高速公路邊坡滑坡勘察設計研究

馬仲智

（貴州省公路勘察設計院有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

滑坡是一種常見的地質災害，是指斜坡上的巖土體受到多種因素的影響，在重力作用下沿著軟弱面向下滑動[1]。明確邊坡滑坡的原因，并采取積極有效的預防處理措施，能提高邊坡的穩定性，更好地服務于交通出行。該文結合實際案例，探討了邊坡滑坡的勘察設計要點和加固處理措施。

1 工程概況

1.1 公路及邊坡現狀

某高速公路項目，YK31+260～YK31+310右側挖方邊坡，設計標準為雙向六車道，單幅路基寬度為16.75 m，設計速度為100 km/h，荷載等級為公路Ⅰ級。該段全長50 m，線路走向68°，開挖坡向338°，原設計邊坡第一、二、三級邊坡坡率為1∶0.75、1∶0.75、1∶1，最大坡高32.4 m，最高為3級，防護形式為18 m長錨索框架植草防護。近期在極端天氣的影響下，出現下錯滑動險情。

3月16日，第一級開挖過程中發現二、三級錨索框架錨索出現向下滑動錯位。坡口處出現不同程度的拉裂，裂縫長50 m，寬度10～30 cm，暫停施工并動態觀察。3月17—22日，在降雨影響下坡口裂隙進一步發展擴大，出現局部塌方，繼續動態觀察。3月23日，組織設計單位、施工單位、監理單位對滑坡邊坡進行復勘。針對現場滑坡情況，對滑坡范圍內裂隙進行封閉裂隙，第一級邊坡停止開挖施工；并對坡腳進行臨時反壓防護，繼續進行實時動態觀測；同時進行布孔鉆探勘察，確定滑坡成因機制及錨索預應力是否失效。

1.2 地質特點

勘察區地形起伏變化大，兩岸為中緩坡地形，植被較發育。場區海拔1 041～1 150.0 m，相對高差109.0 m；軸線通過段地面高程在1 072.5～1 082.6 m之間，相對高差10.1 m。地貌類型屬侵蝕剝蝕—構造型低中山地貌。

根據區域地質資料及現場調查、鉆探揭露情況，滑坡段邊坡地層覆蓋層是第四系殘坡積層（Q4el+dl）碎石土，總厚度達到2.0～5.8 m；出露及下伏基巖是寒武系下統明心寺組（∈1m）深灰色、黑色頁巖，結合鉆探基巖劃分為全～強風化、中風化兩層。

2 邊坡滑坡原因分析

通過現場勘察，確定邊坡滑坡的主要原因有三個：一是不穩定邊坡，二是降雨，三是錨索框架梁破壞。

2.1 不穩定邊坡

從已開挖邊坡面可知YK31+170～YK31+260、YK31+310～YK31+370段右側一級坡巖體完整至較破碎為中風化，YK31+260～YK31+310右側中間段一級坡巖體已經風化為全～強風化層，即該段屬地質突變地段，綜合地形形態及勘察結果可知該段為殘坡積層較厚的不穩定邊坡。從已開挖邊坡面至裂隙后緣山體揭露及鉆探芯樣均可發現該段路基邊坡巖體產狀傾向邊坡為逆向坡，角度25°，全～強風化層較厚（1.4～13.4 m），均為薄層狀，泥質結構，層理構造。當坡腳開挖臨空后，導致應力重新分布，牽引造成2、3級滑坡，形成坡腳至坡口裂隙1處的主滑面，因較厚的碎石土層（2.0～5.8 m）順延裂隙1至裂隙2造成2次牽引滑移，而長期降雨及雨水下滲加劇裂隙面擴張，因此形成的分離面分布于碎石土至全～強風化范圍中，形成沿碎石土層至強風化層的軟弱界面的折線形牽引滑坡。

2.2 降雨因素

項目施工期間，3月1日至22日有15天為小雨或陣雨。長期降雨及雨水下滲，加劇滑移面裂隙擴張，對邊坡滑坡進一步造成影響。

2.3 錨索框架梁破壞

結合觀測數據，3月份第二級平臺最大位移為：垂直位移253 mm，水平位移78 mm；第三級平臺最大位移為：垂直位移373 mm，水平位移117 mm，可見位移值過大。綜合勘察鉆探結果，因邊坡開挖外露雨水下滲至坡體較厚的碎石土層與頁巖層，導致其遇水易軟化，失水易分解，黏聚力（C）、內摩擦角（φ）值下降，第二、三級邊坡框架錨索應力損失，部分錨固端失效，導致滑坡位移。錨索框架有效性統計見表1。

表1 錨索框架有效性統計表

綜合以上因素，首先，該段邊坡位于凹槽內，殘坡積層較厚，工程地質性能差。其次，長期降雨導致地表水匯集，滲入碎石土層及全～強風化頁巖層后，土層遇水軟化、失水分解，C、φ值下降，加劇裂隙面擴張[2]。最后，邊坡開挖臨空后，加上坡面混凝土框架自重，坡體在垂直方向無支撐，導致應力重新分布，邊坡沿軟弱面產生直線形牽引滑動，造成滑坡塌方。

3 邊坡滑坡處理方案的設計要點

3.1 處理原則

針對滑坡進行處理，遵循以下原則：①一次根治，以穩定、加固為主，同時考慮到排水和防護；②樹立綠色理念，滑坡治理過程中，考慮到道路的綠化和美化；③因地制宜、就地取材，采用科學化、信息化的設計與施工方案，既能控制造價，又具有較強的可行性[3]；④注重變形檢測，尤其是深層變形；⑤分級治理，開挖一級、防護一級，根據開挖后的實際情況調整防護方案。

3.2 設計工況參數

正常工況，即自重+現有錨索框架+天然狀態，設計安全系數K為1.30。非正常工況，即自重+現有錨索框架+暴雨（或連續降雨），設計安全系數K為1.20。該項目中，滑動面位于碎石土層及全～強風化層形成的軟弱層，需根據坡面地形、地質條件和開挖開裂情況，反算軟弱層面地質參數。采用直線滑動法，對坡體的穩定性系數進行反算，結果見表2。

表2 YK31+280主滑斷面的穩定性系數

3.3 設計推力計算

邊坡巖體類型為二類，破壞嚴重，為小型淺層折線形牽引式滑坡。安全等級為Ⅰ級，現存錨索框架自重及仍有部分防護作用，故對應安全系數正常工況取值1.30，暴雨工況取值1.20。目前滑塌剪出口為邊坡坡腳至第一級邊坡平臺處，現還有第一級邊坡未全部開挖，故設計中按邊坡原設計坡率處理考慮，剩余下滑力計算結果見表3。可見，在暴雨或連續降雨工況下，沿主滑方向的剩余下滑力達到2 020.529 kN，因下滑力較大需設置抗滑樁支擋。

表3 YK31+280主滑斷面剩余下滑力

4 邊坡滑坡處理方案的施工方法和效果評價

4.1 處理方案

為確保該邊坡穩定安全，對設計方案調整后，永久處治措施確定為：抗滑樁+第二、三級邊坡十字梁錨索+排水系統組合防護。其中，抗滑樁插入滑動面以下的穩定地層，利用錨固力平衡推力，增加穩定性。適用于淺層和中厚層的滑坡，優點是土方量小、工期短、工藝技術成熟。十字梁錨索具有成本低、進度快、施工簡單易行的優點，能最大程度上保護生態環境[4]。

（1）邊坡YK31+260～YK31+310段右側分級高度10 m，邊坡坡率為1∶0.75、1∶0.75、1∶1、1∶1，平臺寬度2 m，設置排水溝。第1級邊坡采用菱形窗式護面墻防護，平臺處設置抗滑樁支護，尺寸2 m×3 m，樁間距6 m，樁長19 m設置9根，埋入第1級坡腳下為10 m，懸臂9 m。樁前緣反填8 m土石后再進行抗滑樁挖孔施工，壓實度≥80%。抗滑樁樁頂設置2 m×3 m冠梁，每3根抗滑樁連接為整體。

（2）第二、三級錨索框架內采用60 cm×45 cm十字梁錨索加固，采用4根6.0 m φ110 PVC管做仰斜排水，框架內噴射12 cm厚的C20混凝土封面。第二級平臺澆筑C20混凝土（厚0.5 m、寬2 m）連接二、三級框架。坡口至裂隙1之間，采用坡面噴射C20混凝土（厚12 cm）封面防護。裂隙2處范圍內，采用60 cm×60 cm矩形截水溝及噴射C20混凝土（厚12 cm）封面防護。

（3） 完 工 后， 分 別 在 YK31+260、YK31+280、YK31+300斷面設置觀測點，每個斷面有6個觀測點，設置于坡腳、每級平臺、鋼管樁及坡口截水溝，共計18個觀測點，動態觀測邊坡變形情況，評價加固效果。

4.2 施工方法

邊坡滑坡加固施工工序：坡腳前緣反填→永久觀測點布設→十字梁錨索→仰斜排水管→坡口截水溝→坡體清理噴漿封面→抗滑樁→冠梁→第二級平臺C20混凝土連接→平臺截水溝→平臺綠化池→第一級窗式護面墻→綠化。施工要點如下：

第一，十字梁錨索施工。根據現有框架對應樁號及框架內中心坐標，確定十字梁錨點；錨索孔采用D150鉆孔打入，打入角度為30°；錨固段進入中風化層≥8 m，并根據每個工點實際情況調整。

第二，仰斜排水管施工。使用長度6 m的φ100國標PVC排水管，管孔采用D130鉆孔打入，打入角度為5°，埋深＜50 cm，間距為40 cm，梅花形布置鉆孔；施工時，如果仰斜排水管與框架錨索干擾，適當調整排水管的位置和角度，保證錨索定位準確。

第三，排水施工。坡口截水溝采用M7.5漿砌片石砌筑，溝內進行2.0 cm砂漿抹面；平臺截水溝及平臺綠化池采用C20混凝土現澆。施工開挖及邊坡整治前，先設置好地表排水系統，確保開挖邊坡不受雨水的沖刷，減少雨水下滲。如有地下水出露，將地下水引排至相關排水系統，不得封堵[5]。

第四，抗滑樁施工。采用跳兩孔開挖，即K1、K4、K7→K3、K6、K9→K2、K5、K8；樁頂鋼筋需外露澆筑，便于冠梁鋼筋焊接澆筑。抗滑樁基坑開挖后，達不到圖中要求，按實際開挖情況調整樁長。開挖作業工序：施工準備（邊坡防護完成后）→樁頂平臺清理→護筒（鎖口）及井口周邊防護→第一節樁孔開挖→支模澆筑第一節混凝土護壁→護壁上二次控測標高及定樁位十字線→安裝提升系統、照明設施→第二節樁身開挖→第二節混凝土支模、護壁支護→重復第二節造孔、支模、混凝土護壁，循環作業至設計深度→成孔檢查驗收→鋼筋安裝→倉內清理、堵排水→倉號驗收→澆筑樁身混凝土→樁體檢測→樁頂與冠梁連接澆筑→每個混凝土抗滑樁樁頂設置位移觀測點。

第五，菱形窗式護面墻施工。現場實測斷面，按設計坡率進行支擋及防護工程施工，按設計尺寸掛線放樣施工，以保證施工質量。窗格內采用植生袋綠化，重量輕、運輸方便，現場鋪設簡單，而且植物存活率高，能獲得穩定的坡面綠化效果[6]。

第六，施工現場設置警戒線，施工期間對邊坡進行嚴密監控，在保證安全的前提下進行施工。如發現異常情況，及時通知有關單位妥善處理。施工使用的所有材料，均在進場時檢驗，確保技術參數滿足規范和標準要求。

4.3 加固效果評價

2020年9月2日，由設計單位對滑坡邊坡進行復勘，經過半年持續動態觀測（見表4），右側滑坡趨于穩定，數據在觀測誤差范圍內，無進一步擴大現象。9月降雨多，但沒有發生位移，說明邊坡沉降位移已達到穩定狀態，該次滑坡加固處理取得良好效果。

表4 4#～7#觀測點9月觀測數據統計表

5 結語

綜上所述，高速公路在施工和運營中，在多種因素作用下，局部邊坡可能發生滑坡現象，影響通行安全。該文結合工程實例分析滑坡原因，包括不穩定邊坡、降雨、錨索框架梁破壞三個因素。根據勘察分析結果，確定采用抗滑樁+第二、三級邊坡十字梁錨索+排水系統組合防護方案。結果證實：加固處理后的邊坡沉降位移已達到穩定狀態，取得良好效果。該文可為類似工程項目提供借鑒，提高邊坡穩定性，滿足安全運營需求。