某山區公路路塹滑坡穩定性分析及處治措施研究

姚 廣，田立華

（1.山西省交通科技研發有限公司，山西 太原 030032；2.山西清譽環保工程有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

山區公路挖方邊坡段在人工開挖和自然環境因素的影響下，經常會出現邊坡失穩滑移、塌方等地質災害，嚴重危害著公路的安全運營[1-2]。正確分析山區公路建設中滑坡產生的原因，合理制定滑坡處治方案，并總結滑坡治理中的成功經驗，顯得尤為重要。本文以某公路K18+965—K19+100 段滑坡為研究對象，通過勘察調繪等手段研究分析了該滑坡的形成原因，基于傳遞系數法進行穩定性分析計算，并結合滑坡特征制定抗滑樁的處治方案。

1 工程概況

某公路K18+965—K19+100 段采用挖方路塹形式自滑坡前緣通過。公路路基路面鋪筑完成后不久，路面發生拱起3 m 左右，經過幾次的維護，該路段反復拱起，仍未能達到徹底根治效果。為保證行車安全，對路段滑坡進行處治。

2 滑坡特征及地質條件

圖1 滑坡主軸工程地質斷面圖

該滑坡地勢西北高東南低，海拔高程1 367～1 421 m，相對高差54 m。區域地質構造復雜，黃土沖溝發育，地震活動水平較低。

滑坡周界呈不規則橢圓形，主軸長度約155 m，橫向寬度約135 m，平均厚度約9.0 m，主滑段滑面產狀148°∠7°。剪出口位置處在現公路路面下10 m 左右處。經鉆孔揭示，該滑坡的地層由上而下分別是：

a）粉土① 灰黃色，較松散具大孔隙，垂直節理發育。具濕陷性，易垮塌。厚度0.9～1.4 m，局部缺失。

b）粉質黏土② 褐黃- 黃褐色，硬塑- 可塑，垂直節理較發育。

c）粉質黏土③ 褐紅色，夾薄層黏土，上中部可塑，下部軟塑，含水量22.3%。

②③兩層粉質黏土為滑坡主體地層，在滑坡段一般厚度7.5～10.3 m，局部稍薄。

d）鋁質泥巖④ 灰白色，泥質結構，層狀構造，為極軟巖，全風化- 強風化，一般厚度1.6～4.5 m，局部厚約0.6 m。該層為滑坡滑床。

滑動帶位于③層粉質黏土和④層鋁質泥巖的土巖交界面處。

e）砂巖⑤ 灰白色，中粒結構，層狀構造，強風化，較破碎，厚度3.9～6.6 m。

滑坡地層及特征如圖1 所示。

3 滑坡成因分析

結合滑坡各方面特征及其工程地質條件，可以分析滑坡形成的主要原因有[3-4]：

a）構造因素 巖層傾向與邊坡傾斜方向一致，即出現了對邊坡極其不利的順層現象，巖層上覆較松軟的覆蓋層有向路基滑動的天然優勢，這是滑坡形成的根本原因。

b）施工因素 由于路線以挖方形式通過滑坡前緣，使坡體出現臨空面，削弱了坡腳處的支撐，破壞了坡體的天然平衡狀態，是導致滑坡滑動的直接原因。

c）降雨因素 路塹開挖下切，巖土體應力釋放，導致土體內孔隙增大，使地表水更容易下滲。雨季的經常性降水使滑坡體重度增大，并且作為滑床的④層含鋁質泥巖隔水性較強，水易在泥巖層面上滯留，一方面使土體軟化，另一方面也為土體下滑起到了潤滑作用。這也是滑坡形成的重要原因。

4 滑坡推力計算

4.1 滑坡穩定性分析

該滑坡為典型的沿土巖結合面滑動的滑坡，滑坡的工程穩定性分析如下：

路線工程處在滑體前部，并以挖方形式通過，挖深約2.30 m，對前緣剪出口有擾動，并對前緣抗滑段有減載效應，另外路面常有拱起現象，系為滑坡向下滑動與前緣土體擠壓所致，加之本工程對坡體穩定性要求較高，故通過滑體的路基工程穩定性較差。

4.2 推力計算

4.2.1 計算范圍的確定

滑坡體計算選取主軸斷面進行計算，計算后緣為滑坡體后緣破裂面，后緣破裂面的角度取45°+φ/2。

4.2.2 c、φ 值的選取

推力計算滑體力學參數在參考經驗值和實驗數據的基礎上，采用反算值。根據調查，該滑坡近年來前緣有過蠕動現象發生，因此在計算時將其目前穩定性定性為極限平衡狀態，穩定系數取Fs=0.99。

滑動帶鋁質泥巖易于吸水軟化，由于決定滑帶土產狀的滑床相對固定，因此在滑帶土被軟化后，抗剪強度中的φ 值一般相對較為穩定，而c 值變化較大，因此，計算中首先假定φ 值并反算c 值。在主軸斷面上聯立反求得滑帶土c=17 kPa，φ=8.0°。

4.2.3 巖體密度

經取樣試驗并結合經驗值，密度平均值采用19.0 kN/m3。

4.2.4 附加力

滑坡區地震基本烈度為Ⅶ度，應考慮地震力的作用[5]。地震力大小由地震基本烈度確定，選擇最不利情況，假定地震力的方向水平指向坡外，其計算結果為地震情況下的滑坡推力。

4.2.5 推力計算

計算滑坡推力時，考慮地震影響后安全系數分別取1.20 和1.30。計算過程使用“理正巖土工程系列軟件”，滑體按折線型滑動面計算。

圖2 滑坡計算模型示意圖

采用不平衡推力傳遞系數法計算，計算模型如圖2 所示。剩余推力計算公式為：

式中：Ks為安全系數。

參數選取及計算結果見表1。

表1 滑坡推力計算結果表

5 滑坡處治工程設計

根據實際情況并考慮經濟合理原則，對本滑坡采用平整坡面后設置抗滑樁支擋的處治措施，在安全系數采用K=1.2 的條件下，剩余下滑力為852 kN/m，且滑動面距離地表深約10.5 m，應采用抗滑樁支擋[6]。

5.1 抗滑樁設計

工程實際中抗滑樁截面形狀以矩形為主，但是本次設計考慮到方孔樁需人工挖孔，而滑體內部部分地層分散性大容易垮塌，成孔難度較大，人工挖孔危險系數較大，故而采用了機械成樁的圓孔抗滑樁。樁截面直徑采用2.2 m。抗滑樁的樁長根據滑動面的位置以及樁端應深入穩定、較堅硬的巖層中來確定。本滑坡滑動面深約10.0 m，樁端深入較堅硬的砂巖中約2.5 m。樁中心間距為4.5 m，樁邊緣距該公路邊緣7.0 m。抗滑樁布設位置如圖3 所示。

圖3 抗滑樁布設位置平面圖

5.2 排水設計

距離卸載邊坡腳設置矩形邊溝，沿卸載坡腳后緣5.0 m 范圍內設置1 道截水溝，每級平臺均設置平臺截水溝，將地表降水排出滑坡范圍以外。截水溝采用矩形斷面，用C20 混凝土澆筑，溝深0.5 m，壁厚0.2 m，底厚0.15 m。

6 結論及建議

a）本次滑坡形成的主要原因在于邊坡傾向與巖層傾向基本一致，即出現了“順層現象”，盡管坡度較緩，但仍由于路塹開挖卸荷和水的誘導等作用，導致了滑坡的形成。路線自滑坡前緣通過，須采取防護措施。

b）根據實際情況，綜合考慮施工安全和經濟合理原則，對本滑坡采用圓孔抗滑樁的處治措施。