深路塹高邊坡處治方案設計

李鳳嶺

（山西省交通規劃勘察設計院有限公司，山西 太原 030032）

1 工程概況

某高速公路采用雙向四車道高速公路標準建設，設計速度80 km/h，路基寬度25.5 m。滑坡位于K5+430—K5+670段右側深挖路塹邊坡處。該段邊坡開挖初始出現過局部坍塌，并對病害位置進行了清理卸載，成型后為一處深58.5 m的7級路塹邊坡。邊坡采用折線形式，分級高度為8 m，坡率均按1∶1開挖。第1級及第5級平臺寬8 m；第2級、第4級及第6級平臺寬2 m。經初期邊坡卸載后，碎落臺加寬至9.5 m，第3級平臺為8～24 m的漸變寬度。路塹邊坡開挖成型后較長時間處于穩定狀態，但經過春融期與降雨期，坡體發生滑動，滑坡后緣出現裂縫及錯臺，錯臺最大高度50 cm，前緣邊溝壁出現擠壓裂縫，路基頂面未見隆起。

2 滑坡特征及規模

2.1 滑坡成因

圖1 處治路段路線總體圖

滑坡體位于黃土丘陵溝壑區，微地貌為黃土梁、沖溝、陡坎，坡體上部覆蓋大孔隙，垂直節理發育的第四系中、上更新統（Q2、Q3）稍密黃土，下部為第三系上新統靜樂組（N2j）褐紅色可塑-硬塑狀粉質黏土，局部夾鈣質結核（層），坡腳為挖方路基。項目所在區域經歷春融期與降雨期后，坡體含水量增加，由于坡體上部黃土層與下部黏土層滲透系數不同，黏土層具有一定的隔水作用，水流由上至下滲透過程中受阻，在土層分界面附近形成不穩定孔隙潛水，局部土體浸水后呈現軟-可塑狀，形成軟弱面，抗滑力下降，致使坡體失穩，形成滑坡。

圖2 地質勘查典型斷面圖

2.2 滑坡特征

該滑坡屬于黃土滑坡，處于滑動變形階段，形成了后緣張拉裂縫及坡面剪切裂縫，滑體前緣剪出口位于坡腳處，坡腳處可見滲水現象。滑坡總體呈馬蹄形，滑體厚度5～26 m，滑動主軸方向約190°，平均長度85 m，平均寬度160 m，體積約24.7萬m3，屬中型滑坡。

滑動帶巖土體特征表現為：

a）滑面處土層顏色較暗或明顯與周邊土層顏色有差異；b）滑面處土體含水量明顯較其他部位高，多呈軟-可塑狀；c）取樣試驗后，滑面處土層剪切數據偏低，工程性質差，抗剪強度低。

2.3 滑塌推力計算

對滑坡體進行地質勘探取樣試驗得出滑動帶物理力學指標。

表1 滑帶土物理力學性質指標統計表

根據試驗數據結合坡體滑動情況，首先對滑坡體進行力學參數反算，計算時取c=9.92 kPa，安全系數0.98，反算得出滑面處φ=12.66°,根據試驗數據、現場實際情況及參數反算結果，該次設計中坡體下滑力計算參數取值如表2所示。

表2 滑面處主要計算參數

按上述參數采用傳遞系數法進行剩余下滑力計算[1]。

式中：Ti、Ti-1為第i和i-1滑塊剩余下滑力，kN/m；Ks為穩定安全系數；Wi為第i滑塊的自重力，kN/m；αi、αi-1為第i和第i-1滑塊對應滑面的傾角，（°）；φi為第i滑塊滑面內摩擦角，（°）；ci為第i滑塊滑面巖土黏聚力，kN/m2；Li為第i滑塊滑面長度，m；ψi為傳遞系數。

原狀坡體在不經過任何處治措施的情況下，經計算坡體剩余下滑力為3 696 kN。

3 滑坡處治方案設計

該段滑坡剩余下滑力較大，不利于抗滑支擋工程的設計，如僅采用抗滑設施進行坡體加固，應考慮在坡體內布設多排抗滑樁。該方案不僅施工難度大而且工程造價較高，結合現場情況，此邊坡開挖成型后坡口位置已經接近自然坡體頂部，坡體周邊無重要建筑物，干擾因素較小，具有較好的坡體卸載條件，故該次處治采用局部卸載+抗滑樁加固的設計思路。

3.1 邊坡卸載

圖3 卸載典型斷面圖（單位：cm）

根據滑動面的位置、坡體裂縫情況及卸載后剩余下滑力的大小，該次設計中利用加寬邊坡二級平臺實現對滑坡上部土體進行卸載。為減小卸載工程量，在保證安全的前提下將卸載后的上部邊坡坡率由原來的1∶1調整為1∶0.75，僅在邊坡開口位置處維持1∶1開挖方案，具體卸載方案如表3。

表3 卸載方案表

3.2 抗滑樁

3.2.1 高位抗滑樁方案

圖4 高位抗滑樁典型斷面圖（單位：cm）

邊坡開挖已經成型，路基頂面未見隆起，坡腳處僅有長約50 m邊溝有剪切裂縫，一級邊坡及路基部位保存完整。在保證邊坡形態，且對路基其他工程影響較小的情況下，擬在邊坡一級平臺處設置一排全埋式抗滑樁，并分別對圓樁及方樁方案進行比選設計。邊坡上部土體進行卸載后，計算設樁處剩余下滑力為520 kN，按該下滑力分別對圓樁及方樁兩種樁型進行樁身驗算及樁位布置，具體設計方案如下：

a）圓樁 樁身直徑為2.5 m，樁中心距4.0～5.0 m，布樁34根，總樁長為914 m。

b）方樁 矩形斷面1.8 m×2.5 m，樁中心距4.0～5.0 m，布樁34根，總樁長為914 m。

3.2.2 低位抗滑樁方案

圖5 低位抗滑樁典型斷面圖（單位：cm）

該段邊坡進行前期滑塌處治時，采用了碎落臺加寬的卸載方案，邊坡成型后，碎落臺寬度增加為9.5 m，邊坡坡腳處滑動面埋深較淺，土體下滑角度小，所以碎落臺處具有較好的抗滑樁布設條件。在確保不侵占路基建筑限界，不影響行車安全的情況下，擬在距坡腳4 m的碎落臺處設置一排懸臂式抗滑樁，懸臂端高出地面6 m，樁后采用反壓回填處治。在坡體進行上部卸載和坡腳反壓的情況下，樁體需承受的剩余下滑力為425 kN，按該下滑力分別對圓樁及方樁兩種樁型進行樁身驗算及樁位布置，具體設計方案如下：

a）圓樁樁身直徑為2.0 m，樁中心距4.0 m，布樁42根，總樁長為1 008 m。

b）方樁矩形斷面1.5×2.0 m，樁中心距4.5 m，布樁38根，總樁長為912 m。

3.3 方案比選

上述4種處治方案的工程規模比較情況如表4所示。

表4 工程規模比較表

經比較可知同一位置圓形抗滑樁方案比方形抗滑樁方案更經濟，而且方形樁多為人工開挖成孔，樁體成型需配合護壁、鎖口等防護措施，工序復雜，施工進度慢，施工過程中安全隱患較大，所以該次設計中在滿足安全需求的前提下，相同位置布設抗滑樁首先考慮圓形斷面形式。

高位抗滑樁樁位處滑面埋置深度較深，且設樁位置剛剛進入滑體阻滑段，樁體需抵抗的剩余下滑力略大，導致樁身斷面尺寸、樁體配筋量及單樁樁長都有所增加。樁體施工需利用一級路塹邊坡平臺，該處平臺頂寬僅有8 m，大型機械施工空間受限，施工組織存在一定困難。采用低位抗滑樁方案在碎落臺處設樁，可以利用路基頂面作為施工場地，施工空間充足。低位抗滑樁位于滑體下部阻滑段，滑面位置較淺，還可利用樁后區域對坡體進行回填反壓以減小坡體剩余下滑力，與高位樁相比，低位圓樁直徑減小為2.0 m，單樁最大長度縮短為24.0 m。雖然低位樁布設長度略長，抗滑樁根數有所增加，但由于斷面及單根樁長的優化，工程處治費用并沒有增大。低位圓形抗滑樁方案在保證工程安全的前提下既可以減小工程造價又能便于施工組織的開展，故該次處治方案最終確定為上部坡體卸載+低位圓形抗滑樁+樁后回填反壓方案。

3.4 防排水設計

a）邊坡坡腳處設置矩形邊溝，邊溝尺寸60 cm×60 cm，各級挖方平臺處均設置30 cm×30 cm的矩形平臺截水溝，其中由于二級平臺卸載后寬度加大，為保證坡面及平臺匯水能快速排出，分別在二級平臺內外兩側設置兩排平臺截水溝。

b）在抗滑樁樁體后部及回填土底部設置相互連通的50 cm碎石排水層。

c）分別在邊坡坡腳處及邊溝下方設置大斷面碎石盲溝，坡腳處盲溝尺寸為100 cm×200 cm，邊溝下盲溝尺寸采用60 cm×1 400 cm矩形斷面。

d）為減小地表水滲入坡體，在坡度較緩的回填反壓區頂部及因卸載施工寬度增加的二級平臺采用50 cm厚6%灰土進行隔水封閉處治，對坡體周邊存在的局部裂縫進行灰土回填。

圖6 抗滑樁細部設計圖（單位：cm）

4 結語

本文以工程實例為依托，對高速公路深路塹高邊坡滑坡處治方案的設計思路進行了闡述，通過對多種方案的比選論證，最終確定了切實可行、經濟合理的處治措施，取得了良好的坡體加固效果，對今后類似滑坡工程的治理具有一定的參考借鑒意義。