高速公路邊坡處治中錨筋樁擋土墻組合片石反壓的應用

李志謀

(廣西交通投資集團柳州高速公路運營有限公司，廣西 柳州 545000)

0 引言

廣西高速公路建設規模日益龐大，2020年總里程已超6 800 km。在投入運營的高速公路中，特別是新開通的高速公路邊坡易發生滑坡地質災害。目前，為了保證安全和道路運輸功能，通常采取封閉改道的方式處理滑坡，本文以陽鹿高速公路為項目背景，介紹了在K63+760～K63+960段高填陡坡路堤的滑坡治理中，通過利用滑坡監測，直觀了解深層變形情況，采取了錨筋樁擋土墻組合片石反壓方案對滑坡進行處治，不僅有致控制了邊坡滑移，而且實現了邊施工邊運營，避免了封閉改道對交通造成的影響，也減小了經濟損失，可為類似工程提供參考借鑒。

1 工程概況

陽鹿高速公路全線起訖樁號為K0+000～K94+167.423，全線采用四車道高速公路標準建設，設計速度為100 km/h，路基寬度為26.0 m。橋涵設計汽車荷載等級采用公路-Ⅰ級。2019年7月投入運營。

陽鹿高速公路于2010-12-01正式開工建設，原計劃2014年年底建成通車。但自2013年年底開始部分停工，2014年8月至2018年3月處于全面停工狀態。2018年3月，重新啟動陽鹿高速公路搶險性復工建設。

K63+760～K63+960段高填陡坡路堤在2014年全線面臨停工前，已填筑至261 m高程(已接近路床區)，2018年6月搶險性復工勘察時發現：

(1)該段路基實際并未嚴格按照原始設計1∶1.75的坡比分2級進行填筑施工，而是按1∶1.75～1∶1的過渡性坡比(底部4～8 m按1∶1.75填筑，向上逐步變陡，最頂部6～8 m甚至為1∶1的坡比)直接填筑到頂。

(2)該段路基進場時已發現出現拉張裂縫，為陽鹿高速近4年停工時段內發育的歷史沿襲裂縫。該歷史沿襲裂縫發育方向與路線方向近似平行，位置位于中央分隔帶向山體內側約3～5 m處，歷史裂縫全長約為200 m，最大裂縫寬度約30 cm，最大沉降錯臺約為8 cm，兩側端部略呈弧形剪切開裂，并向路基外側延伸至路肩附近，暫未發現弧形剪切裂縫向下切割路基填筑斜坡，填方邊坡坡底采用重力式漿砌片石擋墻支擋，擋墻發育多條自下向上發展的垂向貫穿裂縫。

搶險復工開始后，由于該病害路段為高填深挖的控制性路基地段，除作為主線的核心組成部分外，還肩負著全線運輸線路拉通的關鍵作用，最初的雙排樁錨固對拉防護結構施工周期相對較長，病害影響路段兼作全線施工通行運輸道路的戰略作用。因此僅對該病害路段采取了重新換填頂部約6～8 m厚度不合格塊石填料，并進行加筋處理的處治方法。

在高速公路運營后，病害路段裂縫復發。陽鹿高速公路于2019-07-30順利通車，至2019年10月中旬K63+760～K63+960段高填路堤初次發現裂縫，初次發現裂縫長度約2～3 m，寬度約2～3 mm，裂縫中點大約位于K63+840附近位置。2019年10月中旬至2019-12-28期間，裂縫自初始裂縫中心，向兩側緩慢發展；至2019-12-28，裂縫長度延長至約30 m；2019-12-28至2019-12-30，間隔1 d，裂縫長度增加到約60 m，裂縫寬度擴展至3～8 mm，但暫未出現明顯的裂縫錯臺。復發裂縫位置與歷史裂縫位置近似重合，走向大致平行于高速公路。

2 邊坡地質災害產生的原因

2.1 滑坡段地質條件

2.1.1 地形地貌

剝蝕丘陵地貌，自然坡度為20°～35°，局部達45°，灌木為主，植被茂密，種有桉樹、橘子等農作物。

2.1.2 地層巖性

由地質調查和鉆探揭示，該路段地層主要有第四系新近人工堆積層(Qml)、古滑坡堆積層(Qdel)、第四系沖洪積層(Qal+pl)、殘破積層(Qel+dl)和泥盆系下統蓮花山組基巖(D112)。覆蓋層為灰黃色碎石土，為細砂巖風化殘積坡積形成，厚2～3 m，厚度不均，下伏紫紅色厚-中厚層狀強風化細砂巖夾泥質細砂巖，巖體節理裂隙發育，巖層產狀20°/SE∠26°，節理產狀為85°/NW∠88°、330°/SW∠67°[1]。

2.1.3 地震動參數和水文

根據《中國地震動參數區劃圖》(GB18306-2015)劃分，該路段基本地震動峰值加速度為0.05 g，對應的地震基本烈度為Ⅵ度，基本地震動加速度反應譜特征周期為0.35 s。

該滑坡路段地表水為病害路段北側180 m處的河流及南側約80 m的小溪溝，北側河流水位較低對路基未造成威脅，南側小溪流高程為275 m，暴雨季節有漫流至高速公路的風險。場地內地下水類型主要為賦存于滑坡堆積體中的孔隙水以及中風化砂巖中的基巖裂隙水。

2.1.4 特殊性巖土

該路段的特殊性巖土主要為素填土，主要分布于高速公路路基地段，為人工分層壓實填土，完成填筑時間約5年，未完成自重固結，具中等壓縮性。該層力學強度較低，飽水后力學強度更差，浸水易發生變形下沉，土體自身的特殊性質對邊坡穩定影響大。

2.2 滑坡成因分析

2.2.1 滑坡產生的內因

(1)地形條件及不良地質體：K63+760～K63+960段高填陡坡路堤于古滑坡腰部通過，屬不良地質，古滑坡原始地貌特征清晰，古滑坡經過長期的蠕動變形和侵蝕作用，形成了上陡下緩的地貌單元，近代以來未發現有滑動跡象，而外側陡峭臨空面及滑坡堆積體為滑坡形成創造了條件。

(2)巖性條件：主要由路基填土及滑坡堆積體構成，下伏滑床為中風化砂巖，而滑坡堆積體厚度較大，主要由粉質黏土、強風化砂巖及中風化砂巖組成，具備了滑坡沿各軟弱結構面誘發復活的條件。

(3)地質構造：路基下伏巖層為順層坡，且有滑坡堆積體，為誘發順層滑動提供了動力條件。

2.2.2 人類活動因素

(1)路堤填土：K63+760～K63+960段高填陡坡路堤施工后，于填方邊坡側形成較大臨空面，改變了古滑坡受力狀態，亦改變了原有的地質條件及水文條件[2]，是古滑坡誘發復活的動力根源，在路基填土荷載和車輛荷載反復作用下，于高陡斜坡面產生側向位移變形，促使了滑坡變形發展，同時也為向下誘發更深層滑面創造了有利條件。

(2)后緣棄土場：病害路段古滑坡后緣為新近堆填形成的棄土場，堆積于沖溝區域，堆積高約40 m，對沖溝進行了截流，于上游形成了集水區，改變了地表水環境，增大了滑坡體的滲水壓力，同時棄土堆積體也增大了古滑坡后緣推力，改變了古滑坡受力條件及地下水和地表水排泄路徑，對滑坡的形成與發展有推波助瀾的作用。

2.2.3 氣象因素

氣象因素是滑坡復蘇、加劇的主要外動力。大氣降水對滑坡穩定性的影響主要表現為兩個方面：(1)高填路堤為新近填土，土質結構疏松，孔隙裂隙較多，滲流通道發育，降雨直接沿裂隙或孔隙入滲，使路提填土及下部滑坡堆積體軟化，降低了自身及滑坡堆積體的力學強度，加大了自身重量，更易產生變形、滑移；(2)古滑坡后緣為棄土場，截斷了上游排水沖溝，雨季時形成大氣降水匯集區，在排水不暢的情況下，產生較大的靜水壓力和水力梯度，從而增大路提填土側向壓力和滲流力，使坡體地下水位上升，大大增加了路基填土及古滑坡堆積體含水量，甚至處于飽和狀態，產生的動水壓力也進一步降低了坡體的穩定性。由此可見，氣象因素對邊坡滑動變形起加劇誘發作用，是滑坡復蘇滑動的主要誘因之一。

綜上所述，該路段滑坡的形成條件主要為地形地貌、地質構造、地層巖性及不良地質古滑坡、人類活動形成臨空面及加載作用、大氣降水加劇誘發。其中高速公路路堤建設是誘發病害路基滑坡發生的根源，而氣象因素及后緣棄土場堆填所形成大氣降水匯集區是誘發病害路基滑坡的根本動力。

3 邊坡監測與施工方案

3.1 滑坡監測

3.1.1 滑坡監測的方法

對公路滑坡應進行監測，確定滑坡范圍、滑動面位置、變形速率及穩定狀態，以驗證滑坡防治工程效果，保障滑坡防治工程施工和公路運營安全[3]。滑坡監測階段可分為施工安全監測、防治效果監測和運營期長期監測。滑坡體監測項目與監測方法如表1所示。

表1 滑坡體監測項目與監測方法表

為了確保施工質量及高速公路的持續運營，自滑坡治理施工準備開始，運營和設計單位即對滑坡路段進行位移等變形監測，主要監測地表位移、深部位移等，進行監測日報和預警。

3.1.2 監測頻率與預警

(1)沿主滑方向布置深層位移觀測斷面3個，沿道路縱向滑坡路段每間隔10～15 m布置監測點1個，監測內容包含邊坡水平位移和垂直位移、地表裂縫監測、擋墻變形等。監測頻率為：施工期間1次/d，當出現險情時應加密監測頻率；竣工后監測時間不宜少于1個水文年[4]。

地表位移監測可采用GPS法和大地測量法，可輔以電子水準儀進行水準測量，在通視條件較差的環境下，以GPS監測為主；在通視條件較好的環境下采用大地測量法[5]。變形監測精度應符合現行國家標準《工程測量規范》(GB 50026-2007)的有關規定。應采取有效措施監測地表裂縫、錯位等變化。監測精度分辨率應≥1.0 mm。

(2)邊坡施工過程中及監測期遇到下列情況應及時報警，并采取相應的應急措施：

①坡頂的最大水平位移已大于邊坡高度的1/500或者20 mm，以及其水平位移速率已連續3 d>2 mm/d。

②坡頂路面出現新裂縫，原有裂縫有新發展。

③支護結構中有重要構件出現應力驟增、壓屈、斷裂、松弛或破壞現象。

④邊坡底部或者周圍巖土體出現可能導致邊坡剪切破壞的跡象或其他可能影響安全的征兆。

⑤根據當地工程經驗判斷已出現其他必須報警的情況。

⑥加強現場巡視工作，重點巡查滑坡后緣裂縫開裂發展情況，一旦發現險情，要積極做好相關應急預案工作。

3.2 防治方案

滑坡防治設計應根據滑坡穩定性評價結果和保護對象的要求，進行多方案的技術經濟比較，因地制宜，采取截排水、填土反壓、消方減載、支擋加固等相結合的綜合防治措施。

3.2.1 設計總體簡介

K63+760～K63+960段高填路堤病害復發治理思想是根據病害區域地形特點及病害發展階段，按里程分為K63+760～K63+850核心變形區和K63+850～K63+920非核心變形區兩個部分。核心變形區于212 m高程平臺采用錨筋樁鋼筋混凝土拱形擋墻固腳，上部逐級填石反壓形成防護；非核心變形區在各級滑面剪出口位置采用錨筋樁混凝土擋墻防護。

3.2.1.1 K63+760～K63+850核心變形區

將核心變形區支擋反壓設計定為一期工程，共分3個分步施作。

(1)一期1分步工程是在212 m高程平臺設置4排錨筋樁連接鋼筋混凝土拱形擋墻，擋墻墻背混凝土封底至213 m高程后，施作無砂大孔混凝土排水帶而后二次混凝土封底至215 m高程，再于墻背施作3～4 mm排錨筋樁及混凝土樁面板至216.5 m高程，上部填石反壓至222 m高程，填石反壓與拱形擋墻間設置0.5 m的混凝土后澆帶連接。上述錨筋樁間距均為2 m×2 m，樁長24 m，錨筋束由4根C32鋼筋+1根φ48mm×3.5mm無縫鋼管構成，錨入擋墻中，φ48mm×3.5mm鋼管出露≥0.25m，錨孔直徑φ≥200mm。拱形混凝土擋墻長75m，高9.0m，坡比為1∶0.3，基礎埋深為1.0m，底寬8.40m，墻頂寬5.20m，每長10m設伸縮鏈一道，瀝青麻絮填塞。

(2)一期2分步工程則自222m高程平臺采用填石反壓至232m高程。

(3)一期3分步工程將填石反壓至既有擋墻242.82m高程附近。填石反壓體外側及兩端碼砌1.0m厚的漿砌片石護面墻，墻面勾縫處理。上述填石反壓施工工藝參照填石路基要求執行，內部填石石料為硬質片石時按0.5m分層鋪筑，并攤鋪厚3～5cm的M10水泥砂漿，讓其自由流瀉填縫至下層填石面，填縫飽滿。各級擋墻平臺澆筑厚20cm的C25混凝土面層防水。

3.2.1.2K63+850～K63+920非核心變形區

將非核心變形區支擋結構定為二期工程，分2個分步完成。

(1)二期1分步工程是在既有擋墻242m高程外側設4排錨筋樁混凝土擋墻加固防護，錨筋樁間距為1.5m×1.5m，樁長24m，錨筋束由4根C32鋼筋+1根φ48mm×3.5mm無縫鋼管構成，錨入擋墻中，φ48mm×3.5mm鋼管出露≥0.25m，錨孔直徑φ≥200mm。混凝土擋墻長約73m，高5.2m，同時考慮既有擋墻坡腳起伏變化的影響，以淺開挖為原則，墻頂高程按245.20m控制，坡比為1∶0.5，基礎寬5.50m，墻頂寬5.00m，每長10m設伸縮縫一道，瀝青麻絮填塞。

(2)二期2分步工程是在221m高程設4排錨筋樁連接混凝土擋墻至228m高程，墻背填石反壓；錨筋樁間距為2.0m×2.0m，樁長2m，錨筋束由4根C32鋼筋+1根φ48mm×3.5mm無縫鋼管構成，錨入擋墻基礎中，φ48mm×3.5mm鋼管出露≥0.25m，錨孔直徑φ≥200mm。混凝土擋墻長約68m，高4.0m，坡比為1∶0.5，基礎寬根據地形布置(≥7.0m)，墻頂寬4.00m，每長10m設伸縮縫一道，瀝青麻素填塞。墻背填石反壓體外側及兩端碼砌1.0m厚的砌片石護面墻，護面墻與混凝土擋墻間設置0.5m的混凝土后澆帶連接；填石反壓施工工藝參照填石路基要求執行，內部填石石料為硬質片石時按0.5m分層鋪筑，并攤鋪3～5cm的M10水泥砂漿，讓其自由流瀉填縫至下層填石面，填縫飽滿。墻背填石反壓體頂面澆筑厚20cm的C25混凝土面層防水。

3.2.2 錨筋樁

3.2.2.1 錨筋樁簡介

錨筋樁是借助周圍巖土對樁身的嵌制作用以穩定和加固巖土體的樁。

錨筋樁在巖土工程的應用主要是對邊坡、隧道、壩體進行主動加固。錨筋樁作為深入地層的受拉構件，它一端與工程構筑物連接，另一端深入地層中。其功能是將錨固體與土層的粘結摩擦作用增大，增加錨固體的承壓作用，將自由段的拉力傳至土體深處。

錨筋樁主要起錨固作用，一般采用長9m的3～5根直徑為32mm的鋼筋焊接組成。施工時在巖石或土質邊坡上鉆孔，將注漿管與錨筋樁綁扎后一起插入孔中，利用注漿管全孔一次灌注純水泥漿液。

3.2.2.2 錨筋樁設計

本案例中錨筋樁長度為24m，錨固主筋為4根C32鋼筋，錨筋樁平面配筋如圖1所示。

圖1 錨筋樁平面配筋圖

4 對施工效果的監測和驗證

4.1 施工處治過程監測

在通車運營后，該路段最初顯現出弧線裂縫這一路面病害，并逐漸擴大。在地質監測的基礎上，設計單位設計出最優處治方案，2020年年初進入施工處治階段。在路基下邊坡施加“錨筋樁+反壓片石”形式的加固措施后，通過監測數據可知，邊坡滑移趨于穩定，各項監測指標位移均已接近于0。對于因滑坡引起的路面開裂、錯臺，實施對該路段路面結構層進行破除，重新攤鋪施工的方案。2021年1月完成處治，路面處治后，地質變形監測持續穩定至今。

4.2 變形監測結果

監控量測數據與施工處治進度及降雨密切相關，在未實施錨筋樁時核心變形區測斜點位移變化速率為2mm/d，在雨季有所增大；在6月一期1分步錨筋樁擋墻的作用下，核心變形區中部和底部滑移面位移變形已得到截制；12月錨筋樁擋墻和反壓完成3分步時，所有測斜點維持“0變形”，防治效果監測結果良好。

通過施工安全監測，可有效地指導施工步驟，防控風險，安排工期。該點需在高速公路運營期長期監測。

5 結語

通過對K63+760～K63+960邊坡滑坡、路面下沉開裂進行處治方案設計、治理施工和變形監測，得到以下認識：

(1)滑坡的形成可由不良地質的古滑破、水分侵入土體增加自重、人類活動形成臨空面和人為加載等各種因素疊加產生，例如高速挖填方、邊坡堆載等。

(2)拱形擋墻與錨筋樁形成的復合組合增加了支擋結構抗傾覆穩定性和抗拔承載力，錨筋樁通過穿越滑坡堆積體進入下伏中風化砂巖層，可對滑面產生有效的嵌鎖。

(3)錨筋樁擋墻+反壓體組合具有良好的整體穩定性，對該類型滑坡處治效果明顯，是一種邊坡加固治理的新方式。