山區高速公路路塹邊坡處治方案研究與應用

朱衛棉

(中南林業科技大學 土木與建筑工程學院，湖南 長沙 410004)

1 工程概況

本工程為貴州省畢都高速公路法窩互通處左側山體開挖形成的路塹邊坡。該邊坡平均坡度約30 ℃，山體巖石裂隙發育，施工過程中坡面出現多條地裂縫，局部出現過坍塌，為潛在不穩定山體斜坡。

由于持續降雨影響，山體出現嚴重下滑，邊坡上部出現多處開裂剪出面，滑移體上部多處地裂縫，且有不斷擴大趨勢。根據現場勘察，此次滑坡主體為灰巖錯落體山體，以巖溶發育強烈的灰巖錯落體及裂隙發育的砂巖為主，下部為裂隙發育的含炭質的泥灰巖和炭質泥巖，其中間為夾泥灰巖和砂巖。邊坡在滑移作用下中部形成寬緩的平臺，后緣形成了滑坡陡坎，陡坎開裂處多見巖溶發育。初步判斷該邊坡仍處于欠穩定狀態，需要采取及時有效的處治措施。

2 邊坡滑移成因分析

(1)地形及巖性

邊坡位于峰林谷地巖溶地區，開挖處地形坡度較陡，具有較大的高差。根據地質勘察報告，該邊坡基巖地層主要由為灰巖，砂巖，泥灰巖等組成，其礦物成份具有一定的親水性，且抗風化能力差，裂隙發育，在降雨等條件下較容易形成軟弱帶。

(2)水文條件

該地區地下水可分為松散巖類孔隙水、基巖裂隙水兩大類，降雨時大量的地下水下滲入巖體中，常年雨水沖刷，導致堆積塊石接觸面溶蝕嚴重，結構松散，抗剪強度降低，改變了巖體的性質和強度，容易形成崩滑堆積體。

(3)施工開挖

由于該邊坡屬于公路開挖區，人為的開挖使山體臨路側形成了臨空面，原有的山體結構被破壞。同時，山體開挖過程中采取了爆破手段，產生振動作用，也影響了山體的穩定性。

綜上分析，本次邊坡滑移的主要原因為連續強降雨條件下，地表和地下排水不暢，導致巖體底部泥巖浸水軟化，強度降低，在自重作用下發生的整體滑移，次要因素是人工開挖中爆破和擾動形成了臨空面，破壞了原因的平衡狀態，可以判定為大型錯落體推移式滑坡。

3 邊坡穩定設計抗力計算

(1)控制斷面與參數的選取

由于該路塹邊坡開挖范圍較大，進行穩定性分析可選取主控斷面剖面為重點進行計算。該邊坡主控斷面剖面圖如圖1所示。

圖1 邊坡主控斷面剖面示意圖

邊坡巖土力學計算參數的選取采用建議值巖土體參數綜合現場及室內試驗結果以及參照工程經驗值確定，計算參數選取如表1所示。

表1 巖組巖體力學計算參數值

(2)邊坡下滑力計算

結合該邊坡失穩原因，可認為該邊坡滑動方式為沿下伏基巖面折線滑動模式。因此，可采用傳遞系數法來計算和分析該邊坡到達穩定狀況下的下滑力。該邊坡滑動面可按照不同接觸關系可分為三部分，即后緣陡崖下灰巖錯落體與后緣灰巖原巖體之間接觸面，主體部分為泥巖頂面與錯落體底面接觸面，前緣為順層反翹剪出面。傳遞系數法計算公式如下：

Fs=

(1)

其中：

RDi=γwhiwLisinβsin(αi-βi)；

TDi=γwhiwLisinβicos(αi-βi)

Rn=(Wn(cosαn-Asinαn)-RDn)tanφn+CnLn

Ψj為傳遞系數，按下式計算：

Ψj=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)×tan(φi)

(2)

式中：Wi為第i條塊的重量(KN/m)；Ci為第i條塊內聚力(KPa)；φi—第i條塊內摩擦角；Li為第i條塊滑面長度(m)；αi為第i條塊滑面傾角；A為地震加速度(重力加速度g)；Fs—穩定系數。

圖2 剖面條分計算示意圖

根據本滑坡工點的發生條件和發展特征分析，本滑坡是連續降雨和前緣開挖臨空共同因素作用下發生的推移式滑坡，發生時間具有突變性，快速發展時間較短，之后變形趨緩。邊坡出現滑坡時，處于連續強烈降雨天氣下，滑動面位于地下水位以下，處于飽和狀態。

根據公路路基設計規范，正常條件下高速公路邊坡穩定性驗算的安全系數可取為1.20～1.30，暴雨狀態下的工況下安全系數可取用1.10～1.20。當前邊坡暫未繼續發生明顯的位移，滑坡治理后的穩定工況與目前現狀基本一致，綜合考慮本段滑坡治理驗算安全系數可取為1.2。

表2 不同安全系數下的剖面驗算結果

4 處治方案比選與評價

邊坡處治方案一般分為降低下滑力和增大抗滑力兩大類。降低下滑力的方法一般為清方減載，降低滑坡體自重以降低下滑力，例如清方減重法，著重清除對滑坡下滑力貢獻較大的位置的滑體土石方。增大抗滑力的方法有反壓、錨固、支擋或改良滑動面性質(深層排水、注漿等)。針對該邊坡特點和滑坡機理，邊坡處治方案設計主要考慮“抗滑樁支擋”與“清方反壓”兩個方案進行比選研究。

4.1 抗滑樁支檔

考慮邊坡體前緣即位于錯落體前緣，受構造作用和地質作用影響，地層和巖體分布雜亂，錯落體和原始地層間存在孤石和擠壓、翻轉巖層，結構面發育雜亂，穩定性和參數各向異性特征明顯且難以量化估算等因素，采取抗滑樁支擋設置于邊坡體中段即主線右側路基邊緣處。

根據剖面計算剩余下滑力結果，本方案設計抗滑樁埋入地下約30 m深處的滑動面位置。因滑動面位于錯落體底面處，原始地層與錯落體接觸面存在較為明顯的起伏，同時巖層存在水平的不同的巖性的接觸面，抗滑樁需穿這些潛在的不利層面。

取F=1.20進行設計驗算，采取抗滑樁方案單樁長度需在20 m以上，錨固段長度不小于12 m。該段(K207+720～K207+860)內共需設置寬4 m高7 m長20 m樁間距3 m的抗滑樁共22根。

4.2 清方反壓

清方反壓方案是通過采取滑坡體上部減重措施來清除滑坡體起擠壓作用，提供下滑力來源的后段，保留起阻滑作用的前段。同時，通過將部分清方土體，根據路基施工情況進行回填反壓，對現有土石方資源進行有效利用。具體實施措施如下：

①擬定不同的清方刷坡線，分別對控制性典型橫斷面進行穩定性和剩余下滑力驗算，根據驗算結構進行清方線高程的調整，并確定清方線，從路基右側邊坡第二級平臺即高程處開始放坡。

②放坡采用寬平臺直至后緣陡崖處，考慮到降雨防止過量雨水下滲降低巖體強度，可將平臺設計以5%坡度進行放坡，加速地表排水。

圖3 清方反壓處治方案示意圖

表3 兩種方案主要技術經濟指標

③后緣陡崖邊坡具體根據基巖起伏情況按1∶1進行分級放坡，刷坡過程中需盡量清除錯落體和后緣表層堆積體，保留完整厚層灰巖原巖。清方后陡崖下最上一級邊坡高度在30～40 m之間，清方后坡面采用框架錨桿內噴混植草。

④對清方后的土石方處理后進行分層填筑壓實，按照路基實際情況設置回填高度。

綜上所述，兩種方案均能滿足該邊坡穩定性的要求，但經對比分析可知，采取“清方反壓”方案較的抗滑樁支擋方案總造價節約40%以上，且施工難度較小，周期更短，同時可以避免后續施工工程中因外界條件變化導致支擋結構失穩的長期風險。因此，該邊坡處治時采用清方減載結合堆填反壓的方案更為經濟、合理。

5 結 論

(1)通過對山區高速公路高路塹邊坡失穩原因進行分析，結合該邊坡失穩的特征，采用傳遞系數法分別計算了正常工況和暴雨工況下邊坡下滑力，為處治方案設計和選擇提供了依據。

(2)根據邊坡穩定性驗算要求，針對邊坡特點分別設計了“抗滑樁”支擋和“清方反壓”兩種處治方案。經對比分析，采用“清方反壓”方案既能達到穩定性要求，施工難度和風險小，較支擋方案更適用于該項目。