某高速公路深挖路塹邊坡滑塌處治設計

郭萬林

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

1 項目概況

1.1 工程概況

某高速公路位于珠三角西部地區，深挖路塹滑塌段路線中心最大挖深20.20 m，左側最大邊坡高度40.28 m，此段邊坡原設計邊坡坡率及支護形式為：

a）邊坡坡率 第一級邊坡坡率1∶1，邊坡高度10 m，一級邊坡頂部平臺寬2 m；第二級邊坡坡率1∶1.25，邊坡高度10 m，二級邊坡頂部平臺寬5 m；第三級邊坡坡率1∶1.5，邊坡高度10 m，三級邊坡頂部平臺寬4 m；以上為第四級邊坡，邊坡坡率為1∶1.25。

b）邊坡支護 第一級邊坡采用錨桿格梁+植草防護，分段長度180 m；第二、三級邊坡采用預應力錨索格梁+植草防護，分段長度159 m和134 m；第四級邊坡采用人字形預制混凝土塊骨架+植草防護。深挖路塹典型斷面圖如圖1。

圖1 深挖路塹典型橫斷面圖（單位:cm）

1.2 工程地質概況[1]

1.2.1 地形地貌

該段深挖路塹所在地貌單元為低山丘陵區，該區域地形較平緩，自然坡度最大不超過16°，地面高差約10 m，地表植被主要為松樹、各種灌木和蕨類植物。

1.2.2 地層巖性

根據地質勘察報告，該段地層自上而下依次為：

a）粉質黏土 顏色為褐黃色，呈硬塑狀，稍微具有一定黏性和韌性，干強度較高。

b）全風化泥質粉砂巖 顏色為棕紅色，風化嚴重，強度低，巖體結構基本破壞，巖體呈土石結合狀。

c）強風化泥質粉砂巖 顏色為紫紅色，風化較嚴重，層狀構造，節理裂隙發育，巖體基本呈碎塊狀。

d）中風化泥質粉砂巖 顏色為紫紅色，中等風化，細粒結構，層狀構造，節理裂隙發育，巖體較完整。

1.2.3 水文地質條件

根據地質勘察報告和現場水文調查結果，本區域水的類型主要有地表水和地下水。其中地表水只在雨季存在，為短暫性地表水流；地下水主要靠降水補給，有孔隙水和基巖裂隙水兩種類型。

1.2.4 地震烈度

該段地震動峰值加速度值為0.05g，地震動反應譜特征周期為0.35 s，抗震設防烈度為Ⅵ度。

2 邊坡現狀

該段深挖路塹左側第二級、三級邊坡于2016年11月13日—11月14日完成了預應力錨索的張拉，第一級邊坡開挖時間為2016年11月22日—11月30日。2016年11月30日，第一級邊坡坡面出現局部垮塌。12月2日，該段邊坡整體發生滑塌，在坡頂外12 m處出現縱向裂縫，裂縫最大寬度20 cm，且裂縫從坡頂向坡腳發展，第三級邊坡錨索發生破壞，部分格梁出現裂縫破壞。邊坡現場照片如圖2。

圖2 深挖路塹邊坡現場照片

3 邊坡滑塌原因分析

3.1 地層巖性

該段深挖路塹邊坡地層巖性主要以強-中風化泥質粉砂巖為主，節理裂隙發育，且巖體較破碎，由于巖層傾角18°～36°，且傾向路基，在雨水等外力作用下，易發生順層滑動和巖體剝落等破壞現象。

3.2 支護不足

原設計雖采用預應力錨索框格梁和錨桿框格梁對邊坡進行支護，但從現場滑塌情況來看，支護措施不足以滿足邊坡穩定性需要，設計存在一定缺陷。

3.3 施工擾動

本次邊坡滑塌發生在第二級、第三級邊坡錨索施工完畢且第一級邊坡開挖基本完成之后，由于第一級邊坡開挖減弱了抗滑段，導致邊坡發生深層滑動。

4 滑塌處治設計

4.1 處治目標及原則

a）方案應充分考慮現場實際情況，保證邊坡在施工及高速公路運營過程中的安全。

b）方案應充分利用現有場地條件，因地制宜，合理布局。

c）方案應滿足費用經濟、技術合理、維護簡易等要求，且應便于施工。

圖3 深挖路塹邊坡處治典型橫斷面圖（單位：cm）

4.2 處治方案

根據邊坡的地質情況及滑塌現狀，針對本項目特點，擬采用處治方案為：削方減載+抗滑樁+錨桿格構梁防護+植草綠化+截、排水溝綜合治理。

a）削方減載 第一級、第二級邊坡維持原設計不變，即第一級邊坡坡率1∶1，邊坡高度10 m，一級邊坡頂部平臺寬2 m；第二級邊坡坡率1∶1.25，邊坡高度10 m，第二級邊坡坡頂處平臺由原設計5 m寬調整為25 m；第三級邊坡坡率1∶1.5，邊坡高度10 m，三級邊坡坡頂處設置3 m寬平臺；以上為第四級邊坡，邊坡坡率放緩至1∶2.0。

b）抗滑樁 設置兩排抗滑樁，第一排設置于邊坡坡腳處，樁徑1.4 m，間距5.0 m，樁長12 m，樁頂設置鋼筋混凝土梁，梁截面尺寸為1.8×1.8 m；第二排設置于第三級邊坡坡腳，樁徑2.0 m，間距3.0 m，樁長27 m，樁端深入中風化巖層不小于3.0 m。

c）錨桿框架 第一級、第三級邊坡采用錨桿格構梁+植草防護，錨桿長度均為9 m，錨桿孔直徑為130 mm，間距3.0 m×3.0 m，筋體采用1根C32的鋼筋，俯角15°，注漿材料采用M30水泥砂漿。框架采用C30混凝土澆筑，框格梁內采用袋裝土回填，并噴灑草籽進行綠化。

d）第一級邊坡按照1∶1坡率清理坍塌虛土、修整邊坡，破損處采用C20素混凝土回填。

e）第四級邊坡削坡后采用噴播植草防護。

f）對現狀截水溝、排水溝、急流槽破損處進行整修，從而形成完整排水系統。

4.3 抗滑樁計算

4.3.1 計算參數

根據勘察報告，邊坡發生整體滑動。根據滑坡滑動面幾何特征，滑動面分為牽引區、主滑區和抗滑區[2]。根據工程經驗，結合驗算結果，綜合確定目前狀態下滑面參數為：邊坡后部牽引區滑動面強度參數為c=0 kPa，φ=28°；中部主滑區滑動面強度參數為c=10 kPa，φ=12.0°；前部抗滑區滑動面強度參數為 c=35 kPa，φ=35°。

4.3.2 第二級平臺處抗滑樁計算

4.3.2.1 滑坡推力計算

采用傳遞系數法進行滑坡推力計算[3]，計算中不考慮水壓力影響，計算斷面圖見圖4。

圖4 第二級平臺處滑坡推力計算斷面圖（單位:m）

經計算，第二級平臺處剩余下滑力為1964.532kN，下滑力角度為25.298°。

4.3.2.2 抗滑樁計算

第二排抗滑樁設置于第三級邊坡坡腳即第二級平臺處，樁徑2.0 m，間距3.0 m，樁長27 m，樁端進入中風化巖層不小于3.0 m。抗滑樁設置范圍為K4+102—K4+208段，總長107 m。

根據理正分析軟件對抗滑樁進行計算，抗滑樁結構構造為：采用C30鋼筋混凝土樁，鋼筋保護層厚度70 mm，縱向鋼筋采用C32三根1束，共62束，箍筋采用C12@150，每2 m設置C22加強箍筋1道。

4.3.3 坡腳處抗滑樁計算

4.3.3.1 滑坡推力計算

采用傳遞系數法進行滑坡推力計算，計算中不考慮水壓力影響，計算斷面圖見圖5。

經計算，第二級平臺處剩余下滑力為211.502 kN，下滑力角度為3.094°。

圖5 坡腳處滑坡推力計算斷面圖（單位:m）

4.3.3.2 抗滑樁計算

第一排抗滑樁設置在邊坡坡腳處，樁徑1.4 m，間距5.0 m，樁長12 m，樁頂設置鋼筋混凝土梁，截面尺寸為1.8×1.8 m。

根據理正分析軟件對抗滑樁進行計算，抗滑樁結構構造為：采用C30鋼筋混凝土樁，鋼筋保護層厚度70 mm，縱向鋼筋采用C32，共25根，箍筋采用C12@200，每2 m設置C22加強箍筋1道。

5 施工注意事項

a）邊坡卸載后應首先對第一級邊坡和第三級邊坡進行及時支護，隨后再進行抗滑樁施工。

b）抗滑樁施工時，應先進行上部抗滑樁施工，再進行坡腳抗滑樁施工。

c）抗滑樁樁孔開挖時，應由兩側向中部采用人工間隔開挖，不得連續開挖。

d）抗滑樁樁身混凝土應邊灌注邊振搗，全樁混凝土應一次澆注完成。

e）施工過程中應派專人進行監測，如邊坡或坡頂外側產生新的裂縫，應立即停止施工，并與設計單位取得聯系以便及時處理，保證施工安全。

6 結語

深挖路塹施工過程中，由于各種因素極易發生邊坡滑塌等現象。設計中一要加強地勘工作，使設計依據充分，避免支護措施不足；二要注意邊坡開挖后按設計文件要求及時支護，避免邊坡長期暴露在外，同時應完善臨時排水設施，避免雨水滲入路基；三要注意一旦邊坡發生滑塌，處治應一次到位，不留隱患，避免發生二次滑塌，造成工程浪費。