衡炎高速株洲段邊坡水毀治理方案研究

彭博

(寧鄉市交通運輸局， 湖南 寧鄉 410600)

衡炎(衡陽—炎陵)高速公路于2005年開工，是國家重點公路項目，橫跨長沙、株洲、衡陽等地多處旅游景區，在帶動湖南、廣西兩省旅游發展的同時，改善了所經區域的交通運輸環境。但由于所經區域地勢較平坦且降水量較多等，該高速公路近年來出現了不同程度的邊坡水毀現象，對正常運營帶來影響。該文主要針對受損較嚴重的株洲段展開研究。

1 株洲段邊坡水毀狀況及成因

1.1 邊坡水毀狀況

株洲段全長66.25 km，原設計采用人字形骨架、截水溝邊坡。從2015年8月開始，該區域連續暴雨，該路段邊坡產生變形。最早在K718+850—870段出現下滑現象，在暴雨的不斷沖刷下邊坡滑動區域逐步擴大，至2016年蔓延至K718+915。滑坡全貌見圖1。

圖1 衡炎高速公路株洲段邊坡滑動全貌

現場調研發現，該滑坡屬于推移式土質滑坡，呈圓椅狀，主滑方向為64°，前后緣相對高差19 m，高程分別為78、97 m，總坡度為42°，滑坡總方量約0.55萬m3，滑坡較嚴重。滑坡的各方向均出現問題：滑坡的后緣出現大規模下錯，形成錯距約3 m、寬約2 m的滑坡壁(見圖2)；滑坡的左右兩側出現2條下錯裂縫，最大錯距達0.3 m(見圖3)；滑坡的前緣由于后緣的下錯而變形，出現大規模垮塌(見圖4)，原設計的一系列支護完全遭到破壞。

圖4 衡炎高速公路株洲段滑坡前緣垮塌

圖3 衡炎高速公路株洲段滑坡左、右周界下錯

圖2 衡炎高速公路株洲段滑坡后緣下錯

1.2 邊坡水毀成因

根據現有影像資料及現場勘察、監測，分析衡炎高速公路株洲段滑坡的主要影響因素有周邊環境的保護程度、結構面性質及降水量。

1.2.1 周圍環境的保護程度

衡炎高速公路采用人字形骨架結合截水溝的支護形式，并在坡頂種植植物。由于該路段按照坡比1∶1進行削坡處理，且坡頂缺乏管理導致植被人為破壞嚴重，原有支護并沒有起到很好的支撐作用，邊坡在連日暴雨沖刷下水土流失導致沖溝，沖溝中匯集的雨水和泥土共同沖擊著支護系統，最終導致支護系統遭到破壞形成滑坡。坡頂環境見圖5。

圖5 坡頂環境狀況

1.2.2 結構面性質

滑坡段路基為切方路基，右幅邊坡出露地層為第四系黏土，結構面較軟弱。黏土呈軟塑狀態，工程性能差，為明顯的滑帶土，為滑坡的產生提供了潛在滑動面，進而在外力作用下產生滑坡。黏土的主要基本性質見表1。

表1 黏土的基本性質

1.2.3 降雨量

該滑坡路段位于株洲市攸縣，該區域年降水量較大，達1 339 mm左右，且集中在4—9月。集中式的降雨使土體易飽和，增加土的自重，同時降低土體的抗剪強度及抗滑力度。株洲段滑坡產生的時間與暴雨的時間相吻合，說明降雨量較大是滑坡產生的主要助力。

綜上，衡炎高速公路株洲段由于水毀導致的山體滑坡與該區域獨特的地質和地貌環境、氣候、降水量及外在人力行為分不開，是這些因素共同作用下產生的。

2 邊坡水毀治理方案

2.1 邊坡的穩定性分析

株洲段邊坡破壞形式為圓弧滑動，采用瑞典條分法對邊坡的穩定性進行計算。將工況分為天然工況(工況1)、暴雨工況(工況2)兩種，對應安全系數分別為1.15、1.10，對K718+880、K718+905剖面的剩余下滑力進行計算，計算公式如下：

Ni=(Gi+Gbi)cosθi+Pwisin(αi-θi)

Ti=(Gi+Gbi)sinθi+Pwicos(αi-θi)

Ri=Nitgαi+cili

式中：Ks為邊坡穩定性系數；Ri為第i計算條塊滑動面的抗滑力(kN/m)；Ti為第i計算條塊滑體在滑動面切線上的反力(kN/m)；Gi為第i計算條塊單位寬度巖土體自重(kN/m)；Gbi為第i計算條塊滑體地表建筑物的單位寬度自重(kN/m)；θi為第i計算條塊滑動面法線與豎直線的夾角(°)；Pwi為第i計算條塊單位寬度的動水壓力(kN/m)；αi為第i計算條塊滑動面上巖土體的內摩擦角標準值(°)；Ni為第i計算條塊在滑動面上所受重力(kN/m)；ci為第i計算條塊滑動面上巖土體的黏結強度標準值(kPa)；li為第i計算條塊滑動面長度(m)。

參考地質勘探報告，綜合應用室內試驗、反算分析等結果選取邊坡在不同工況下穩定性計算參數(見表2)，對K718+880、K718+905剖面的剩余下滑力進行計算，判斷邊坡的穩定狀態。計算結果見表3。

表2 邊坡穩定性計算參數

由表3可知：工況1和工況2條件下，邊坡的穩定性都較差，需及時采用措施進行治理。

表3 邊坡穩定性計算結果

2.2 邊坡水毀治理原則和目標

2.2.1 治理原則

(1) 以人為本，保護好當地的環境，對存在問題的路段集中處理，爭取一次到位。

(2) 治理方案經濟合理、技術可行，同時適當吸取當地的治理經驗。

(3) 充分利用當地資源，避免重復工程，以節約成本。

2.2.2 治理目標

(1) 邊坡治理完成后，要求在50年設計基準期內保證滑坡體穩定，不會產生整體或局部滑移破壞。

(2) 考慮到后期的管理、維護，治理方案除需滿足經濟合理、技術可行、安全可靠的要求外，使用的技術也應成熟、簡便。

(3) 治理方案在滿足硬件條件的前提下，還需與區域內自然生態相協調，保障生態環境的美化。

(4) 工程治理時應盡可能考慮有利于坡體自身穩定，盡量避免擾動巖土體而導致其內部應力變化。

(5) 工程布局應重點突出、全面治理，在保證治理方案科學性的同時，使方案切實可行，且經濟、安全有效。

2.3 邊坡水毀治理方案

依據邊坡破壞特點及地形地質等情況，在分析邊坡病害的基礎上，確定采用“卸載土方+整修邊坡+人字骨架護坡+抗滑擋土墻+坡面截排水”的治理方案。

2.3.1 邊坡坡率設計

首先清理和卸載滑移土體，根據土質邊坡坡面情況重新修整邊坡坡率。K718+850—915右側邊坡，第一級邊坡坡率1∶2.0，坡高7 m，設置2 m寬邊坡平臺；第二級邊坡坡率1∶1.1～1∶1.3，坡高約10 m。刷坡后，對坡面凹陷處及坡面松散土體分別進行填補及夯實。

2.3.2 防護工程設計

(1) 坡腳。拆除、清理原坡腳漿砌片石擋土墻后，在原址新設置C20片石砼抗滑擋土墻。選擇K718+880斷面，利用理正巖土工程計算分析軟件(6.0版)進行滑坡剩余下滑力計算和重力式抗滑擋土墻驗算，各項指標均滿足規范要求。

(2) 沿墻高和墻長設置泄水孔(沿墻長方向間距為2 m，沿墻高方向間距為1 m)，上、下、左、右交錯設置。孔內預埋φ10 cm PVC泄水管，設置3%坡度。為了防止泄水孔堵塞，泄水孔進水口周圍50 cm范圍內設置反濾層，墻背回填厚度≥50 cm的砂礫或碎石，外包透水土工布。在最低泄水孔下部設置隔水層，以防積水滲入基底，最低泄水孔高出地面0.3 m。為了防止墻背水下滲至基底，在墻后最低排泄水孔下填筑0.3 m黏土層并夯實，黏土層寬度比墻背基坑開挖線寬0.3 m，其頂面鋪設一層防滲土工布。

(3) 坡面。坡面采用現澆C20砼人字形骨架，其內植草防護。

2.3.3 地表水引排處理

在滑動坡面上方坡側設置梯形截水溝，防止坡體以外的表面水流入滑體。坡面及一級平臺設截水溝，通過滑體兩側引流水溝排入路側邊溝，完善地表排水系統。截水溝采用M7.5漿砌片石砌筑。

3 治理方案效果分析

治理方案施工期為2個月，于2016年底完工。治理完成后，選取5個剖面進行穩定性計算，結果顯示該區域邊坡的穩定性系數均滿足規范要求。同時于2017年1—4月每隔15 d對邊坡水平、垂直方向的位移進行監測，結果顯示兩方向產生的位移均控制在25 mm以內。綜上，治理方案有效。

4 結語

通過現場勘探，確定衡炎高速公路株洲段邊坡水毀的類型、范圍及嚴重程度，結合影像資料，分析該路段邊坡水毀原因為區域獨特的地質和地貌環境、氣候、降水量及外在人力行為，并提出卸載土方+整修邊坡+人字骨架護坡+抗滑擋土墻+坡面截排水的綜合治理方案，穩定性計算和位移監測結果表明該方案有效。