某山區高速公路滑坡分析與處治方案研究

雷鵬、呂全綱、祝廷尉

（中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北武漢430056）

1 滑坡概況

某山區高速公路位于喀斯特地貌區，該高速公路ZK18+873—ZK19+079 段路基左側為四級挖方邊坡。左側挖方邊坡完成第四級和第三級開挖，正在進行第二級邊坡開挖過程中，引發邊坡坡頂和第二、三級邊坡平臺處開裂，裂縫寬度2～10cm。隨著時間推移，該邊坡坡頂外出現了大范圍的裂縫，縫寬一般為3～15cm。因此，必須對該滑坡進行針對性的處治，以免滑動加劇，威脅山頂居民的生命財產安全。

2 滑坡特征及變形機制分析

2.1 滑坡體地形地貌特征

ZK18+873—ZK19+079 段路基左側滑坡前緣高程約1500m，后緣高程約1536m，相對高差36m，滑坡主要滑動方向為242o，自然坡面坡度25～35o。滑坡體沿主滑方向長約155m，橫向寬約175m，滑層厚度約15m，滑坡體體積約30 萬m3，為中層中型牽引式巖土混合滑坡[1]。

2.2 滑坡體、滑帶物質特征

ZK18+873—ZK19+079 段路基左側山體上覆層主要為第四系殘坡積紅黏土和含礫粉質黏土，下伏基巖為泥盆系中統古木組（D2g）泥灰巖。滑坡體主要為第四系殘坡積土體紅黏土、含礫粉質黏土以及泥盆系中統古木組（D2g）強風化泥灰巖，滑體內含礫粉質黏土的巖心多呈土柱狀，少部分為散體狀，黏性一般。

2.3 滑床巖土體特征

ZK18+873—ZK19+079 段路基左側山體滑坡的滑床主要為強風化泥灰巖，該層裂隙發育，巖心呈碎塊和短柱狀，手掰不易折斷。

2.4 滑坡體地表、地下水特征

滑坡區地表水主要為大氣降水。由于斜坡坡腳開挖，導致地表水和地下水排泄至坡腳產生淤積，形成集水坑，使坡腳巖體軟化，其抗剪強度和阻抗作用減弱。

滑坡區域地下水埋藏深度、地下水徑流強度、巖溶水等十分明顯地隨地形變化而產生規律性的演變。

2.5 滑坡體變形破壞過程

該滑坡屬于牽引式滑坡，整個滑坡體上形成二級剪出口，上層剪出口滑面為第二個臺階，下側剪出口為擬建道路路面位置處。滑坡體的中上部出現多層類似階梯的大裂縫，巖土體松散，特別在雨季，雨水滲入松散堆積體后，易發生表層滑動。

2.6 滑坡變形機制分析

ZK18+873—ZK19+079 段路基左側滑坡巖體為泥灰巖，屬于軟巖，薄層狀構造，巖體破碎，裂隙發育，受區域地質構造影響，為順層滑坡（滑坡主滑方向為242o，泥灰巖產狀為240o∠14o）。另外，由于高速公路修建，斜坡坡腳開挖，形成高陡臨空面，且坡腳長期受水浸泡，斜坡處于極限平衡狀態。坡體上覆土層以松散的殘坡積紅黏土和含礫粉質黏土為主，孔隙率較大，雨水易下滲。在大氣降水的作用下，一部分地表水沿斜坡坡面流至坡腳，另一部分地表水下滲轉化為地下水。雨水滲透至滑坡體內，改變了本已處于極限平衡狀態的斜坡體內的受力，增加了斜坡的下滑力，最終導致斜坡失穩破壞[2]。

綜上所述，該滑坡失穩機理為：該區域的地質構造、地層結構、巖土特性和沉積形成的地形地貌，是滑坡發生變形失穩的決定性因素和內在原因，而該區域的人類工程活動和大氣降水是誘發斜坡發生滑動的重要外在原因[3]。

3 滑坡穩定性分析

穩定性計算：以推測滑動面為滑面，用傳遞系數法計算不穩定斜坡推力，建立滑帶計算模型。計算時，選用最危險的3-3’和4-4’滑坡典型剖面作為計算剖面，進行穩定性計算。在計算中需考慮自重、暴雨和地震幾種工況[4]（見表1）。

表1 滑坡穩定性及推力計算匯總表

根據計算可知：滑坡在現階段處于基本穩定狀態，整體發生滑動的可能性不大，但由于土體松散，施工該段路基分臺階法放坡開挖，形成新的臨空面，會產生新的滑移變形。

4 滑坡處治分析

4.1 滑坡加固方案選擇

分析可知，滑坡的最不利工況為暴雨工況，因此選取3-3′的下層滑動面在暴雨工況時，最大的剩余下滑力作為滑坡外力，進行滑坡處治分析。考慮滑坡下滑力較大，常規的錨桿框架、坡腳擋墻等防護不能提供足夠的抗滑力，因此推薦在第一級挖方平臺采用抗滑樁進行強支護。另外，為保證抗滑樁施工期間邊坡不發生滑動，對邊坡作清方減載處理，采用人工挖孔的矩形抗滑樁加固方案[5]。

4.2 抗滑樁結構計算

采用傳遞系數法，選定3-3′下層滑動面暴雨工況，擬定在E9 滑塊處設置矩形抗滑樁，抗滑樁的抗力為1380kN，并代入計算，則剩余下滑力為0，穩定安全系數為1.152，因此抗滑樁抗力的水平分力為：

1380×cos13.14o=1343.868kN

4.2.1 內力及配筋計算

擬定抗滑樁參數為尺寸2m×3m，樁長20m，間距8.0m，樁頂與第一級挖方平臺齊平。采用理正抗滑樁計算模塊，計算得背側最大彎矩=65684.422(kN·m)，距離樁頂10.400m；最大位移78mm；嵌固段上部附近土反力最大-2103.797kPa，距離樁頂8.400m。

4.2.2 地基橫向容許承載力校核

為避免地基在橫向被抗滑樁擠壓破壞，應在抗滑樁頂部增設錨索，降低抗滑樁對橫向地基的壓應力。采用6 索預應力壓力分散性錨索進行坡面加固，單根鋼絞線公稱直徑15.24mm，抗拉強度標準值不小于1860MPa。預應力錨索應錨固在第二級滑動面以下的穩定巖層中，該巖層為強風化泥灰巖。考慮該處錨固體的承載能力由注漿體與錨孔壁的黏結強度控制，則錨索的設計錨固力為：

Pd=3.14 × 0.15 × 5 ×（180 + 200 + 220）/2.2=642.3kN，取為600kN。

錨索能提供的抗滑力為：

E=600×[sin（13+25）×tan11.9+cos（13+25）]=550.6kN

則抗滑樁需提供的抗力至少為：1343.868-550.6=793.268kN

由理正抗滑樁計算模塊對抗滑樁的地基橫向容許承載力進行計算，得出嵌固段上部附近土反力最大值為-1241.844kPa，距離樁頂8.400m。[σH]=0.9×0.45×3880=1571.4kPa＞1241.844kPa，滿足規范要求。綜上，第一級平臺采用抗滑樁，樁頂設置6 索錨索加固。

4.3 滑坡處治設計方案

根據以上分析計算，確定滑坡處治設計方案如下：

4.3.1 刷坡和平臺寬度：第一級邊坡高度10m，其余邊坡分級高度均為8m；第一級邊坡坡率1∶1，第二級邊坡坡率1∶2.5，第三級邊坡坡率1∶2.75，第四級邊坡坡率1∶2.75，第五級邊坡坡率1∶3.0；第一、二、四級挖方平臺寬度5m，第三級挖方平臺寬度10m。

4.3.2 坡面防護：第一、二級邊坡采用40cm 等厚的漿砌片石封閉，第三級邊坡采用錨桿框架防護，第四、五級邊坡采用拱形框格+空心六棱塊植草防護；第一級挖方平臺設置尺寸2m×3m 矩形抗滑樁，樁長為18～22m，樁間距8.0m，抗滑樁頂增設6 索預應力錨索，抗滑樁頂部之間用3m×1m 橫梁連接；在平臺往大樁號方向的斜坡上，也采用同樣的抗滑樁+錨索支護。

4.3.3 排水措施：坡頂設置截水溝，要求所有平臺均采用20cm 厚C20 混凝土硬化處理，以防雨水下滲。另外，在第一、二級邊坡設置深層導水孔，排除坡體內地下水[6]。

由于坡體已出現開裂及滑塌，應自上而下進行刷方，通過坡率及平臺寬度調整，徹底清除表層松散土方。抗滑樁施工前應完成滑坡體清方減載，抗滑樁施工過程中應加強邊坡監測，并做好應急預案。

5 結語

綜上所述，在滑坡處治設計中，應充分考慮滑坡的形成原因和機理，并通過定量分析與計算，確定安全、經濟、合理的處治方案設計。