抗滑樁在高速公路滑坡治理中的應用

郝飛

（邢臺路橋建設總公司，河北 邢臺 054000）

0 引言

近幾年，我國的經濟建設取得了快速發展，特別是西部大開發戰略的設施，加快了我國西部地區的發展。但是，在西部大開發中，由于土地資源受限逐漸開始向山坡地帶發展。在路基防護工程的組成中，公路擋土墻具有重要作用，是不可缺少的關鍵部分。西部地區地形較為復雜多變，地勢跌宕起伏，在高速公路建設中，為了保證路基的穩固，就需要積極建設擋土墻。同時，在山區公路開通運行多年后，在暴雨侵襲、山洪以及重載交通影響等不利條件下，往往存在擋土墻破壞失穩以及路段局部滑坡等跡象，對過往通行車輛的安全性帶來較大的潛在隱患，需要對此類情況進行及時處理，保證交通安全。

鐵路、堤壩以及礦山施工中，擋土墻建設常發生失穩的情況，影響工程建設安全，由此，在施工過程中，擋土墻施工成了重中之重。為了穩固擋土墻，常會采用預應力錨固法、后垛式扶臂墻以及重力式翼墻等進行加固。其中的后垛式扶臂墻與重力式翼墻屬于被動承載的加固形式，施工周期較久，且需要更多的土地占用，工程造價較大，同時其對斜坡路基的深層滑動問題無法有效解決，在實踐中應用受限較多。從加固效果方面考慮，預應力錨固方法較前兩種更好，能夠充分恢復擋土墻原有的承載力甚至在一定程度上超過原有支承能力，特別是在擋土墻存在外鼓或局部破裂的情況下，加固效果更加顯著。但在路基的深層滑動治理方面仍存在一定不足，也不太適用于某些特定情形，如加錨處距離滑坡后緣較近，滑床巖性不良以及錨索受橫向力較大等條件下。

當擋土墻位于陡坡路堤附近時，若其發生失穩現象，則大概率是受邊坡滑移所致，另外也可能是頻繁受重載交通影響導致。由此，擋土墻加固施工中，要求對滑坡問題進行修繕，否則將難以取得長效，且擋土墻隨著時間推進也會更容易再次失穩破壞。

本文基于我國西南地區某高速公路的地災治理案例，根據其既有的滑坡路段擋土墻，提出了一種新型的加固設計方法，即在擋土墻下方增設人工挖孔樁作為抗滑樁，對路基的深層滑動問題進行徹底控制，同時使抗滑樁超出地面一定長度，用于對加固擋土墻進行支護，從而標本兼治，保證路基的穩定性。本文主要按照上述方案設計思路，闡述抗滑樁樁長的設計優化對策。

1 工程概況

1.1 工程地質及水文地質情況分析

據現場勘察發現，該路段未出現基巖露出現象，由鉆孔資料揭露顯示，該地帶表層主要為人工填土結構，下方位置從上到下依次為粉質黏土、灰巖、巖石破碎以及節理裂隙發育。相關土層的主要物理力學特性見表1。

表1 地段內主要土層的物理力學指標

路段表層為人工填土，雜色，青灰，主要包括碎石與塊石。塊石主要呈現塊柱狀，直徑在110mm 以上，約占3/4；碎石直徑50～60mm，大多為棱角狀，成分多為灰巖，結構松散，約占1/4，可以作為擋土墻施工中填方使用。

粉質黏土呈黃褐色，濕后的黏性佳，切面較光順，土質較均勻，同時包括少量的鐵錳氧化物以及泥巖風化碎屑，87%采取率。

灰巖的顏色為淺灰黑色，中厚層構造，隱晶質，極發育有巖石節理裂隙，黃褐色氧化膜可見于節理面，巖體取芯多為6～8cm，較破碎，呈短柱及塊柱狀，其10～15cm 柱狀可見少量，巖石堅硬。采取率為75%。

根據現場調查可知，該段公路的地勢相對周邊環境較低，遭遇降水氣候時，在此斜坡位置會有大量雨水存儲。鉆孔資料表面，該路段地下水位埋藏較深，可以達到12m 左右。同時，此處滑坡為淺層滑坡，地下水不會對其造成太大的影響。此外，因地下水較多，能夠直接滲透到土壤中，并于滑坡體內長期滯留，滑坡體內的土體等經受長期雨水浸泡出現軟化情況，進而路基有滑動的情況發生。

1.2 路基破壞特點

所述路段路基出現嚴重下沉開裂，較多裂縫可見于路面，大多為弧形狀，寬達1m，長至26m，沉降量約60cm，在裂縫周邊1.5m 范圍內，路基出現了下沉的狀態，下沉寬度為5.9m，由此，此路段只有半幅路基能夠正常使用。

路基外側位置擋土墻為4.2m 高，0.8m 寬，材料為漿砌片石擋墻，3 條5cm 寬斜向縫隙。

此處路基位置處于滑坡后緣處，民房區域存在的簡易小擋墻（由當地居民所砌）也發生有倒塌狀況。根據調查，民房外觀上沒有明顯的裂縫，滑坡周界明晰，見圖1。

圖1 路段的滑坡周界示意

1.3 影響因素及破壞機理分析

對于滑坡的形成，往往是多因素共同作用所致，如地形地貌、地層巖性、人類活動以及水文地質等。經分析該路段的地質調查報告以及鉆孔材料，可推斷出該路基滑坡以及擋墻失穩的影響因素，其中主要包括下列原因：

1.3.1 該處為填方路基，填方中的塊石與碎石較多，整體較為松散，強度不高。在修建路基工程時，碾壓與強夯工作未到位，由此，下伏土體密實度無法達到施工的要求，且固結性較低。因地基較軟，其強度就會受到影響。

1.3.2 由于該路段為市區通行方向的主干道，日常通行量較大，且大多為重載車輛，在路基自重以及外界動荷載影響下，邊坡就會受到影響，當其壓力超過漿砌片石最大強度時，就會導致出現安全隱患。

1.3.3 滑坡出現的根本原因在于此處降雨量較多，降雨后該斜坡地帶由于標高較低將匯聚大量雨水，同時，因植被種類豐富，多數雨水會直接進入植物的根部為主，坡體的含水量就會急劇上升，導致地層容重與自重均極大增加，導致下滑力變大。另外，受滯留水體的長期浸泡后，滑動面上的土體的抗剪強度下降，這會直接影響其穩定性，導致滑坡發生率升高。

2 加固方案設計

2.1 路基整體穩定性分析

對于常規的陡坡路堤，其破壞形式主要有以下幾種：一是基底為巖層或穩定山坡，在山坡坡度較大時，路堤沿著與山坡的交界面處發生整體滑動；二是路基沿著傾斜基巖面，連著山坡面覆蓋層發生同步滑動；三是路基沿某一圓弧滑動面，連同下臥軟弱土體發生整體滑動；四是路基沿著某一軟弱巖層面，連同其下的巖層一起發生滑動。

對照上述滑動規律與現場地勘情況，借助計算機進行最危險滑面的搜索（安全系數≤1 的路基破壞模式），發現其顯示的最危險滑面不同于現場調查所發現的滑面，調查的滑面更加淺，原因是在上覆壓力作用下，深部土層固結后的力學性能相比淺部土層更佳，而計算機搜索時的假定條件是土體為均一的勻質模型。另外，大氣降雨對表層土的影響較深層土體更大，因此導致實際滑面位于更淺處。鑒于深處土體在受地下滯留水體的浸泡以及上層土體破壞發展的影響，其性能也將逐漸劣化，且在加固措施采取之后，更深層的滑動也有可能發生，因此該項目滑坡體加固設計計算的依據采取如圖2 所示的破壞模式。

圖2 路基M-M’剖面的調查及潛在破壞模式（單位：m）

2.2 擋墻段局部穩定性分析

根據現場實際的地質調查可知，路基外側的漿砌片石擋墻上發生了豎條斜向發展明顯的裂縫，表明該擋墻段路基的局部失穩破壞現象已經產生，由此導致擋墻受到較大的土體主動土壓力而產生裂紋。另外，現場考察認為原有擋墻的施工質量不佳，強度較為薄弱。從計算機搜索的路基擋墻段局部破壞模式可以看出，擋墻段的路基穩定性較差，需要采取支擋措施。本文驗算了原有擋土墻的穩定性，并根據庫侖土壓力理論，得出擋墻所受的主動土壓力值。

當地基土摩擦因數是0.5 時，則地基土層水平向的滑移力總計達到156.157kN，而相應的抗滑力僅為163.481kN，由此可見，地基土層水平向的抗滑移安全系數約為1.047≤1.300，由此證明，滑移驗算無法滿足預計要求，路基穩定性較差，為了提升路基穩定性，則需要加固擋土墻。

2.3 抗滑樁加固方案策略

基于以上分析發現，路基發生滑面可能性較大，加之淺部的擋土墻局部穩定性較差，由此需要重點對其進行加固處理。因此，為了既消除深層滑面的潛在隱患，又有效加強擋墻穩定性，實現標本兼治，本文提出抗滑樁的設計治理方案，具體如圖3 所示。

圖3 抗滑樁支擋加固設計方案（單位：m）

本文所設計的抗滑樁方案主要思路如下：通過在擋土墻的下方設置相應的人工挖孔樁作為抗滑樁，將其樁身嵌入弱風化灰巖作為嵌固段，保證樁體的抗剪強度，阻止路基深層滑動趨向。同時，將該抗滑樁的樁頂伸出地面一定長度，起到支護擋土墻的作用，控制擋土墻的破壞，避免其進一步失穩加劇。

2.4 樁長優化設計

在抗滑樁設計方案設計中，采取將抗滑樁樁頂設計為與擋土墻頂部標高相平，從而起到支護擋土墻的作用的設計思路，較為保守。但由分析可知，主動土壓力的合力作用點并不在擋土墻的頂部，而是位于擋土墻底部往上的2.08m 位置，因而據此將抗滑樁的冠梁頂部標高設置到擋土墻底部朝上2.5m 處位置即能實現有效支護，能控制擋土墻發生進一步的破壞失穩。在確定抗滑樁的頂部標高后，即能反算出抗滑樁的懸臂長度，由此可進一步根據相關計算確定抗滑樁的嵌固深度。通過上述方法進行抗滑樁的設計，可減小所需的樁長，在優化樁長設計的同時，達到節省工程量與施工成本的目的。

3 結語

山區公路的擋土墻容易受到各種不利環境因素的影響而發生破壞失穩，其往往同時存在路基深層滑坡的不良跡象。本文基于實際案例分析，發現將人工挖孔樁放置在受損擋土墻下方位置，可以作為抗滑樁使用，此種設計方法能夠借助抗滑樁穩固巖層，起到嵌固作用，減少因路基深層滑動帶來的不良影響。同時，為了支護擋土墻，要求抗滑樁施工過程中，高出地面一定高度。通過分析優化其設計樁長，保證了擋土墻的有效支護，避免其進一步破壞，達到標本兼治的應用效果。本文通過對擋土墻所受主動土壓力的合力作用點位置進行分析，繼而確定抗滑樁樁頂標高的思路，可為業內同行提供一種新的抗滑樁樁長設計思路。