高速公路路塹邊坡滑坡及工程對策分析

摘要 為了充分了解高速公路路塹邊坡滑坡形成機理，提高滑坡治理效果，保證高速公路施工及運營安全，文章依托某高速公路項目滑坡治理實踐，針對路塹邊坡滑坡及工程對策展開綜合探究，借助有限元模型模擬分析了滑坡災變過程、機理及成因，提出了滑坡治理措施。通過實際工程應用，邊坡表面裂縫閉合效果良好，滑坡變形得到有效控制。

關鍵詞 高速公路；路塹邊坡；滑坡災變機理；治理對策

中圖分類號 U418.55 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）15-0123-03

0 引言

近年來，隨著交通強國戰略的大力實施，我國的高速公路建設日益完善，有效推動了區域經濟的發展。但由于高速公路建設環境復雜，沿線地質、水文、氣候條件變化較大，極易產生滑坡等地質災害，嚴重威脅高速公路建設及使用安全。因此，該文結合實際工程案例，系統探究了高速公路路塹邊坡滑坡災變機理及形成原因，提出了針對性的防治對策，對提高邊坡穩定性，保證高速公路安全穩定運營具有重要意義[1]。

1 工程概況

某高速公路項目K5+805～K6+090 路段右側路塹邊坡存在大規?；?。此路塹邊坡初始設計為兩級邊坡，其中一級坡高度為10 m，全坡采取錨桿格梁+6 cm 客土噴播防護方式；二級坡高度為4 m，采取三維網噴播種草防護方式；一、二級邊坡坡度均為1 ∶ 1，邊坡平臺寬2 m。詳細示意圖如圖1 所示。

此邊坡區域內地質狀況較為簡單，地層分布以粉質黏土、泥質粉砂巖為主，地勢較為平緩，氣候條件溫暖濕潤，降水豐富，雨水對邊坡坡面沖刷較為嚴重。地下水以孔隙水為主，主要由大氣降水形成，水量變化受氣候影響較大，具有顯著的季節性特征。

2 邊坡滑坡段災變過程

為全面了解邊坡滑坡災害發展過程，確定滑坡災變機理，借助有限元分析模型對滑坡發展過程實施模擬。選取K6+000 為代表性斷面，利用Rocscience RS2 有限元分析軟件，建立路塹邊坡開挖有限元模型，具體如圖2所示。根據邊坡滑坡路段地質條件及巖土力學特性，采用強度折減計算方法，得出自然邊坡穩定系數為1.68。2018 年10 月，根據原設計方案開挖路塹，施工區域內產生較為嚴重的裂縫，貫穿一級邊坡平臺，且處于持續發展狀態。采用強度折減法進行數值模擬運算，得到此條件下邊坡穩定系數為1.02。根據此滑坡具體情況，對一級邊坡坡面實施反壓處理，滑坡變形得到有效控制[2-3]。同時，對原設計方案實施調整，將K5+950～K6+010 路段錨桿格梁防護方式變更為3 排4 束錨桿框梁防護方案。待頂部雙排錨桿布設完成后，對此條件下邊坡穩定情況實施模擬計算，得出穩定系數為1.20。

2019 年11 月18 日，錨索框梁施工完成，并全面卸除下方反壓設施后，K5+805～K6+010 區段內邊坡產生二次開裂，通過模擬計算得出此條件下邊坡穩定性系數為1.06。根據此次邊坡滑坡具體情況，再次對邊坡防護方案實施調整。具體方案如下：在第一級邊坡平臺位置布設抗滑樁（Z1～Z15），并在抗滑樁頂部設置單排6 束錨索，在第一級邊坡坡面布設雙排預應力錨索。邊坡加固完成后，對其穩定性實施模擬計算，得出該條件下的邊坡穩定系數為1.34。

2021 年4 月20 日，該區段出現持續性強降雨，邊坡產生整體性滑動，并且其規模更大，通過模擬計算得到此條件下的邊坡穩定系數為1.02。圖3 所示為路塹邊坡未開挖時自然狀態以及開挖后第一次成災、反壓一級已開挖邊坡、完成施加一級邊坡上部兩排錨索、卸除反壓體后暴雨第二次成災、第二次反壓一級邊坡、完成施加錨索抗滑樁加固、卸除反壓體后暴雨第三次成災，所對應施工時步為1～7 的工況模擬過程中邊坡穩定性狀態的變化規律。對施工時步為1、4、7 工況下邊坡穩定性實施模擬計算，得出其穩定系數依次為1.03、1.05、1.01。此種狀況下，邊坡穩定性較差，并處于持續發展狀態，與現實狀況下各階段邊坡破壞特征及穩定狀態完全一致。

3 邊坡滑坡災變機理解析

3.1 邊坡滑坡3 次災害破壞分析

K5+805～K6+010 路段右側邊坡滑坡共出現3 次失穩破壞。由于持續性強降雨影響，路塹邊坡產生反復性滑動，滑坡規模持續增大，邊坡變形極為嚴重。

（1）路塹開挖完成后，邊坡出現了第一次破壞，并處于持續發展狀態。坡腳位置應力較為集中，穩定性較差，由于錨桿加固方案工序較為繁瑣，導致加固未完成，邊坡便產生滑坡破壞。

（2）邊坡加固階段，頂部雙排錨索施工完成后，邊坡出現了二次破壞，通過查閱相關施工資料發現，此時恰逢雨季，路塹邊坡施工完成后，頂部后側25～30 m 產生大規模裂縫，沿溝谷不斷延伸，從而形成滑坡。

（3）此邊坡加固階段，錨索抗滑樁施工完成后，產生了第三次破壞。根據現場實際情況，抗滑樁周邊土體產生大規模破壞，樁體產生較大位移，造成樁頂錨索失效[4]。

3.2 邊坡滑坡主要原因

通過對該路塹邊坡三次災變機理分析，發現滑坡的形成是多種因素共同作用的結果。根據三次災害破壞特征及災變機理，得出破壞形成的具體原因如下：

（1）順層滑坡。通過實地勘查發現，右側邊坡斜向為299°，巖層斜向為290～310°，屬于較為典型的順層滑坡。邊坡極不穩定，遭受外部荷載作用，極易產生失穩，形成滑坡。

（2）地質條件。邊坡地質條件以強風化粉砂巖為主，結構較為破碎，風化程度較高，巖芯為巖土狀，遇水易軟化，穩定性較差，極易產生滑動破壞。同時，區段內降雨豐富，邊坡受雨水沖刷、侵蝕破壞較為嚴重，土體強度急劇下降[5-6]。

（3）坡腳開挖擾動。坡腳開挖使邊坡結構原始平衡狀態被打破，導致其抗滑性能顯著降低，從而造成路塹頂部后側位置受拉開裂，并逐步向邊坡結構受力薄弱部位蠕變發展，引發滑坡體產生開裂。一旦滑坡體沿滑動面的下滑力超出邊坡土體抗滑作用時，便會產生失穩。

（4）降雨引發邊坡滑動。在降雨影響下，邊坡受雨水作用，土體濕度、重度顯著增加，水體沿裂縫逐漸滲透至結構內部，到達薄弱滑動區域，導致滑坡體前方土體產生軟化。由于雨水持續作用，邊坡內部土體抗剪性能顯著下降，滑坡體下滑力不斷增加，從而引發邊坡滑動。

（5）錨拉樁變形協調因素。預應力錨索主要是在抗滑樁未受力狀態下設置，其主要作用是與抗滑樁共同承受滑坡體殘余下滑力，以有效增強抗滑樁穩定性，防止樁體產生變形。而采用錨拉樁防護措施對邊坡實施加固處理時，未充分考慮錨索與抗滑樁之間的變形協調因素，從而導致錨索在樁體未充分發揮其實際效用的情況下預先受到破壞，造成樁頂穩定性嚴重下降，樁體變形加劇，邊坡抗滑性能降低，出現滑移破壞[7]。

4 滑坡治理對策及工程效果評價

根據當前產生的滑坡質量問題，為避免滑坡持續發展對公路運營造成不利影響，最大限度地降低經濟損失，需根據滑坡實際情況，及時進行加固處理。

4.1 治理措施

通過現場實地勘查，結合滑坡具體特征，制定針對性處治措施，詳細方案如下：

（1）針對K5+940～K6+040 區段，在一級邊坡坡腳位置設置擋土墻，整體高度2.5 m，頂部寬度1.0 m，埋置深度1.0 m。

（2）在Z8～Z15 抗滑樁前方設置兩道預應力錨索腰梁，截面尺寸為0.8 m×0.6 m，錨索（6 束）長度為24 m和26 m。

（3） 在現狀邊坡平臺抗滑樁內側布置鉆孔樁M1～M12，直徑1.8 m，長度20 m，布設間距4 m，樁體內部設冠梁形成整體結構，冠梁布置兩根錨索，長度為32 m，布置間距為4 m?？够瑯禯1～Z8 頂部重新設置冠梁，并通過連梁與鉆孔樁形成整體。

（4）對二級邊坡實施修整，并在邊坡表面布設兩排錨索框梁，錨索（4 束）長度24 m。對一級邊坡平臺實施修整，并利用C15 混凝土填充脫空區域。

（5）修復邊坡裂縫，并修建排水系統，重新設置Z1～Z15 樁前邊坡表面泄水孔，深度為20 m，布置間距為6 m[8]。

4.2 工程效果評價

選取代表性斷面K6+000，對其滑坡處治效果實施模擬分析，按照現行《公路路基設計規范》相關規定，常規工況下，高等級公路邊坡穩定性系數為1.20～1.30，特殊工況為1.10～1.20。利用強度折減算法，求得該高速公路路塹邊坡正常工況下穩定性系數為1.38，強降雨工況下為1.28，全部符合規范要求。

同樣，選取代表性斷面K5+890，對其滑坡處治效果實施模擬分析。利用強度折減算法，求得該高速公路路塹邊坡正常工況下穩定性系數為1.40，強降雨工況下為

1.31，全部符合規范要求[9]。

為全面了解滑坡發展情況及具體變化特征，確?；路乐喂こ淌┕ぐ踩⒂行ПＷC防護措施有效性，對現場邊坡裂縫、滑坡變形實施實時監測。根據模擬計算數據及現場監測信息能夠看出，該高速公路路塹邊坡滑坡加固完成后，抗滑樁承載性能良好，原始邊坡裂縫全部封閉，邊坡變形不再發展，取得了顯著治理效果[10]。

5 結論

綜上所述，該文結合某高速公路K5+805～K6+090 路段右側路塹邊坡滑坡治理實例，利用有限元模型模擬分析了滑坡災變過程，得出如下具體結論：

（1）K5+805～K6+010 路段右側邊坡滑坡共出現3次失穩破壞，第一次破壞出現在路塹開挖完成后；第二次破壞出現在路塹邊坡頂部兩排錨索框梁施工完成，且下方反壓設施全面卸除后；第三次破壞出現在錨索抗滑樁施工完成，經持續性強降雨作用后。

（2）利用有限元分析模型，對該路塹邊坡3 次災變機理模擬分析，得出滑坡是由于多種因素共同作用的結果，其主要原因包括順層滑坡、地質因素、坡腳開挖擾動、降雨影響、錨拉樁變形協調因素等。

（3）根據該高速公路路塹邊坡滑坡具體特征，制定針對性處治措施：①針對滑坡問題通過設置擋土墻、增設預應力錨索腰梁、設置鉆孔樁等措施，有效增強抗滑樁承載性能，保證邊坡穩定性；②滑坡病害處治，應堅持一步到位、不留隱患的原則；③滑坡治理應修復裂縫，并建立完善的排水系統，降低水損破壞。

（4）通過工后監測，該工程原始邊坡裂縫全部封閉，邊坡變形得到控制，滑坡治理效果顯著，充分表明此滑坡治理方案具有較強的可行性。

參考文獻

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