山區高速公路高路塹邊坡綜合處置設計

杜艷花

（山西省交通規劃勘察設計院，山西 太原 030012）

1 工程概況

五臺至盂縣高速公路（以下簡稱“五盂高速”）北接忻阜高速公路，南連陽盂高速公路，是山西省“三縱十二橫十二環”高速公路網規劃東縱的主要組成部分。該項目為四車道高速公路，設計行車速度為80 km/h，路基寬度為24.5 m。五盂高速公路K21+000—K29+000段位于盂縣梁家寨鄉，穿越長一鋪、椿樹底、御棗口村。

1.1 自然環境及工程地質情況

該區域地形復雜，垂直落差大。地貌單元屬構造侵蝕剝蝕中低山區，微地貌為斜坡及沖溝，構造剝蝕作用強烈，山脊呈鋸齒狀，山頂多成錐狀及饅頭狀，溝谷多呈“V”型。根據工程地質調繪及鉆探揭露，該深挖路段邊坡地層主要由太古界龍華河群會理組黑云斜長片麻巖夾絹云母片巖構成，地表覆蓋為第四系全新統殘坡積粉質黏土和碎石土。地表植被主要為草叢及灌木。區內河流主要有滹沱河及支流，河流屬海河流域。區內氣候屬于溫帶大陸性季風氣候，春季干旱多云，夏季高溫炎熱，秋季涼爽多雨，冬季寒冷少雪。年均降雨量500～618 mm。

1.2 工程特點

1.2.1 區內地形復雜 局部垂直落差大

路線的縱面以滹沱河為底呈“V”字型，線位最低位于滹沱河河底，高程為449.5 m，最高點為佛嶺隧道頂1 488.8 m，高差為1 039.3 m。

1.2.2 地層巖性復雜

坡體地層主要由黑云斜長片麻巖夾多層絹云母片巖組成。黑云斜長片麻巖為中-強風化，強度相對較高；絹云母片巖，強度低，易風化，為軟弱結構面。巖體節理裂隙發育，強風化層較厚，一般為10～25 m，最厚大于50 m。巖層傾角較大，一般為23°～27°。

1.2.3 工程規模大 橋梁比例高 技術難度大

該段為本項目的深挖方重點路段，最大挖深86.5 m。邊坡防護及排水工程規模較大，要求高。施工路線長 8 km，橋梁長 4 720 m，路橋比例為59.0%。分布有滹沱河特大橋，橋長1 212 m，橋高116 m。

1.2.4 環境保護及景觀要求較高

區內走廊帶狹窄，人均耕地少，土地資源寶貴。而且沿線風景秀麗，途經梁家寨人文生態旅游區。設計時，對取棄土場、棄渣場、臨時耕地做好水土保持及植被恢復。路塹開挖、邊坡防護、橋梁墩柱及結構形式的選擇要順應自然，與環境相協調。力爭把項目建成“景觀路、環保路、生態路”。

2 前期方案比選

初步設計階段，對工可推薦路線的走廊帶進行了深入的方案研究，擬定了兩個比較方案（隧道方案和高架橋方案）與施工圖線位（路塹方案）進行同深度比選。如圖1所示。

a）路塹方案 路線長8 km，橋梁長4 720 m，無隧道，最高橋梁為滹沱河大橋，橋高116 m，最大挖深31 m。橋梁比例為59.0%。橋梁比小，全線主要以挖方為主，分布有8處高路塹邊坡。

圖1 路線方案比選圖

b）隧道方案 路線長7.8 km，橋梁長5 000 m，隧道長1 370 m，最高橋梁為滹沱河大橋，橋高152 m，最大挖深28 m，橋隧比例為81.7%。比深路塹方案縮短200 m，全線無大填大挖，全部利用隧道通過施工圖線位的深路塹路段。受隧道縱坡限制，全線縱坡較高，橋隧相接，橋梁長度增加280 m，增加一座1 370 m長隧道，最高橋梁比施工圖設計高24 m。

c）高架橋方案 路線長7.9 m，橋梁長6 634 m，無隧道，最高橋梁為滹沱河大橋，橋高132 m，最大挖深22 m。橋梁比例為84.0%。比路線方案短100 m，全線無大填大挖，全部利用高架橋通過施工圖線位的深路塹路段。受橋梁縱坡要求限制，全線縱坡較高，比施工圖線位增加橋長1 920 m，除滹沱河大橋外，其余橋梁平均橋高在65 m左右。

經過分析研究，隧道方案和高架橋方案縱坡較大，安全性較差，造價較高。而且隧道和高架橋施工對沿線居民影響較大，施工期較長，所以施工圖階段選用路塹方案。

3 施工中高路塹邊坡出現的問題及綜合處理措施

路塹方案造價較低，線形指標較高，但是椿樹底村路段（K21+900—K24+730），長2 830 m，分布有8處高路塹邊坡，且地質條件較差。由于施工中對2號邊坡、3號邊坡、5號邊坡、8號邊坡未按逐級開挖、逐級防護的工序作業，全斷面開挖坡體，在連續降雨的作用下，8處高路塹邊坡發生了大面積滑塌。

3.1 滑坡形成原因及機理

椿樹底村路段坡體巖層為軟弱夾層，且巖層產狀為順坡，對邊坡穩定性極為不利。雨季期間，地表水會沿巖土體孔隙或裂隙下滲，繼而裂縫水滲入并浸潤潛在滑面，導致坡體穩定性持續下降[1]，對邊坡的穩定性構成不利影響[1]。

原邊坡施工圖設計，按照《公路路基設計規范》、《公路路基施工技術規范》[2-3]要求，安全系數范圍為1.20～1.30，進行防護支擋設計，設計方案為：最下一級設為路塹擋土墻，外邊坡坡率為1∶0.75，以上各級坡率為1∶1.25，每8 m高設一級2 m寬平臺，均采用預應力框架錨索支擋，對施工開挖工藝、工序要求開挖一級，錨固一級，自上而下，逐級實施。由于施工作業不當，未按逐級開挖、逐級防護的工序作業，全斷面開挖坡體，導致臨空面出現，在連續強降雨的作用下，椿樹底段8處深路塹邊坡發生了大面積滑塌。如圖2為滑坡位置分布圖。

圖2 滑坡位置分布圖

對8處滑坡增加地質勘察工作，增加鉆孔數量和地質斷面，設置監測點，加強監測、巡查，根據監測信息，進一步確定滑動面及滑動因素，分析邊坡穩定性。按照一次根治，不留后患，綜合治理，確保安全的處治原則進行專項防擋設計，防、排水綜合設計和棄土場設計，安全系數由1.2提高為1.3。

3.2 邊坡穩定性分析與評價

3.2.1 滑體特征

該路段坡體地層主要由黑云斜長片麻巖夾多層絹云母片巖組成。黑云斜長片麻巖為中-強風化，強度相對較高；絹云母片巖，強度低，易風化，為軟弱結構面。巖體節理裂隙發育，強風化層較厚，一般為10～25 m，最厚大于50 m。巖層傾角較大，一般為23°～27°，巖層傾向與深路塹邊坡坡向一致，均為不利組合[4]。

3.2.2 滑坡穩定性分析

a）首先，確定弱結構面抗剪強度指標。采用兩種方法進行確定：

（a）試驗值 對邊坡穩定性起控制作用的軟弱結構面-絹云母片巖進行組物理力學試驗，得出抗剪強度指標c、φ；

（b）反算值 根據坡體目前的穩定狀態，確定相對應的穩定系數，反算軟弱結構面的抗剪強度指標c、φ值。結合試驗值和反算值，綜合分析，確定各邊坡結構面抗剪強度指標。

b）其次，根據滑坡地質平面圖和地質剖面圖，主要考慮軟弱夾層厚度及下部滑體面積大小，在滑坡斷面內選擇最不利斷面作為計算斷面。本文滑坡穩定性分析采用傳遞系數法計算，考慮到滑坡影響區域內有橋梁、村莊，安全系數采用1.3，對8處滑坡進行穩定性計算。根據計算結果，8處滑坡體不滿足穩定性要求，剩余下滑力較大，必須進行治理。

3.3 滑坡治理方案設計

根據高速公路的建設經驗，滑坡治理主要有強支擋、消坡減載、生態固化等措施[5-6]。本文通過對邊坡穩定性分析，擬定以下方案進行綜合治理。

3.3.1 削坡減載

對滑塌體進行削坡減載，沿滑塌線將滑塌體全部清除；由下至上，調整平臺寬度，并將坡率放緩。取消原設計的框架錨索防護，采用拱型骨架加植草對刷坡后坡面進行封閉。削坡減載措施主要應用于1號、3號、5號、6號、7號滑坡。

3.3.2 強支擋

強制支擋主要有微型抗滑樁、預應力錨索、抗滑樁板墻。根據現場勘察資料及滑坡穩定性分析計算結果，針對8處不同的滑坡，采用不同的強支擋措施。抗滑樁板墻主要用于5號滑坡，K23+355—K23+440（長75 m）段右側坡體不穩定體，在該段右側路肩設抗滑樁板墻進行支擋。

3.3.3 填土反壓

填土反壓措施主要應用于5號滑坡。

5號滑坡K23+260—K23+375段邊坡進行棄渣填筑反壓設計。取消椿樹底1號大橋，調整為路堤，利用刷坡后的棄渣填筑反壓。并將路基填筑反壓與左側棄渣場進行綜合設計。

a）將路基填筑反壓與棄渣場進行綜合設計。對棄渣上部（厚約15 m）進行挖除，對棄渣下部采用重夯進行壓實，棄渣場與路基之間采用棄渣回填至設計標高，要求棄渣場棄渣壓實度不小于90%。如圖3。

圖3 棄渣場設計圖

b）路基填筑反壓與棄渣場防排水設計。路基邊坡坡率調整為1∶2.0，為防止滲水，邊坡采用護坡防護，坡腳設隔水墻。在棄渣場表面設梯形排水溝，與涵洞相接。棄渣場表面采用50 cm厚黏土（或10%灰土）封閉，填1 m厚種植土，進行植草綠化。如圖4。

圖4 棄渣場斷面設計圖

3.3.4 防護排水綜合設計

設置完善的排水系統，通過截水溝、平臺截水溝、邊溝、各類急流槽，將水通過排水渠排入牛道溝中。如圖5。

a）拱骨架和框架內采用30 cm漿砌片石進行封閉。

b）對平臺截水溝下部設置防滲土工布。

c）軟弱夾層路段采用現澆混凝土邊溝。

3.3.5 施工方法及順序

a）要求采用逆作法施工，開挖一級，防護一級，自上而下，逐級實施。

圖5 排水系統綜合設計圖

b）制定詳細的施工組織計劃，將邊坡刷坡處治與填土反壓、棄渣場治理等結合起來，統籌合理安排。

c）加強施工中觀察和變形檢測，進行動態設計，使設計更加完善合理。

4 結論

本文以五臺至盂縣高速公路K21+000—K29+000段工程設計為例，從方案比選到工程實施，介紹了高速公路深路塹邊坡施工方案中出現的問題及采取的處治措施，總結如下：

a）山區高速公路路線布設應結合地形、地質條件，加強地質選線和環保選線，對影響路線方案較大的不良地質、環境敏感點路段，應結合高架橋方案、隧道方案及路基方案，從安全、經濟、社會影響、線形指標、工程地質、環保等方面進行多方案綜合比選，選出造價低，安全性好，后期維護費用少的路線方案。

b）地質條件差的路塹邊坡施工，必須嚴格按照公路路基施工技術規范和公路工程施工安全技術規程的要求施工，確保施工質量和安全，同時要加強施工隊伍的業務素質。

c）滑坡的處治主要有削坡減載、強支擋、生態固化等措施，同時要結合棄渣場進行填土反壓設計，以及設計完善的排水系統。

d）滑坡處治施工復雜，施工前必須結合實際情況制定出完善詳細的施工組織計劃。在施工過程中，要求做到信息化施工，根據對設置的監控點定期觀測、記錄變化情況，分析變化規律，及時反饋，指導施工。

e）滑坡處治過程中應加強管理、設計、施工的聯系和溝通，及時掌握現場資料，進行動態管理、動態設計、動態施工。