運營高速公路滑坡穩定性分析及處治方案研究

作者簡介：汪繼平（1975—），碩士，高級工程師，主要從事高速公路建設和運營管理工作。

摘要：廣西某運營高速公路老滑坡受降雨及臺風影響再次出現“復活”，文章結合現場工程實例，通過現場勘查分析滑坡成因，在理論計算滑坡穩定性的基礎上，對處治方案進行比選，確定最優處治方案。通過處治后效果評價表明，所選處治措施控制效果良好，保證了高速公路的運營安全，為類似滑坡的工程治理提供參考。

關鍵詞：高速公路；滑坡；穩定性分析；處治方案；效果評價

中圖分類號：U418.5⁺5

0 引言

滑坡會給人民生命財產安全造成巨大損失，有的甚至會帶來毀滅性的災難。廣西某高速公路一路段于2007年雨季過后發生整體性滑塌，根據滑坡體特征，共劃分為6個變形體。2010年、2013年均受暴雨及臺風影響，部分變形體出現了“復活”，滑坡發生及“復活”時均采取了相應的處治措施。2019年7月，受持續強降雨和臺風等特殊天氣影響，滑坡體再次出現“復活”，險情嚴峻，為保證高速公路的運營安全，需采取有效措施對滑坡進行處治。

國內外學者對滑坡穩定性分析及相關防治措施做了大量研究。謝飛鴻等^[1]對滑坡前和滑坡后的邊坡穩定性進行了計算，根據滑坡地質環境特征對滑坡治理提出支擋和排水的綜合措施。王恭先^[2]依據多年經驗，對滑坡進行深入了解并對治理方案進行了比選，提出考慮4個因素和不同類型滑坡的治理方案。李新平等^[3]在利用傳遞系數法結合有限單元法計算滑坡穩定性的基礎上，采用遺傳算法選出了合理的滑坡治理方案。陳羽等^[4]使用傳遞系數法對隧道洞口滑坡穩定性進行了分析評價，提出了相應的滑坡治理措施。崔永杰等^[5]以秦嶺某隧道出口滑坡為例，分析了滑坡成因及穩定性并確定了合理的治理方案。陳云生等^[6]在分析陽鹿高速公路巨型滑坡穩定性的基礎上，選擇了“卸載后緣部分滑坡體+坡腳反壓+鋼管群樁+綜合防排水”的處治方案。

本文以廣西某高速公路滑坡區變形最大的2號和5號變形體的處治設計為研究案例，采用傳遞系數法對該滑坡穩定性進行了計算分析，對三種處治方案進行比選，選擇最優處治方案并對處治效果進行評價。

1 高速公路滑坡概況

1.1 地形地貌

滑坡區屬低山丘陵地貌，地處山間河岸山坡，山體走向為北東—南西。山坡下緩上陡，緩坡高程約為130～190 m，坡度一般為15°～25°，陡坡山體高程約為190～300 m，坡度一般為45°～55°。植被覆蓋良好，多為人工種植的油茶樹及松樹。

1.2 地層巖性

滑坡發育區出露、揭露地層如下。

（1）第四系沖積層。

主要由灰黃色黏性土與卵礫石層組成，黏性土呈可塑-硬塑狀態，卵礫石層呈稍密-中密狀。

（2）第四系殘坡積層。

主要為含碎石粉質黏土、碎石夾少量塊石。黏性土一般為可塑-硬塑狀態；碎石粒徑5～10 cm，塊石直徑0.5～2 m，碎塊石成分主要為泥質粉砂巖、細砂巖。主要分布于山體緩坡地帶，是滑坡體的主要組成物質。

（3）基巖地層。

基巖地層主要為泥質粉砂巖和灰巖。泥質粉砂巖呈紫紅色夾黃褐色，全風化，難見原巖結構，地下水位以下巖質軟弱，砂粒含量較高的遇水易松散，有利于滑面的產生。灰巖包括淺灰色層狀灰巖夾白云巖及白云質灰巖，中厚層-厚層狀，巖質較堅硬。其中2號變形體底部基巖為泥質粉砂巖+灰巖，5號變形體基巖為泥質粉砂巖。

1.3 地質構造

滑坡區在大地構造單元上位于華南板塊南華準地臺之大瑤山隆起的東南部，區域上褶皺、斷層發育。滑坡地段位于黃姚短軸向斜南端，且緊靠南北向的斷層（F1）。受F1斷層影響，滑坡范圍內山體斜坡上巖層產狀較混亂，巖體較破碎。

1.4 水文地質特征

滑坡區地表徑流發育，地表水與地下水均較豐富。地表主要河流為砂子河，河面寬30～60 m，在沖積階地區域河面較寬，一般水深1～3 m，河水季節性變化大，水流湍急。沖溝內季節性流水隨降雨變化較大，旱季貧乏、雨季較豐富。滑坡區年平均降雨量為2 046 mm，并且主要集中在春夏兩季，約占全年降雨量的80%。同時，滑坡區后部山體陡峭、前部斜坡坡度較緩，為降雨形成的地表水匯集入滲提供了較有利條件。地下水類型主要為第四系孔隙潛水、基巖裂隙水以及巖溶水。

1.5 滑坡發育特點

滑坡體形態呈長條形的“圈椅狀”，滑坡后緣為3～5 m高的堅硬砂巖巖壁，前緣覆蓋于砂子河沖積階地之上，兩側以自然沖刷的深溝為界，橫向長度約為830 m，縱向長度約為270 m，面積為22.41萬m²。根據坡體沖溝的劃分及坡體裂縫分布特征，可細分為6個變形體，其中2號變形體跟5號變形體分布規模見表1。

1.6 滑坡變形特征

地表變形破壞主要由坡體、支擋結構、高速公路構筑物三部分構成。2號與5號兩個變形體前緣高速公路上出現的裂縫最多且坡體變形規模較大。根據2007年滑坡處治情況，滑坡范圍內高速公路東側采用了抗滑樁、擋土墻、格構錨等支擋措施，但高速公路運營中陸續出現部分抗滑樁開裂、樁前護面墻變形、樁后土體起鼓、擋土墻開裂及墻面起鼓等情況，且變形方向及破壞形式與滑坡的運動方向及推力作用方式一致，表明滑坡仍處于變形發育階段，部分支擋措施在滑坡推力的作用下已經開始失效，甚至發生破壞。滑坡區內高速公路構筑物變形主要表現在路面開裂、路側邊溝變形及涵洞變形，其中以路面裂縫最為明顯。

運營高速公路滑坡穩定性分析及處治方案研究/汪繼平，麥榮章，曹小燕，王永斌

2 高速公路滑坡成因及穩定性分析

2.1 高速公路滑坡成因分析

滑坡的形成條件主要包括地層巖性、地質構造、地貌特點和水文地質條件四個方面。本文高速公路滑坡巖性組合為第四系堆積土+構造破碎砂泥巖巖組，其上部孔隙、裂隙發育，下部存在相對隔水底板，有利于地表水的滲透和富集，在坡體中易形成貫通的滑動面，屬于易滑地層。滑坡體位于黃姚短軸向斜東翼，后緣即是F1斷層形成的陡峭巖壁，強烈的地質構造運動切割、擠壓、破碎巖體，是滑坡體形成的基礎，同時該斷層形成的糜棱狀巖土層又為滑帶的產生創造了條件。滑坡體地貌上陡下緩，中間有1～2級平臺，是典型的山區河谷地段緩坡滑坡地貌。

本文高速公路滑坡的主要誘發因素為強降雨和人類工程活動。既有工程資料顯示，滑坡的歷次發生及高速公路運營期出現的變形均發生在強降雨期間。此外，高速公路路線經過老滑坡體前部，路塹施工開挖坡腳破壞了原有坡體的平衡，對滑坡體的穩定性造成了一定影響。

2.2 穩定性計算方法及控制標準

依據《公路滑坡防治設計規范》（JTG/T 3334-2018）（以下簡稱《設計規范》）^[7]，采用傳遞系數法計算滑坡推力，正常工況（天然工況）安全系數為1.25，非正常工況（暴雨工況）安全系數為1.15。經過計算，天然工況剩余推力值均小于暴雨工況，設計推力應采用暴雨工況值。傳遞系數法的計算公式如下：

式中：F_s——穩定性系數；

W_i——第i條塊的重量（kN/m）；

α_i——第i條塊滑面傾角（°）；

C_i——第i條塊粘聚力（kPa）；

L_i——第i條塊滑面長度（m）；

Ψ_j——第i-1塊段的剩余下滑力傳遞至第i段時的傳遞系數，j=i。

2.3 穩定性計算參數選取

滑坡體物理力學參數綜合取值見表2和表3。在2號變形體選取1條主剖面進行穩定性計算，5號變形體選取1條主剖面和2條輔助剖面進行計算，典型工程地質斷面圖見圖1。

2.4 穩定性計算結果及評價

根據《設計規范》、《建筑邊坡工程技術規范》（GB 50330-2013）^[8]的相關規定進行滑坡的穩定狀態評價，見表4。采用傳遞系數法計算滑坡推力滑坡穩定性和剩余下滑力，結果見表5。由計算結果可知，2號和5號變形體在暴雨工況下處于不穩定及欠穩定狀態，需盡快采取處治措施進行防治。

3 高速公路滑坡處治方案

3.1 處治思路

該滑坡變形機理復雜，治理難度較大，前期多次治理均未能使滑坡徹底穩定。主要原因在于前期治理措施采取的安全系數較低，遇到長時間暴雨等極端情況導致滑坡穩定性進一步惡化。本次治理設計依據針對性原則和經濟適用原則，采用現行規范規定的安全系數標準，針對滑坡整體穩定性不足以及越頂滑動兩個問題進行處治，同時充分利用既有支擋工程降低工程造價，使得滑坡整體穩定性和局部穩定性都得到有效提高，從而確保高速公路及下游側居民的安全。

3.2 處治方案比選

針對2號和5號變形體的處治設計，提出以下3套可比選的方案，并以典型剖面5-1為例繪制處治方案示意圖，如圖2～4所示。

方案一：充分利用既有抗滑樁，在其上游側新增圓形抗滑樁一排，并連接舊抗滑樁，同時在新設抗滑樁后適當反壓解決越頂滑動問題。該方案施工簡單，對行車干擾較小，工期較短，長期效果有保證，但工程造價相對較高。

方案二：在現有抗滑樁上新增兩道錨索提高滑坡整體穩定性，同時樁頂平臺適當填筑加筋土反壓以解決越頂滑問題。該方案工程造價較低，前期支擋工程利用程度高，但存在滑床地質條件較差、錨索錨固效果較難保證、長期可靠度差的缺點。此外，本方案施工時需拆除現有擋墻和護面墻，施工工序較繁瑣，對行車干擾較大。

方案三：在一級邊坡平臺新增2 m×3 m或2.5 m×3.5 m的矩形抗滑樁，同時局部設錨桿框架梁解決越頂滑動問題。本方案的優點是可以根治徹底，對行車干擾最小；缺點是費用高，抗滑樁施工人工挖孔風險較大，工期相對較長。

經綜合比選，考慮到該工程的安全性、經濟性和工程的搶險應急性，最終選取了方案一為該滑坡處治措施。在此基礎之上，對2號變形體處治方案進行優化，2號變形體采用部分卸載+新增抗滑樁（不利用老抗滑樁），而5號變形體將新抗滑樁和老抗滑樁相連接。其針對各變形體的處治方案具體設計見表6，調整后的2號變形體處治工程典型橫斷面圖如圖5所示。

現場滑坡處治方案實施前對2號和5號變形體進行穩定性驗算，計算模型如圖6～9所示。計算結果見表7。根據計算結果，2號和5號變形體在實施處治工程后，在天然工況和暴雨工況下，滑坡整體處于基本穩定-穩定狀態，穩定系數達到或高于應急處治工程的安全控制低限值。對抗滑樁進行越頂滑動驗算，在天然工況和暴雨工況下，處于基本穩定-穩定狀態，且穩定系數達到應急處治工程的安全控制低限值。

4 高速公路滑坡治理效果分析

由于該滑坡地質條件復雜，規模較大，現場對滑坡深部位移及抗滑樁深部位移進行了監測。監測點平面布置示意圖如圖10所示，其中5號、6號孔位于2號變形體上，2號、3號、4號、7號和8號孔位于5號變形體上。監測孔深部位移累計最大值隨時間的變化曲線如圖11所示。2021年3月前，滑坡深部位移及抗滑樁深部位移變形均較小，2021年3～5月期間發生持續性強降雨，2號孔和3號孔變形突然增大，降雨結束后趨于穩定，最大累計變形為23 mm，處于變形可控范圍之內；而距離抗滑樁較近的5～8號孔因持續性強降雨引起的變形較小，最大累計變形為8 mm，表明抗滑樁對強降雨作用下的滑坡變形起到了一定的限制作用。

施工完成后歷經幾次降雨，支護體系處于正常工作狀態，地表未出現明顯的新增裂縫，老裂縫也沒有變形擴大趨勢，證明了該滑坡的處治措施是有效的。

5 結語

（1）根據勘察結果，2號與5號兩個變形體前緣高速公路上出現的裂縫最多且坡體變形規模較大。通過理論計算，2號和5號變形體在暴雨工況下處于不穩定及欠穩定狀態，為保證高速公路運營安全，需要對滑坡2號和5號變形體進行重點處治。

（2）經過多方案比選，選擇方案一，即充分利用既有抗滑樁，在其上游側新增圓形抗滑樁，并連接舊抗滑樁，同時在新設抗滑樁后適當反壓解決越頂滑動的方案進行處治。通過穩定性驗算，處治方案實施后，在天然工況和暴雨工況下，2號和5號變形體處于基本穩定-穩定狀態，穩定系數基本達到或高于應急處治工程的安全控制低限值。現場監測數據證明，本處治方案是有效的。

（3）高速公路設計選線時應盡量避讓老滑坡路段，在無法避免的情況下需采取必要的處治措施。此外，老滑坡在處治后再次“復活”的原因多與強降雨有關，滑坡處治需加強地表水及地下水的防治。

參考文獻：

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[3]李新平，王 濤，謝全敏，等.高速公路滑坡穩定性分析及治理優化研究[J].巖土力學，2007，136（5）：981-985，990.

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[7]JTG/T 3334-2018，公路滑坡防治設計規范[S].

[8]GB 50330-2013，建筑邊坡工程技術規范[S].