。

基于原邊坡勘察結果，補充勘察方案新增3個鉆探孔。新鉆孔基于以下原則：鉆孔揭露地層特性，是否存在軟弱層、嚴重破碎層；確定原錨索錨固段是否位于穩定巖層上；建立更精細化的地質模型用于設計計算。確定新鉆孔位于K310+065處，位于原鉆孔西10 m（靠近邊坡滑動一側），初步估測鉆孔深度為55 m。

補充勘察結果如下：該邊坡巖層由五臺系石咀群莊旺組角閃斜長片麻巖、斜長角閃巖和片麻狀花崗巖組成。在設計路面下切陡坡內地質情況復雜，節理裂隙發育，內部巖層破碎，巖石均遭受不同程度風化作用。斜長角閃巖以偉晶巖脈順片理或片麻理侵入角閃斜長片麻巖，接觸面存在明顯的蝕變帶或破碎帶，深度位于原地面下10～17 m，蝕變帶為泥沙狀夾層，其上、下巖層為嚴重破碎帶。與原勘查結論該邊坡無軟弱夾層的結論對比，本次勘察揭示邊坡的軟弱滑動帶，并確定了該滑動帶的位置，從而進一步指出原設計偏危險，需進行優化。

將勘察結果較完整、整體性較好的堅硬巖層作為基巖，并認為不同巖性的基巖強度基本相同，用以簡化深層基巖的計算量，將中風化與微風化巖層交界面作為基巖界。根據邊坡勘察資料對巖層破碎情況進行分級，將邊坡簡化為以下地層，建立邊坡穩定性計算模型如圖2。

圖2 補充勘察邊坡巖層分布與計算模型

2.2 反演分析

根據《公路路基設計規范》[4]，巖質邊坡結構面強度指標取值（結合很差的軟弱結構面）為：內摩擦角取值12°～18°，黏聚力取值范圍20～50 kPa。選取典型代表剖面進行天然狀態反演分析，根據現場滑塌狀態，地表有一定的變形，但沒有整體滑動，邊坡處于欠穩定狀態，安全系數取為1.07進行反演分析，反演過程如表1。根據反演計算，在天然狀態下滑帶土抗剪強度指標可采用C=20 kPa，φ=15°。

表1 天然狀態下典型剖面滑帶土反演分析

2.3 邊坡開挖穩定性計算

根據補充勘察結果，采用Morgenstern-price法和數值分析方法（有限元極限平衡法）計算滑坡穩定性，滑坡推力計算采用傳遞系數法。穩定性評價標準如表2。

表2 路塹邊坡穩定性評價標準[4]

邊坡一次完全開挖后不進行支護，安全系數為0.644，最危險滑動面如圖3。計算結果表明，邊坡開挖后穩定性不滿足要求，必須予以支護。

圖3 完全開挖不支護邊坡穩定性與最危險滑動面

3 邊坡加固設計方案分析

3.1 基于原設計方案的調整計算

在原設計方案基礎上調整錨索入射角度為25°，適當調整錨索長度將錨固段長度，使其完全放置于軟弱破碎層以下穩定巖層內1.5 m，施加預應力錨索的設計錨固力900 kN。建立模型，得到邊坡安全系數為1.083，邊坡最危險滑動面如圖4。

可見，在原設計方案基礎上進行必要調整（延長自由段長度，將錨固段置于穩定巖層，并調整錨索入射角度）可有效提高支擋結構的作用，極大地提高邊坡穩定性。但由于預應力錨索能提供抗滑力有限，邊坡經加固后處于極限平衡狀態，不滿足公路路基設計規范對二級公路邊坡穩定性的最低要求（安全系數應為1.15），仍需要提高抗滑力。

3.2 設計方案

圖4 調整計算：邊界模型加固荷載與穩定性分析

考慮到邊坡在增加預應力錨索后，穩定性達到極限平衡狀態，為達到規范要求安全系數，邊坡所需抗滑力有限，因此本方案在調整計算的基礎上增加抗滑樁，抗滑樁為方形，尺寸為2 m×2.5 m，樁長分別為20 m和22 m，樁間距為4.5 m，錨索施加預應力調整為980 kN。建立數值模型，計算得到邊坡安全系數為1.347，最危險滑動面如圖5。

圖5 設計方案邊界模型加固荷載與穩定性分析

可見，增加抗滑樁后邊坡穩定性能滿足規范要求，設計方案可行。

3.3 設計方案選定

綜上所述，施加預應力錨索可有效提高邊坡穩定性，但是由于預應力錨索可提供的抗滑力有限，邊坡仍處于極限平衡狀態，不滿足目前公路行業規范對于邊坡穩定性的要求。在預應力錨索方案基礎上，在第一級平臺增設抗滑樁可有效提高邊坡穩定性，并滿足目前公路行業規范對于邊坡穩定性的要求。考慮到預應力錨索有效錨固力隨時間效應逐漸降低，邊坡仍滿足規范要求，邊坡設計宜增加抗滑樁。最終確定邊坡最終設計方案如下：三級刷坡，坡率自下而上分別為 1∶0.5、1∶0.75、1∶0.75；第一級采用擋墻，平臺上設置20 m抗滑樁6根，22 m長抗滑樁5根，截面為1.5 m×2 m，樁間距4.5 m；第二、三級采用壓力分散型預應力錨索框架梁，錨索設計錨固力為980 kN，錨固段長度10 m，錨固段與自由段連接長度調整為1.5 m，自由段長度分別為9.7 m、11 m、12.6 m、13.4 m、15.6 m、17.2 m，錨固段注漿體調整為M50水泥漿，自由段注漿體調整為M40水泥漿；框架梁橫向間隔3 m，梁截面0.6 m×0.7 m。

4 結語

邊坡在礦山開采、交通運輸、水利和國防等建設工程中十分常見，其穩定性對這些工程有及其重要的影響。由于邊坡失穩的地質過程、形成條件、誘發因素的復雜性、多樣性及其變化的隨機性、非穩定性，從而導致監測和治理困難。因此，針對不同工程情況應采取合理的治理方法，進行優化方案設計，保證工程的安全性。