廈沙高速某滑坡治理方案的比選與優(yōu)化

■陳阿凱

（福建省交通規(guī)劃設(shè)計院，福州 350004）

1 工程概況

某邊坡位于廈沙高速K3+840～K4+070段左側(cè)，原設(shè)計為4級邊坡，最高約32.3m，原設(shè)計主要防護型式：第一階非預(yù)應(yīng)力錨桿框架，第二階預(yù)應(yīng)力錨索框架，第三～四階拱型骨架植草灌。在施工期間，正逢雨季，2016年3月受連續(xù)強降雨影響，該邊坡第一、二階坡面開裂，平臺局部塌陷，坡頂沿截水溝處開裂、下錯，如圖1～2所示。

圖1 平臺局部塌陷

圖2 截水溝開裂

2016年8月，因受連續(xù)強降雨的影響，在進行錨索試驗墩施工時，發(fā)現(xiàn)坡頂有細(xì)微裂縫且持續(xù)發(fā)展，第四、第五階坡面滑塌、平臺開裂、坡頂出現(xiàn)沉降裂縫并下錯，擴大發(fā)展為長約50～60m，縱深約20～30m，高約為25～30m的滑塌體（如圖3所示）。滑塌后緣處錯落明顯，高約1.5～2.0m（如圖4所示），坡面形成裂縫，在降雨作用下裂縫不斷擴大，坡面及前部產(chǎn)生局部次級滑塌，使坡體有進一步向后緣及兩側(cè)發(fā)展的趨勢，存在較大安全隱患。

圖3 邊坡失穩(wěn)滑塌

圖4 后緣下錯

2 地質(zhì)概況

據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪及鉆孔揭露，場地上覆殘積土（Qel），下伏基巖為（J3n）凝灰熔巖及其風(fēng)化層。巖土層工程地質(zhì)特征自上而下分述如下：

（1）殘積砂質(zhì)粘性土（Qel5-23）:黃褐色，濕，可塑，原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造已經(jīng)破壞，巖芯呈土狀，手捏易散，遇水易軟化崩解。

（2）全風(fēng)化凝灰熔巖（J3n8-40）：黃褐色，原巖結(jié)構(gòu)構(gòu)造已經(jīng)破壞，巖芯呈散體狀構(gòu)造，手捏易散，遇水易軟化崩解。

（3）砂土狀強風(fēng)化凝灰熔巖（J3n8-41）：灰黃色，原巖已基本風(fēng)化，巖芯呈砂土狀，局部見風(fēng)化巖核，手捏易散，泡水易軟化。

（4）碎塊狀強風(fēng)化凝灰熔巖（J3n8-42）：灰褐色，巖芯呈碎塊狀，塊徑3-5cm之間，節(jié)理風(fēng)化裂隙發(fā)育，節(jié)理面有鐵錳質(zhì)渲染，屬軟巖。

（5）中風(fēng)化凝灰熔巖（J3n8-43）：淺灰色、深灰色，熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，巖體大多較完整，節(jié)理、風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖芯呈柱狀、塊狀，RQD值一般為60%～80%，堅硬巖。

據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及現(xiàn)場測繪，場區(qū)未見斷裂帶發(fā)育，亦未見危害已建高速的活動性構(gòu)造跡象。滑塌區(qū)場地覆蓋層主要為第四系人工填土，殘積砂質(zhì)粘性土及基巖全風(fēng)化層。

場區(qū)內(nèi)發(fā)育地下水為殘積土及基巖風(fēng)化帶中的孔隙裂隙水，主要賦存于殘積土及強-中風(fēng)化層中，透水性較差，富水程度相對較差。主要接受大氣降水補給,水量受降雨影響大，山坡、山腳為逕流區(qū)，多沿坡向排泄。一般為無壓潛水。此類水降雨后地下水垂直徑流速度較大，對挖方邊坡穩(wěn)定性影響大。

自然地理條件與氣候：原產(chǎn)區(qū)位于中亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，雨量充沛，四季分明，立體氣候顯著。年均氣溫19.5～21℃，年降水量1000～1800mm，無霜期為268天。區(qū)內(nèi)4～11月為多雨季節(jié)。7～9月夏秋之交，常遭臺風(fēng)暴雨襲擊。

3 高邊坡滑坡成因分析

根據(jù)坡體監(jiān)測資料、邊坡地質(zhì)補勘資料及現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)繪成果，對該高邊坡發(fā)生滑坡的成因進行分析，邊坡出現(xiàn)滑坡主要有以下幾方面原因：

3.1 地質(zhì)原因

坡體土層飽水增重極易軟化，抗剪強度急劇降低，且上部土層有利于降雨入滲，持續(xù)強降雨使得風(fēng)化土層極易飽水軟化，強度急劇降低。表層殘破積土層為高液限土，日曬易干裂，飽水易軟化，裂紋、裂縫必為降雨時的下滲通道，未能起隔水作用。上部風(fēng)化土層松散地質(zhì)結(jié)構(gòu)是邊坡失穩(wěn)的地質(zhì)基礎(chǔ)。

3.2 降雨影響

2016年8月份受持續(xù)強降雨，大量降雨入滲坡體，且無法及時排出，使上部松散風(fēng)化層土體迅速飽水軟化，土體自重增加，坡體不利荷載下滑力大大增加，同時土體抗剪強度降低，同時地下水的水動力作用和潛能作用增強，最后形成土體變形失穩(wěn)。因此降雨是形成邊坡滑塌的外因之一。

從現(xiàn)場施工過程和邊坡失穩(wěn)過程看，本路段由于殘積土層和全-強風(fēng)化凝灰熔巖層為弱含水層，受原有節(jié)理及表層微細(xì)卸荷裂紋影響，坡體抗沖刷能力弱，在連續(xù)強降雨作用下，坡面極易產(chǎn)生水沖溝，部分沖溝在強降雨反復(fù)作用下不斷深切擴展，導(dǎo)致坡面出現(xiàn)小坍塌，當(dāng)坡腳處小坍塌的范圍、深度變大后，邊坡的穩(wěn)定性就明顯下降，由于臺風(fēng)帶來的持續(xù)強降雨的作用，本路段邊坡出現(xiàn)多處坍塌，坡體穩(wěn)定性進一步下降。

3.3 人類工程活動的影響

邊坡開挖完成以后，破壞坡體原有的平衡條件，使坡體下方產(chǎn)生臨空面，影響坡體穩(wěn)定性。

4 邊坡穩(wěn)定性分析

4.1 滑動面的確定

根據(jù)邊坡的深孔位移監(jiān)測資料及補充勘察報告，結(jié)合坡體變形裂縫的實測資料，綜合確定滑動面。

4.2 穩(wěn)定性計算分析

（1）滑坡穩(wěn)定分析時選取K3+920為典型斷面。

（2）結(jié)合地勘報告試驗指標(biāo)，以滑坡體所處的穩(wěn)定狀態(tài)（安全系數(shù)1.0左右，如圖5所示）反算坡體物理力學(xué)參數(shù)，各土層力學(xué)參數(shù)詳見表1。

圖5 加固前安全系數(shù)

圖1 土層力學(xué)參數(shù)表

（3）根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30-2015），路塹邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)Fs≥1.2進行加固處理。

5 治理方案設(shè)計

由于該邊坡地質(zhì)條件復(fù)雜，上覆殘積砂質(zhì)粘性土較厚，其下為凝灰熔巖風(fēng)化層，地下水豐富。結(jié)合地質(zhì)勘察資料以及現(xiàn)場踏勘情況，根據(jù)坡體變形情況，對該工點進行治理方案設(shè)計。

5.1 方案一：支擋工程+錨索抗滑樁

（1）對坡面進行適當(dāng)修坡卸載

按8m一階刷坡，刷方后邊坡高為6級。第一階坡率1∶1.0，第二～六級坡率 1∶1.25。

（2）支檔工程

第一級坡腳設(shè)置C15片石砼A型半擋墻（高8m）。

（3）防護加固工程

第三階平臺K3+897～K3+957段增設(shè)11根錨索抗滑樁，錨索抗滑樁截面尺寸2×2.5m，樁間距6m，樁頭設(shè)置3根錨索孔，錨索設(shè)計拉力700kN，樁間距6m，設(shè)計要求樁底進入中風(fēng)化凝灰熔巖層不小于10.0m。

第二級邊坡設(shè)置4孔8m×8m錨索框架，設(shè)計拉力700kN，錨索錨固段進入碎塊狀強風(fēng)化凝灰熔巖層不小于12m。因坡體地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水豐富，坡體上部土體地質(zhì)較差，坡面較松散，存在從樁頭越頂?shù)娘L(fēng)險，考慮第四、五級邊坡設(shè)置低噸位錨索框架，框架尺寸為4孔8m×8m（其中第四級框架錨索設(shè)計拉力550kN，第五級框架錨索設(shè)計拉力400kN），同時第四、五、六階坡面設(shè)置小導(dǎo)管注漿支護，小導(dǎo)管鉆孔孔徑Φ90mm，Φ50mm無縫鋼管，間距：1.5m×1.5m，L=9.0m。加固后安全系數(shù)為1.239，如圖6所示。

圖6 方案一加固后安全系數(shù)

（4）綠化及截排水工程

坡面以拱型骨架植草灌為主綠化防護,坡頂設(shè)置截水溝，第一、二、三階坡腳打設(shè)排水平孔，第三階坡面設(shè)置支撐滲溝，支撐滲溝寬2m，間距6m。

圖7 方案一典型斷面設(shè)計示意圖

5.2 方案二：支擋工程+錨索框架

（1）對坡面進行適當(dāng)刷坡卸載

按8m一階刷坡，刷方后邊坡高為6級。第一階坡率1∶1.0，第二～六級坡率 1∶1.25。

（2）支檔工程

第一級坡腳設(shè)置C15片石砼A型半擋墻（高8m）。

（3）防護加固工程

第二～三級邊坡設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索框架，框架尺寸為6孔8m×8m，設(shè)計拉力700kN，第四～五級邊坡設(shè)置6孔8m×8m預(yù)應(yīng)力錨索框架，其中第四級錨索設(shè)計拉力550kN，第五級錨索設(shè)計拉力400kN，同時第四、五、六階坡面設(shè)置小導(dǎo)管注漿支護，小導(dǎo)管鉆孔孔徑Φ90mm，Φ50mm無縫鋼管，間距：1.5m×1.5m，L=9.0m。加固后安全系數(shù)為1.230，如圖8所示。

圖8 方案二加固后安全系數(shù)

（4）綠化及截排水工程

坡面以拱型骨架植草灌為主綠化防護,坡頂設(shè)置截水溝，第一、二、三階坡腳打設(shè)排水平孔，第三階坡面設(shè)置支撐滲溝，支撐滲溝寬2m，間距6m。

6 方案比選與優(yōu)化

6.1 方案一

優(yōu)點：錨固工程量較少，主要依靠抗滑樁進行支擋，加固效果有保證。

缺點：造價高，抗滑樁施工周期較長，人工挖樁過程風(fēng)險較高。

6.2 方案二

優(yōu)點：造價較低，施工周期較短。

缺點：錨固工程量大，邊坡地質(zhì)復(fù)雜，夾雜大量風(fēng)化巖核，地下水豐富，錨索施工難度較大。

7 方案比選與優(yōu)化

通過兩個方案比選，初始我們是考慮選擇方案二的，一方面是由于造價因素，另一方面是考慮施工安全性。但根據(jù)深孔位移監(jiān)測情況，發(fā)現(xiàn)第四～六級邊坡存在淺層變形跡象且該滑坡體可能存在多道滑動面，若貿(mào)然進行錨索施工，并不能有效快速地抑制坡體上部的變形，為此，我們對方案一進行了優(yōu)化。將原2×2.5m的方樁改成直徑Φ2200mm的機械成孔樁，提高工期的同時也確保了施工的安全性，同時樁身頂部4m伸出第三階坡面平臺做成2.2m×2.2m彎頭方樁，沿著坡面施做，樁間設(shè)置護腳擋墻，樁頂優(yōu)化成一排預(yù)應(yīng)力錨索，有效抑制了坡體上部的變形。在施工期間，施工單位嚴(yán)格按設(shè)計方案進行了施工，順利完成了該高邊坡滑坡的工程治理 （如圖10所示）。

圖9 方案二典型斷面設(shè)計示意圖

圖10 優(yōu)化后方案一典型斷面設(shè)計示意圖

8 結(jié)語

目前，廈沙高速已通車運營，從該邊坡的治理效果看，治理非常成功。坡體綠化與自然想融合，怡然綠色公路的點綴。通過該工點的設(shè)計，在進行高邊坡的工程治理設(shè)計時，很有必要進行方案的比選。應(yīng)積極收集監(jiān)測資料，及時發(fā)現(xiàn)問題，動態(tài)設(shè)計，同時在方案的比選的過程中能有更好的設(shè)計思路，讓我們的設(shè)計方案安全、經(jīng)濟、合理。

[1]JTG D30-2015，公路路基設(shè)計規(guī)范[S].

[2]GB50330-2013，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

[3]CECS22:2005，巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程[S].

[4]GB50086-2015，巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術(shù)規(guī)范[S].

[5]JTG C20-2011，公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].