云南某膨脹土地基路堤滑坡治理研究

尹禎昌

［同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海市200092］

0 引言

膨脹土因其脹縮性、裂隙性、超固結性，在大氣干濕循環作用下，工程性質反復發生顯著變化，極易引起路基滑坡坍塌等病害。西部課題“膨脹土地區公路修筑成套技術研究”雖已對膨脹土路基設計、邊坡治理等進行了深入研究并取得了大量成果，有效減少了膨脹土地基路基事故的發生，但受制于各工程實際情況，因施工進度、界外水影響等原因，膨脹土地基路堤滑坡仍時有發生。

本文以云南保山地區某膨脹土地基路堤滑坡治理為例，采用鉆探、測斜管等檢測方法，對滑坡成因、滑動面確定進行了分析判斷，制定了卸載+抗滑樁分級支擋+路基加筋+排水梳理坡面防護的綜合處置方案，取得了良好的處理效果，可為其他類似滑坡治理提供借鑒。

1 工程簡介

滑坡道路位于云南省保山市，地基土層為弱~中膨脹土，地基脹縮變形總量為59.9 mm，脹縮等級為II級。

所處道路等級為主干路，路基頂寬50 m，2016年10月開工建設。工點路基設計最大高度14 m，基底采用1m片石換填，上部土夾石填筑，邊坡6 m一級，上部坡率1∶1.5，下部1∶1.75，平臺寬度2 m，最下級邊坡設置10 m寬護坡道。2017年5月，路基填筑至約10 m，并移交綜合管廊進行施工。10月底雨季結束后，恢復路基填筑，填筑至高度12 m時，西幅路堤頂面產生裂縫并出現滑動。至11月底，滑坡體頂部最大沉陷近3 m，向西北方向位移約2.5 m（見圖1、圖2）。

圖1 滑坡范圍

圖2 路堤滑坡現場

滑坡體后緣標高1 696.23～1 699.05 m，前緣標高1 670.90 m，最大相對高差約28 m。滑體斜坡面縱坡降17.9%，滑坡平面呈不規則長條形，滑體長約157.0 m，寬約72.0 m，平面面積10 625.6 m2，滑體平均厚7.20 m，體積約8 789.0 m3，為小型推移式土層滑坡。

2 工程地質條件

2.1 氣候條件

保山屬亞熱帶高原山區氣候，大部分地區冬無嚴寒，夏無酷暑，四季如春。冬春兩季雨水稀少，空氣干燥，夏秋兩季雨水較多。全區多年平均降雨量966.5 mm，多年平均降雨日數187 d。

2.2 地質構造

場地區域上處于三江褶皺系中的保山-瀾滄江構造帶中，構造以北東向延伸的正斷層為主，無全新世活動斷裂和發震斷裂分布。

2.3 地基土層

上層主要為湖積層（Qal+l）黏土，下部為上第三系（N2）黏土層，均具弱~中等膨脹潛勢。

第③層：黏土。棕灰、黃白、灰黃色，可塑狀，局部硬塑狀，干強度韌性高，泥裂發育，干易開裂，遇水易軟化，一般具弱～中等膨脹潛勢，物理力學性質較好。場區連續分布，揭露層厚4.40～17.70 m，平均厚度9.89 m。

第④層：黏土。青灰、灰黑色，局部灰藍色，硬可塑狀，稍濕，切面光滑，有光澤，干強度韌性高。泥裂發育，干易開裂，浸水易軟化崩解，一般具弱～中等膨脹潛勢。該層連續分布，物理力學性質較好，揭露厚度9.20~17.60 m，平均厚度13.86 m。

3 滑坡成因分析

滑坡發生后，經現場實地踏勘，該路段坡底和外部原地面有裂縫產生，但無明顯隆起；溝底路基填筑最高位置未發生滑移，基本排除因地基土強度不足發生深層滑移的可能性。滑坡體上游普遍存在地表積水，地形低點涵洞無水流入。結合工點補充勘察，經初步判斷，滑坡由以下兩個原因引起。

一是地下水或地表水因素。水是促使滑坡形成的主要因素，滑坡區坡體巖土體富水性差異較大，上覆殘坡積層為散體結構，透水性較好，中下部的黏性土屬相對隔水層，強度較高。因此，地表水沿透水性強的填土孔隙下滲至下伏透水性弱的土層表面，長期浸泡后易形成軟弱滑移面。

二是斜坡體填土加載。這是滑坡形成的誘發因素。該滑坡形成是由于在原地表上大量堆載加壓，破壞了下部土層力學應力，導致下部土體結構破壞，在其他不利因素影響下形成滑坡。

本次滑坡應是由填筑速率過快誘發、順地形最大坡度方向、沿原地面位置發生的滑移。路基頂部和坡面均出現拉裂裂縫，基本判定護坡道以內路基為滑坡主動區，現有護坡道、外部棄土和外部原地面為滑坡被動區。

4 滑動面的確定及下滑力計算

4.1 滑動面確定

膨脹土因在干濕循環作用下裂隙發育，難以像巖質邊坡滑坡一樣通過鉆孔取樣揭示滑動面位置，本工點通過補充鉆孔探坑、布置測斜管觀測綜合確定滑動面位置。勘察過程中通過觀測孔壁土體擠壓，鉆桿受擠壓位置基本位于原地面附近，并揭示第③層黏土內部存在軟弱夾層面，呈灰黃色、淺灰色，潮濕，可塑，厚0.10～0.20 m。滑坡發生后，沿主滑動方向布置了4個斷面共計13根測斜管進行了深層位移觀測，主滑動截面2-2'位移觀測結果見表1。

表1 截面2-2'測斜管觀測數據

測斜管觀測數據推算，位移突變點高程與第③層頂面高程基本吻合。經綜合判斷，滑帶（面）形態與斜坡原始地形密切相關，滑面傾角4°～6°，整體滑動面為折線形（見圖3）。

圖3 主截面2-2'滑動面

4.2 滑帶強度參數反算

根據現場位移觀測，滑坡體滑動逐漸趨于穩定，處于微動狀態。根據文獻[1]，穩定性系數取0.99，以主截面2-2'進行滑帶強度指標反算。主滑帶巖土強度參數見表2。

表2 滑帶巖土強度推算參數

結合室內反復直剪試驗結果進行折減修正，滑坡驗算采用參數見表3。

表3 巖土體計算參數

4.3 下滑力計算

滑體物質主要為第四系松散土體，沿第③層黏土內部的剪切結構破壞面產生滑移。滑坡面總體成折線形（見圖4）。采用通用的傳遞系數法計算滑坡穩定性和推力（見表4）。因計算采用飽和強度，不再單獨進行暴雨工況下的穩定性和推力計算。

表4 2-2'截面下滑力計算結果

圖4 主截面2-2'下滑力計算簡圖

5 處理方案

目前處理路基滑坡的主要手段包括卸載反壓、錨桿錨索、樹根樁、抗滑擋墻、抗滑樁等[2]。受制于路堤采用土夾石填筑，且施工過程中存在超粒徑填筑的實際情況，預制樁打入困難。滑動體腰部坡面裂縫較多，采用錨桿錨索亦難以確保可靠的錨固力。路堤下游棄土已有次級滑坡產生，滑坡前緣反壓和開挖施工抗滑擋墻風險巨大。綜合以上因素，結合現場上部路堤和護坡道位置土體較為完整的實際情況，以及“固腳強腰”的邊坡治理理念，制定了四步走的卸載+分級抗滑樁支擋+路基加筋+排水梳理坡面防護的綜合處置方案（見圖5）。

圖5 滑坡治理方案斷面圖

5.1 梳理上游排水系統、頂部卸載

上游界外水和上部加載為本滑坡發生的主要誘因。首先對上游界外水進行疏導，完善尚未實施的邊溝截水溝等排水設施，將水引入低點涵洞，避免對滑坡體的進一步影響。對坡面裂縫進行注漿封閉，避免降水直接滲入主動區土體和弱化滑動層強度。對滑坡體頂部土方進行卸載，卸載高度約3 m至二級平臺位置，為下部抗滑樁的施工提供工作面和安全系數。

5.2 打設兩排腰部抗滑樁

為控制路基橫向位移，確保管廊安全，支擋部分滑坡體主動區土體承載后續上部填土部分重量，于設計路肩位置打設兩排鉆孔灌注樁。灌注樁樁徑1.2 m，樁長16～25 m，設計單樁最大抗力805 kN，同排樁間距3m，排間距4 m。為充分發揮擋土作用，樁基采用梅花形布置。為提高樁基抗彎剛度、確保兩排樁共同受力，樁頂采用冠梁連接。考慮原地面位置存在約1 m厚片石層，已填筑路基為土夾石填筑，樁基原地面以上采用人孔挖孔成孔，原地面以下采用旋挖鉆機機械成孔。

5.3 坡腳抗滑樁

考慮滑坡下緣現狀棄土已出現裂縫，對上部支撐作用有限，且已有次生滑坡產生，同時確保地震等不利工況下的邊坡穩定性，于10 m護坡道及其附近進一步補充工程措施。于護道內側2 m位置增設一排人工挖孔樁，作為承載橫向推力的主體。人工挖孔樁樁徑2×2.5 m，樁長12~16 m，設計單樁最大抗力6 242 kN。樁間距5m，樁頂采用冠梁連接。

5.4 路基加筋+排水梳理坡面防護

上部路基采用加筋土進行填筑，土工格柵間距0.6 m一層，以均衡上部荷載，提高路基整體性。完善坡面拱形骨架+支撐滲溝防護，避免降水和界外水對邊坡產生影響。修整路基坡腳外側棄土坡度，設置樹枝狀盲溝等排水設施，頂面壓實，植草綠化，防止后期下游棄土滑動影響邊坡治理效果。

5.5 有限元驗證

采用Z-soil軟件，對應有限元強度折減法，對處理后路堤穩定性進行數值建模與計算。經驗算，邊坡治理后最不利截面位置，正常工況下安全系數為1.66，地震工況下安全系數為1.24，滿足正常工況下安全系數大于1.30、非正常工況下大于1.20的要求[3]（見圖6、圖7）。

圖6 正常工況應變云圖Fs=1.66

圖7 地震工況應變云圖Fs=1.24

5.6 動態監測

同時對邊坡進行較為完善的淺層和深層沉降位移觀測。深層觀測持續至運營期。

6 處理效果

滑坡治理工程于次年5月雨季來臨前施工完畢，距今已經歷3個雨季的考驗。經處理后進行的連續位移觀測統計，地面位移變化2.5~15 mm，樁體位移0 mm，滑體基本無滑移，目前道路已鋪筑路面，使用狀況良好，達到了良好的治理效果（見圖8）。

圖8 處理完工后現場

7 結 語

云南保山地區某膨脹土地基上路堤滑坡治理取得了良好的治理效果，得出以下結論：

（1）對膨脹土地基，特別是斜坡坡度大于1∶10的填高超過10 m的路堤，有條件時應優先選擇橋梁方案通過；無條件時，應于設計階段設置抗滑措施，進行完善的防排水設計，并于施工中落實。

（2）膨脹土路基滑動一般以淺層順地面滑動為主，補勘鉆孔鉆進記錄和深層觀測是重要的滑動面判斷依據。

（3）抗滑樁是土石混填路基滑坡治理較為可靠且便于實施的工程措施，設計時應根據滑坡體特征選擇合理位置分級支擋以取得最佳處理效果。