砂泥巖互層滑坡穩定性評價與壓力分散型錨索處治技術研究

程 飛

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

山西省地處黃土廣泛覆蓋的山地高原，山區面積約占總面積的80%以上，地形高差變化大，地質構造條件復雜，降水集中，為形成崩塌、滑坡、泥石流、地裂縫等地質災害提供了充分的動力條件[1-2]。近幾年，公路建設引起的滑坡地質災害頻發，每年都會造成巨大經濟損失[3-4]。本文結合省內某高速公路工程實例，介紹了邊坡開挖擾動引發滑坡的技術分析及加固處治措施，為公路工程類似滑坡的處治提供借鑒。

1 工程概況

某高速公路穿越山西省南部典型黃土覆蓋低山丘陵區，其中RK70+810—RK71+050段為6級土巖結合邊坡，開挖高度為35～50 m，坡率為1∶0.75。該段邊坡于2016年底開始施工，2017年6月在強降雨影響下發現變形，頂部土層開裂，距開口線外約27 m，裂縫寬度1～2 cm，隨后在平行路線方向、距離坡腳8 m左右出現一條長40 m左右的隆起帶，隆起78.5 cm，寬度約2.5 m，4～6級邊坡部分滑坍，嚴重影響了工程施工安全。

圖1 滑坡體示意圖

2 地質概況及成因分析

2.1 地形地貌

該段滑坡區域位于一東西走向的山脊東北側，擬建高速公路修建切坡將形成一高約50 m的順向邊坡，路線從山腰通過。該區域地貌上屬基巖低中山區安澤河河谷亞區，總體地勢北高南低，山坡自然坡角約35°，順向坡坡度基本與巖層傾向一致，坡體上覆蓋10～20 m厚Q2粉質黏土，局部基巖埋深較淺。

2.2 水文氣象及地質

擬建場地屬暖溫帶大陸性季風氣候，降水量相對較多，總的氣候特征為冬季寒冷干燥、夏季炎熱多雨，春秋短暫、冬夏明顯、日照充足。全年降水主要集中在7—9月份，年平均降水量607.7 mm。坡體內地下水主要為砂巖裂隙水，主要接受大氣降水補給，排泄方式主要為蒸發式排泄，含水性較弱，一般處在干燥狀態下。經調查和鉆探場地范圍內未發現地下水露頭，場地內地下水貧乏，水文地質條件簡單。

2.3 地層巖性

根據鉆探揭露及工程地質調繪，本邊坡地層主要為第四系中更新統粉質黏土（Q2）、三疊系下統劉家溝組（T11）紫紅色中厚層狀-厚層狀粉細砂巖、薄層黃綠色、紫紅色泥巖、薄層白色石膏組成，在揭示深度范圍內地層巖性由新至老為：

a）第四系中更新統（Q2）粉質黏土，褐黃色，可塑，韌性中，刀切面光滑，干強度較差，局部夾鈣質結核，含氧化物；揭示厚度約0～4.2 m。

b）三疊系（T11）全風化-強風化砂巖，黃褐色，粉末狀，偶見碎塊狀，礦物成分主要為長石、黏土礦物、石英等，節理發育，節理面含黏土，揭示厚度約8.5～23.7 m。

全風化泥巖，紫紅色；原巖結構基本被破壞呈土狀及碎末狀，軟塑或者可塑狀態，礦物成分主要為長石、黏土礦物，部分區域含白色滑膩感極強礦物，揭示厚度約0.2～1.7 m。

中風化砂巖，灰褐色；粉細粒結構；層狀構造；礦物成分主要為長石、黏土礦物、石英等；巖芯呈較完整柱狀，局部夾塊狀，錘擊聲悶，節理不發育，鉆孔進尺較慢，揭示厚度約3.5～8.6 m。

2.4 地質構造

邊坡為土巖結合邊坡，地層主要為第四系中更新統（Q2）粉質黏土、三疊系下統劉家溝組（T11）紫紅色中厚層狀-厚層狀中粗砂巖和薄層黃綠色、紫紅色泥巖，巖層呈單斜產出，產狀為142°∠5°，結構面之間結合程度較差。

經現場踏勘，在平行路線方向、距離坡腳8 m左右的隆起帶為一斷層，該斷層產狀為230°∠16°，寬度約2.5 m，斷層帶內充填物為褐黃色、綠色泥巖。

2.5 滑坡成因分析

a）該邊坡巖層以及土石界面傾向與邊坡傾向一致，為順層狀坡體結構，且邊坡巖體破碎，節理發育，含有多層軟弱泥巖夾層，浸水易軟化，這種地質條件極易引發滑坡。

b）該路段屬于路塹邊坡，由于挖方體為斷層帶上盤，坡體開挖擾動后造成巖體內部應力釋放，使巖體內的節理、裂隙進一步發育，并形成了高陡臨空面，而當邊坡開挖至斷層帶底部后，引發上盤巖土體發生錯動并沿斷層帶剪出，邊坡上部土體則在滑坡的牽引作用下發生變形破壞。

c）降雨是誘發滑坡的重要因素之一，由于暴雨作用，雨水沿巖層裂隙入滲導致泥巖夾層軟化，抗剪強度指標降低，并引發邊坡失穩下滑。

3 滑坡穩定性分析

3.1 巖土工程參數選擇

本次邊坡穩定性分析采用GEO-STUDIO軟件，滑坡推力計算采用理正巖土軟件。根據規范對于邊坡穩定性評價方法的評價規定：當邊坡破壞機制復雜時，宜結合數值分析方法分析，計算方法宜采用MORGENSTREN-PRICE法或簡化BISHOP法，邊坡計算模型如圖2所示。

圖2 邊坡計算模型

該滑坡體主要受泥巖軟弱夾層強度控制，強度指標綜合室內試驗和反算分析綜合確定，邊坡處于欠穩定狀態，選取典型代表剖面進行天然狀態反演分析，根據現場狀況，安全系數取0.95進行反演分析。各土層主要物理力學指標見表1。

表1 計算模型參數選擇

3.2 穩定性分析

根據《公路路基設計規范》（JTG D30—2015），滑坡推力計算采用傳遞系數法，計算工況采用3個工況：a）一為天然工況，滑體重度取天然重度，滑面抗剪強度取天然值，安全系數取1.3；b）二為暴雨工況，滑體重度取飽和重度，滑面抗剪強度取飽和值，安全系數取1.2；c）三為地震工況，滑體重度取飽和重度，滑面抗剪強度取飽和值，安全系數取1.1。計算得到危險工況為地震工況，相應各工況的剩余下滑力如表2所示。

表2 剩余下滑力計算結果 kN/m

4 滑坡處治設計

該滑坡處治考慮了卸除部分滑坡體和對滑坡體進行支擋兩種方案，支擋結構采用壓力分散型預應力錨索進行坡體加固[5]，同時采用了坡面裂縫回填夯實和截排水措施，如圖3所示。

圖3 滑坡處治圖

4.1 邊坡卸載

根據地質鉆孔資料，結合地層巖性、產狀和坡頂裂縫位置等，考慮邊坡上部土層已經松散不成型，對坡體的第三、四、五級邊坡及小樁號側松樹林邊坡局部進行卸載。邊坡按8 m分級，第一、二、四、五、六級邊坡坡率1∶0.75，第三級1∶1，第一級平臺寬6 m，第二級平臺寬4～6 m，第三級平臺寬30 m，第四、五級平臺寬4 m。

4.2 加固設計

第一級RK70+825—RK71+000段采用框架錨索防護，框架內采用30 cm厚M7.5漿砌片石護砌，RK70+810—RK70+825、RK71+000—RK71+050 段采用護面墻防護。

第二級RK70+825—RK70+968段采用框架錨索防護，框架內采用30 cm厚M7.5漿砌片石護砌，RK70+968—RK71+040段采用穴栽檸條防護。

第三級RK70+830—RK70+935段采用護面墻防護，RK70+935—RK70+990段采用穴栽檸條防護。第四級RK70+850—RK70+865段采用護面墻防護，RK70+865—RK70+930段采用穴栽檸條防護，以上各級采用穴栽檸條防護。

由于該滑坡體內存在較多的軟弱夾層，為提高錨索錨固力，降低錨索長度，設計采用壓力分散型預應力錨索。壓力分散型錨索的拉力通過鋼絞線傳遞至鉆孔底部的承載體，承載體再將錨固力作用于各錨固段上，使錨固段承受壓力，可以充分發揮混凝土抗壓強度的同時，黏結應力峰值大大減小且分布也比較均勻，改善了錨固段附近的應力狀態，有利于將滑坡體錨定在地層深部，充分利用有效錨固段。錨索設計錨固力可按《公路路基設計規范》（JTG D30—2015）公式5.5.4計算得出：

對于此處設計，應對在非正常工況Ⅱ進行錨固力設計，E 取 827.5 kN/m，α 取 36.5°，β 取 20°，φ取18°，則設計錨固力pd不應小于1 005.6 kN/m，框架梁設置間距為3 m，每個斷面設置6排錨索，則每根錨索的設計錨固力不應小于502.8 kN，本次設計每根錨索的設計錨固力取510 kN，錨索采用4根φ15.2高強度低松弛鋼絞線，錨固段分兩個單元，每個單元均為4 m，鉆孔直徑150 mm，傾角為20°。

4.3 排水設計

各級平臺設置平臺排水溝，平臺排水溝采用M7.5漿砌片石，矩形斷面，第一、二、四、五級平臺排水溝底寬30 cm，深30 cm，第三級兩排平臺排水溝底寬60 cm，深60 cm，平臺水溝的水通過急流槽引入邊溝或引入截水溝，平臺中間21.8 m范圍采用30 cm厚10%灰土+防滲土工封閉，再回填30 cm種植土。邊坡坡頂線外5 m設截水溝，截水溝采用矩形M7.5漿砌片石，底寬60 cm，深60 cm。

對山體內裂縫采用100 cm厚10%灰土回填封閉，回填需壓實，壓實度不小于90%。

4.4 滑坡監測

根據《公路路基設計規范》（JTG D30—2015）以及工程安全需要，對整個滑坡體進行穩定性監測，監測內容及監測點布置方案如下：

a）坡面地表監測 在坡面平臺、坡頂及坡腳處設置變形觀測點，監測點應盡可能設在邊坡的前后緣、裂縫和地質分界線等處，另外，坡面變形觀測點應盡量設置在測斜孔附近，以便相互比較、印證。監測點數量每監測斷面不應少于4個。

b）地下位移監測 根據邊坡的位置、地質構造以及相關監測要求，在坡頂及中間平臺處的坡體內設置測斜孔，所布置測斜孔應穿過滑動面，進入相對穩定地層一定深度。

c）錨索監測 選取不少于工程總數量3%的錨索進行錨固力監測，監測點應布設在錨索受力較大邊坡錨固區關鍵部位。

d）框架梁 在每個監測斷面的框架梁節點處布置變形觀測點，梁中布設混凝土應變計。

滑坡體穩定性監測頻率如表3所示。

表3 施工期邊坡監測頻率表

5 結語

a）該滑坡治理工程治理后處于穩定狀態，說明該滑坡處治措施安全可靠，滿足工程要求。

b）壓力分散型錨索雖然可以有效加固破碎巖土體邊坡，且具有一定的造價優勢，但工程設計和施工工序較為復雜，同時也缺乏相關標準規范的指導，在實體工程應用中應進行具體分析。