高速公路路基滑坡動態(tài)設計研究

文 / 云南省建設投資控股集團有限公司 查俊波

滑坡作為山區(qū)公路項目中主要病害形式之一，不僅會對正常行車安全造成威脅，同時還會損害工程耐久性，使其使用壽命折損，因此在設計時應當盡可能采取繞避的方式來規(guī)避可能出現(xiàn)的不利影響。對于難以通過繞避處理的地形，首先應當勘察其地質條件，確定滑動體的大小、運動形式以及基本性質，并以此為基礎采取相應的防治措施，在最大程度上控制可能出現(xiàn)的滑坡病害[1]。在西南地區(qū)某國道高速公路K20+640～K20+800段出現(xiàn)了山體滑坡現(xiàn)象，但通過細致的地質調查、鉆探，找出了山體滑坡的原因，采取了相應的綜合動態(tài)治理方案，取得了良好的效果。

工程概況

西南地區(qū)某國道高速公路K20+640～K20+800段右側滑坡：該段路基為挖方，為二級坡，坡高10m，坡比1:1。后期坡頂出現(xiàn)裂縫，裂縫可見深達2.0m以上。遂作放坡減載處理，變更為三級坡，第一級坡坡高8m，坡比1:1.25，碎落臺4.5m；第二級坡坡高8m，坡比1:1.25，碎落臺2.0m；第三級坡坡比1:1.25，進行刷坡處理、并于坡腳增設I型抗滑擋墻（H=4m）。完成刷坡后，繼而又發(fā)現(xiàn)裂縫。抗滑擋墻完成后未幾，發(fā)現(xiàn)K20+650～K20+700段墻頂向路基軸線推移超30cm，墻腳經(jīng)測量，向路基中心被推移約10cm，墻腳位置已經(jīng)填筑的路床加強層碎石土被擠壓隆起超60cm。出露巖土為紅黏土、黃黏土、強風化灰?guī)r、強風化頁巖，遇水極易軟化。

滑坡工程地質特征

范圍、規(guī)模及形態(tài)

該滑坡體位于山體斜坡前緣，前緣為分臺開挖人工邊坡，滑動后坡面高約15～24m，坡度約44°，坡腳高程約1293m，后緣最高點高程約1330m，滑坡后緣與邊坡坡腳相對高差約37m，最大水平距離約63m。開挖邊坡后緣為山體自然斜坡，植被覆蓋較好，以灌木、雜草為主，原始坡度13～27°。

滑坡體主滑方向150°，寬約140m、長約50～70m，滑坡體厚度4～9m（計算時按9m計），滑坡體積約6.3×104～8.8×104m3。按滑坡主要物質組成分類，該滑坡屬類土質滑坡；按滑坡體積、滑動面埋深分類，該滑坡屬于中型中層滑坡；按滑坡的動力學特征分類，邊坡開挖后，前緣巖土體滑動后，使后緣巖土體失去支撐面，該滑坡屬于由工程開挖引起的牽引式滑坡。

滑坡后緣邊界處原為黏性土層，高程約在1330m，變形裂縫總體向45°及82°兩個方向發(fā)育。該滑坡前緣為人工開挖臺階，臺階寬4.5m，設置有抗滑擋墻，已發(fā)生變形，地層主要為全風化碎裂狀頁巖。經(jīng)向建設方及項目相關方咨詢，該處位置地面發(fā)生過位移，并在坡腳路基見有凸起。

滑坡防治工程安全等級

擬建路線以深挖路塹形式從滑坡前緣通過，對路線影響較大。滑坡危害程度分級為嚴重，滑坡防治安全等級為Ⅱ級。

滑坡結構

滑坡區(qū)上覆土層主要為殘坡積可塑狀含礫粉質黏土，厚1～4m，下伏頁巖夾灰?guī)r，灰?guī)r以透鏡體形式出露于頁巖間，坡腳處見有頁巖、灰?guī)r出露；頁巖多呈全～強風化，巖體極破碎，呈碎裂松散結構，多數(shù)已風化呈土狀，可按碎石土考慮。

滑坡發(fā)生成因分析

地質內因

滑坡區(qū)上覆第四系（Q4el+dl）殘坡積層含礫粉質黏土，厚度約4m；下伏基巖以寒武系上統(tǒng)歇場組頁巖為主，巖質極軟，巖體極破碎，節(jié)理發(fā)育，巖體呈碎裂松散狀。根據(jù)鉆孔揭露，見有地下水出露，全風化層頁巖受地下水浸泡后強度降低，為邊坡失穩(wěn)提供了條件，邊坡沿全風化層滑動。

外因

自然斜坡原始坡度在13～16°，后線路建設需要，在坡腳前緣進行了開挖，從而形成平均坡度約45°、高約5～24m人工邊坡，因人工切割坡腳破壞了原斜坡體平衡條件，從而引發(fā)失穩(wěn)。

滑坡穩(wěn)定性評價

計算參數(shù)的分析與確定

但由于邊坡已演變?yōu)榛拢旅娴貙右寻l(fā)生剪切破壞，其抗剪強度與天然狀態(tài)或浸水狀態(tài)下的抗剪強存在一定差異，因此需要根據(jù)規(guī)范要求應采取反演計算結合試驗成果綜合確定獲取抗剪強度指標。

反演計算

根據(jù)勘察結果，勘察剖面3-3'滑動后緣最遠，高度最高，為主要滑動面，計算模型需要采用本次勘察剖面3-3'按滑動前的坡體狀態(tài)進行反演計算后綜合確定。滑動面形態(tài)要以滑坡體后緣地面裂縫及前緣剪出口（地面隆起）的實際位置結合巖層產(chǎn)狀及勘察揭露地層確定。

根據(jù)剖面3-3'坡體形態(tài)結構特征、鉆孔揭露地層特征綜合進行分析可知，該滑坡的主要滑動面為順碎裂狀全風化層頁巖④層結構面滑動，滑面呈折線型，前緣坡腳處為剪出口。根據(jù)上述滑動面、剪出口的確定情況以及邊坡滑動破壞特征相互組合，建立計算模型。

（3）荷載組成及計算工況。滑體自重：天然狀態(tài)下按天然重度計算；考慮正常工況和暴雨工況。

（4）確定計算滑動面。根據(jù)邊坡滑動后產(chǎn)生的實際變形位置，在剖面中分析推測并確定滑動面形態(tài)。

（5）反演計算的穩(wěn)定系數(shù)。邊坡在正常工況下發(fā)生過滑動破壞，因此按邊坡處于整體變形-滑動狀態(tài)考慮，根據(jù)規(guī)范要求，穩(wěn)定性系數(shù)Fs介于0.95～1.00之間。

計算結果分析

根據(jù)巖土層參數(shù)，采取折線滑動采用傳遞系數(shù)法對現(xiàn)狀邊（滑）坡進行分析。按照穩(wěn)定性計算參數(shù)，對其他各剖面現(xiàn)狀邊坡進行穩(wěn)定性計算及評價。計算結果如表1所示。

滑坡穩(wěn)定性評價

1.通過驗算，滑坡正常工況下已處于不穩(wěn)定狀態(tài)，還有剩余下滑力，穩(wěn)定性差，自然條件下可能使得整體失穩(wěn)。

2.根據(jù)鉆探揭示、調查測繪及地質調查，邊坡有點滴狀滲水現(xiàn)象，坡體局部物質含水量高，且滑坡體以含礫粉質粘土、全風化頁巖為主，頁巖已風化成土狀，具遇水軟化、崩解特性，穩(wěn)定性差。

3.根據(jù)勘察情況結合邊坡穩(wěn)定性計算分析，該邊（滑）坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，該滑坡失穩(wěn)后其坡度仍然較大，而滑動面已成貫通狀態(tài)，在雨水順滑動面入滲或其他誘因作用下、尤其是在開挖坡腳后發(fā)生二次滑坡的可能性極大，發(fā)生滑坡的對滑坡前緣道路危害性大，必須對該滑坡進行支護治理。

綜合上述分析，該滑坡為近期形成的工程滑坡，不穩(wěn)定，正常工況下可能再次整體滑動。

滑坡處治動態(tài)設計

動態(tài)監(jiān)測

動態(tài)監(jiān)測的對象應當包括坡頂、坡面，且可綜合使用實地調研與觀測樁測量來確定滑動體狀態(tài)。特別是要對坡頂附近50m內的空間采取定期調繪的方式來輔助監(jiān)測，并確定土體中裂縫的發(fā)展情況，記錄下裂縫的寬度、位置、發(fā)展程度等基本信息[3]。此外，在開挖的同時也應實時記錄斷面地質情況，通過觀察斷面產(chǎn)狀、節(jié)理及地下水來判斷邊坡的穩(wěn)定性，若出現(xiàn)不利情況應當及時上報并采取相應的措施。基于已有的固定點在不同邊坡位置設置觀測樁，可以通過水準儀、全站儀等設備來提升監(jiān)測精度。

處治方案設計

以邊坡為對象做削坡處理，使其能夠達到卸載的效果，以此減弱滑坡力的作用。坡面可以采取框格梁的形式來加強防護效果，并在后緣位置布置錨索，加強坡頂?shù)呐潘O備；此外，對于存在裂縫的區(qū)域，可以考慮進行開挖回填或碾壓夯實，以此限制裂縫的進一步發(fā)展；考慮到季節(jié)性降雨對于滑坡病害的促進作用，可在滑坡位置附加排水、截水設施，來抵抗外部降水的不利影響。

除了對邊坡做削坡處理并借助框格梁附加防護外，同時還應在坡腳位置布置抗滑樁以增強防治效果，并且確保樁端能夠伸入到基巖中。

為了保證施工方案的科學可靠，同時提升邊坡防治質量，可以基于滑坡風險因素有針對性地確定相應的加固措施，綜合利用錨索、抗滑樁等來達到預期效果，其中若需要放坡處理則一般可以1:1.75—1:2.0為標準進行設計，以此來避免坡面出現(xiàn)更為嚴重的風化現(xiàn)象，也可采取防護措施進行加強。

結語

總體來看，在實際工程建設中，應當對地質條件予以足夠重視，尤其是滑坡等潛在病害風險需要結合地勘報告進行防治。一般可借助繞避來規(guī)避潛在的滑坡災害，如必須要穿過也應研判其穩(wěn)定性，并采取相應的防護措施告等。基于邊坡現(xiàn)有狀態(tài)，可綜合采用動態(tài)監(jiān)測、削坡減載、工程排水等方式來完成綜合治理，將地質環(huán)境控制在合理的范圍內。