穩定性分析及抗滑樁技術在滑坡治理中的應用

高淑霞

（天水市公路管理局，甘肅 天水 741000）

1 引言

稍子坡至平南通鄉公路位于甘肅省天水市秦州區境內K0+563—K0+603段，路段右側為填土路基邊坡，未做任何防護處理。長期降水及地表水下滲，導致該段路基下沉，逐漸沿原始地層接觸面變形并產生滑移，最終形成路基滑坡，導致交通中斷?；麦w物質在地表水流的作業下，形成小型泥石流，順坡流下，威脅坡腳下公路的行車安全，須及時治理。文章將結合實際工程，簡單闡述如何采用不完全平衡應力傳遞系數法對邊坡處理完成后留下的路基進行動態穩定性計算分析，并通過地質勘察和現場檢測，制定出抗滑樁滑坡治理方案的過程。

2 滑坡災害成因分析

2.1 地形地貌條件

該段填方路基處于山谷斜坡上，上坡平均坡度為62°～75°,下坡平均坡度為28°～35°?；麦w中部為厚10 m的長條狀山體，寬約25 m，長40 m，滑坡后壁裂縫較大，張開度達1～2 m，坡體物質為碎石土，坡體樹木呈現向下傾斜的趨勢?；绿幝坊挥谄聹仙喜?，地勢高差較大，相對高差約80 m，平均坡度較大，是典型的斜坡路基，集水面積大，而且路基開挖后解除坡體上的壓力，因此，為路基的變形和滑移提供了很好的地形條件。

2.2 地質條件

勘探區位分布于斷陷盆地區域內，沉積含巨厚棕紅層泥巖，局部地區為中薄油頁巖層，地表風化帶間隙過度發育，導致下部巖體易破碎，遇滲水條件易出現軟化解體。土體具有承載力極低、抗扭剪強度低、高壓縮性和高敏感度的明顯特性。這種軟質地層也是最典型的滑性地層，是路基滑移形成的必要地質條件。

2.3 降雨因素

項目所在區域降雨量大且集中，雨水的滲入不僅降低了土壤的抗剪強度，還增加了滑重。特別是夏季連續強降雨，滲入軟巖和土壤中，是導致路基滑坡的重要誘因。原地層為泥巖風化層，雨水滲入下部泥頁巖風化層形成的軟質防水層，上部軟質充填土變得不穩定，沿原地層接觸面滑移。

2.4 地震因素

隴南地區震中點附近以外的其他區域降水較多而未出現更大規模強烈地震，本路工程項目所在地公路正處于極強的地震作用帶位上，尤其當遭受到“5.12”大型破壞性地震的影響，公路地面及路基兩側邊坡體因破壞性地震作用，在出現明顯方向發生急劇變化的應力作用下，破壞該公路坡體結構應力的分布及其平衡，造成邊坡地表結構可能出現較大應力、變形的損失及結構嚴重斷裂，非常有可能產生雨雪及冰融水流層的滲透，降低工程巖土力學強度指標和巖土結構質量指數，進而導致工程地下水徑流條件發生改變，導致公路路基損毀。

2.5 其他原因

車輛荷載長期作用、坡體上部居民生活垃圾傾倒堵塞排水系統，以及路基填料壓實均勻性差也是誘發路基病害的重要因素。

綜上所述，造成此次路基滑坡的主要原因及誘發因素為：

（1）主要因素是不利的地形和較差的地質條件，該路段填方路基位于山坡、溝谷，下部泥頁巖風化層為易軟化防水層。

（2）填土抗剪強度降低，尤其是隨著靠近軟泥巖邊坡頂部處的較強風化層強度系數的明顯降低、土體穩定性變得不穩定，為路基抗滑坡特性的有效形成提供了為有利條件?；驴v向長度約40 m，方量約6 000 m3。

（3）連續降雨，雨水在溝壑處聚集，滲入該滑坡段路基填土內部，增加了填土的重力，從而誘發了路基滑坡。

3 穩定性分析

3.1 路基沿軟弱層滑移穩定性分析

分析現有路基結構的誘發變形類型和誘發破壞基本形式特征為診斷條件，后緣斷面呈圓錐形，滑坡體邊緣呈細長條狀，后緣裂縫發育明顯，坡體構造上坡陡、中下坡緩，坡積體較為松散，下隱伏于新近系風化的松散泥巖，泥巖表面遇潮水后軟化，形成具有一定寬度的隔水泥層，尤其是分析路基范圍內裂縫結構的發展演變和誘導變形機理以及以往引起誘發破壞變形類型的3個主要觸發因素，初步能判斷路基滑坡后的堆積體處于不穩定狀態，殘留的路基填土可能逐漸滑坡，需要及時治理。

3.2 回填處理后的穩定性分析

3.2.1 計算方法

該次滑坡之滑動坡頂面呈折中曲線型，使用《公路路基設計規范》（JTG D30—2015）傳遞系數法進行滑坡推力的計算[1]。

滑坡剩余下滑力計算公式如下：

式中：Ti、Ti-1—第i和第i-1滑塊剩余下滑力（kN/m）；

Fs—穩定安全系數；

Wi—第i滑塊自重力（kN/m）；

αi、αi-1—第i、第i-1滑塊對應滑面的傾角（°）；

Ψi—傳遞系數；

Φi—第i滑塊滑面內摩擦角（°）；

Ci—第i滑塊滑面巖土黏聚力（kN/m）；

Li—第i滑塊滑面長度（m）。

3.2.2 計算參數分析選用

本次取值主要采用極限平衡反算法和當地經驗值綜合分析確定[2]。

第一種情況：由于該路基屬于陡坡路基，選定最不利滑移面為現路基滑坡面。由于路基在連續降雨工況下發生了滑坡，取暴雨工況下的滑坡穩定系數0.98進行路基填筑土內部滑移面參數反算得出：

自重力為21.5 kN/m，黏聚力為10 kN/m，內摩擦角為20.5°。

第二種情況：路基重新填筑后，選擇最不利潛在滑移面為泥巖中風化與強風化交界面。不考慮加筋土及開挖臺階及換填天然砂礫對巖土體的抗剪強度指標的改善，取暴雨工況下的安全系數1.0進行路基填筑土參數反算得出：

自重力為20 kN/m，黏聚力為10 kN/m，內摩擦角為18.7°。

此次路基穩定性分析是在路基重新填筑、支擋措施施工完成的基礎上進行的，巖土體的抗剪強度指標需考慮到潛在滑面分臺階開挖及換填天然砂礫、土工格柵鋪筑以及防排水等措施的影響，對反算的內摩擦角進行調整。本次穩定性計算中的抗剪強度指標中巖土體的黏聚力及內摩擦角采取反算值，不進行調整。

3.2.3 計算條件

①荷載組合。自重:整個潛在滑移體的自重；水作用力：考慮暴雨對滑移體穩定性產生的影響。

②工況組合。

采用以下工況對路基穩定性進行計算。

正常的工況：投入商業運營多年后出現的路基病害頻繁地發生或者是持續施工時間相對較長造成的特殊工況；

非正常工況Ⅰ：邊坡處于暴雨或連續降雨情況下的工況；

非正常工況Ⅱ：邊坡處于地震等荷載作用狀態下的工況。

3.2.4 計算結果與評價

根據工程等級、路基滑坡產生的各種危害性情況和施工人員對路基滑坡易誘發交通事故的其他各種有害因素等基本認識程度，路基滑坡穩定安全系數的取值方式如下：

現階段正常工況條件下安全系數采用1.30，非正常工況下Ⅰ采用1.20，非正常工況下Ⅱ采用1.10，地震重要性修正系數取為1.30。

依據各方案的邊坡情況，計算路基填筑后的各工況下邊坡的穩定性系數及剩余下滑力見表1。

表1 陡坡路基穩定性計算結果一覽表

陡坡路基填筑后，支擋處仍有一定的下滑力，路基邊坡存在不穩定現象。為抵抗剩余下滑力，保證填筑路基穩定，擬采取抗滑樁支擋。

4 路基滑坡處治方案

4.1 應急方案

（1）兩側改移道路，形成臨時便道；

（2）加強臨時觀測，建立地表臨時監測系統,派專人巡視；

（3）建立臨時安全措施，包括臨時標志牌和防護欄；

（4）建立臨時排導措施，使溝內地表水及時排出坡外。

4.2 治理設計（坡腳抗滑樁板墻）

（1）在坡腳上還設置一排樁板墻，其中各設有抗滑樁板墻8根，尺寸約是2.0 m×1.6 m×20 m，錨固樁板長度為約是12 m，抗滑樁墻的樁中心間距大約為5 m。樁座間墻與地基樁面墻之間均需配合布設預制擋土板，板總高2 m，板厚0.4 m，共7塊，擋土板上布置泄水孔，水平間距3 m，豎向間距2 m，直徑5 cm。

（2）路基右側設一級邊坡，坡率1∶1.25，坡高8.0 m，平臺寬2.0 m，平臺設計排水溝；坡頂設計排水溝，尺寸為0.4 m的矩形排水溝，長100 m。

（3）為防止墻前坡面垮塌對樁穩定性造成影響，樁前設置一平臺，以便于施工，寬度4 m，施工結束后平臺采用15 cm厚C20混凝土進行硬化。對樁前坡面進行修整、夯拍，保證坡面平順、穩定，坡率1∶2。

（4）挖除滑坡殘余的路基填土后對滑移路基重新夯實填筑，為增加填筑后路基整體穩定性，采用加筋土分層填筑，木工格柵間距0.6 m，格柵采用雙向格柵，搭接寬度20 cm，用細鐵絲綁扎填筑至原設計標高后重鋪路面及恢復交通。

（5）為及時引排地表水，在路基填土下部設置一道橫向鋼波紋管涵，埋深約1.3 m，管徑1.5 m，長8.5 m，管涵坡率2.5%，路基左側設置落水井2.6 m×1.95 m，深3.6 m，上接坡面截水溝及排水邊溝，下接鋼波紋管入水口，鋼波紋管出水口處接坡面急流槽1.5 m×8.5 m，將地表水引入樁頂平臺排水溝，平臺排水溝內設置5根管徑20cmPVC落水管，間距10cm，在樁板墻下部留有PVC管出水口，將地表水排至坡面急流槽即可。

為引排地下水及路基含水，在路基填土下部巖土交界處布設三道滲溝，巖土分界面開挖臺階后回填30 cm厚天然砂礫，滲溝內匯水通過樁板墻底部排水口排出路基，將水排至坡面急流槽內，坡面急流槽直通下部G316公路涵洞將水排出。

（6）對損毀的邊溝進行重修，將坡體匯水引排至道路左側邊溝內排至落水井內，通過鋼波紋管涵排出接坡面急流槽，填方平臺設平臺排水溝，排水溝中部相應位置接豎向PVC管聯通至樁板墻下部急流槽。

5 施工工序及技術要求

5.1 施工工序

總體施工順序：清運塌方→施工準備→樁孔開挖→地下水處理→護壁→鋼筋籠制作與安裝→混凝土灌注→混凝土養護→路基填筑→恢復路面及交通安全設施→排水工程[3]。

（1）清運塌方。土方清理時，應有專人觀察塌方處。如發現斜坡移動或失去穩定性，應立即通知作業人員撤離至安全區。在土方清理過程中，嚴禁破壞原有承載層，避免超挖。

（2）施工準備。按工程要求備料，鋼筋應專門建庫堆放，使用普通硅酸鹽水泥。

（3）樁孔開挖。樁孔以人工開挖為主，采用間隔方式由深至淺、由兩側向中間的順序施工。

（4）地下水處理。樁孔開挖過程中應及時排出孔內積水。

（5）護壁。樁孔開挖過程中應及時進行鋼筋混凝土護壁，采用C20砼，護壁的單次高度一般為1.0～1.5 m。

（6）鋼筋籠的制作與安裝。鋼筋籠要在孔外預制成型，在孔內吊放豎筋并安裝，豎筋接頭采用雙面搭接焊等。

（7）混凝土灌注。待灌注的樁孔應經檢查合格；當孔底積水厚度小于100 mm可采用干法灌注；樁身混凝土灌注應連續進行，不留施工縫，每連續灌注0.5～0.7 m時應用振搗器振搗密實一次。

（8）混凝土養護。對露出地表的抗滑樁應相關規定進行養護，養護期應在7 d以上。

（9）路基填筑。填筑路基時待抗滑樁成樁后養護達到該強度后方可進行擋土板吊裝，邊吊邊回填，分層填土、碾壓夯實，嚴禁傾填。

（10）恢復路面及交通安全設施。路基完成后及時恢復路面，路面結構參考原路面，設置相應的交通安全設施。

（11）排水工程。及時做相關排水工程，應提前實施不影響路基填筑的排水工程，必要時增設臨時排水設施。確保排水順暢，嚴禁工作面積水。

5.2 技術要求

5.2.1 抗滑樁

①抗滑樁應盡量保證能夠按所給定點的坐標進行及時準確的定位。

②抗滑樁在施工完成前，應對其樁身和附近陡峭的土邊坡處或最易發生崩塌滑坡危險的近地表部位等采取加固措施，截留其樁身以及附近邊坡的地表水。

③抗滑樁應根據單樁或雙樁開挖的具體地質條件，按鎖板及各段墻體設計。

④抗滑樁工程一般應一次進行或者單獨做一次混凝土開挖，每隔一節墻體混凝土開挖的最大深度一般宜控制為約1.0 m，開挖混凝土后這一段工程應盡快就地做好改節墻體混凝土護壁，待第一節墻體混凝土強度達到規定的一定墻體混凝土強度范圍要求后，方可再進行混凝土開挖下一節。為保證工期，墻體應添加速凝劑。墻體內外各單節的縱向鋼筋都必須全部焊接牢固，禁止使用簡單機械捆扎。

⑤在澆筑護壁混凝土樁砼的時候，務必嚴格保證混凝土護壁鋼筋不在侵入混凝土樁截面凈空半徑以內。開挖基坑過程作業中也應確保隨時校準打樁基坑斷面的水平垂直度標高和地面凈空尺寸。

⑥應將動態地質設計施工的管理思想貫徹在抗滑樁基坑施工設計中，在施工開挖樁基孔樁的基坑過程管理中，地質人員也要定時到開挖基坑的底部現場進行現場地質工作盤點，檢查其地層巖性結構和滑動面位置，如檢查發現情況與原來設計意見不符，應積極與施工設計專業人員及地質監理單位工程師取得聯系，以便能夠及時重新進行勘察設計內容的修改。

⑦樁坑在挖高至達到設計標高后，應該重新開展驗底槽工作，以便繼續保證封底的厚度。

⑧樁身混凝土應邊振邊填，整樁混凝土澆筑應不間斷。

5.2.2 預制擋土板安裝

①在處理樁體開挖前產生的擾動巖土時，必須先在待被開挖部位樁身混凝土強度達到基礎混凝土的設計荷載使用最大強度范圍內的75%以上后，才被許可再進行擋土板基礎施工。

②應根據設計的型號要求對擋土板實施安裝。運輸、吊裝擋土板時，需要提前特別設置固定好支點螺栓和起吊點，為安全防止擋土板或樁身擋板的受損，應避免發生強烈地面震動碰撞與地面摔打。

③擋土板施工時應嚴格控制垂直度，抗滑樁中心間距5 m，擋土板長度4.8 m，吊裝時兩側預留0.1 m間隙，并使擋土板外露面平整。

④在豎樁的前端擋土板已完成澆筑施工作業后，應對樁身兩端和前端擋土板連接處同時進行鋼筋混凝土二次灌注，確保前端擋土板兩端與整個樁身間的連接保持緊密整潔。

⑤將擋土板置于平整穩定的原始地層之上。

5.2.3 墻后填筑

①當樁柱身強度達到抗震設計要求標準后，墻的后段填筑保護層和反彈濾層后才可以正式進行施工。填料層的結構質量性能和表面密實度等必須嚴格滿足設計圖紙要求。

②樁板墻后反濾層采用袋裝砂礫，厚度50 cm、高8 m、長40 m。

6 結束語

稍平公路路基滑坡的治理在工程成功竣工驗收結束后，經過將近一年半的持續變形試驗觀測后，滑坡體均已處于相對穩定狀態。綜上所述，抗滑能力強、使用性能高、對滑坡治理效果明顯的抗滑樁，非常適用在高邊坡的滑坡治理上。