山區高速公路土石分界高邊坡滑移分析與處治措施

作者簡介：楊家財（1992—），工程師，主要從事高速公路建設管理工作。

摘要：文章以桂柳高速公路改擴建K1185+880～K1186+100段左側路塹邊坡處治工程為研究對象，對土石分界邊坡滑移進行原因分析，并研究采取“鉆孔灌注抗滑樁+坡面防護”組合方案進行處治。經監測，邊坡處治后未出現明顯滑移，表明該組合方案有效可行，可為同類邊坡滑移處治提供參考。

關鍵詞：山區高速；土石分界；高邊坡；邊坡防護

0 引言

一般而言，修建高速公路所需的用地范圍廣，依據我國保護基本農田的國策，許多項目會受用地指標影響，必須往荒山地區選線，因此無法避免地出現高邊坡。但高邊坡地質變化復雜，通過地質鉆探很難準確判斷邊坡的地質情況，若防護不當容易出現滑塌，特別是處于土石分界處的邊坡，因分界處存在縫隙，同時邊坡受力不均勻，更容易出現滑移。良好的處治方案可確保邊坡穩定以及避免出現進一步惡化，本文對此進行了探討。

1 工程概況

桂柳高速公路改擴建K1185+880～K1186+100段左側路塹邊坡原設計為四級邊坡，第一級坡比為1∶1，防護方式為錨桿框架梁；第二級坡比為1∶1，防護方式為錨索框架梁；第三級坡比為1∶1.25，防護方式為錨桿框架梁+錨索墊墩；第四級坡比為1∶1.25，防護方式為人型骨架+錨索墊墩。邊坡平臺設計寬度均為2 m。

根據現場調繪及鉆探成果，該處山脊坡腳及開挖邊坡后均有強-中風化泥質砂巖出露，但是由于構造影響，巖體節理裂隙發育，巖體呈碎裂結構。邊坡巖土體物質組成主要為泥質砂巖，邊坡上部強風化巖體極破碎，巖芯主要呈碎塊狀，下部中風化巖體相對較完整，巖芯呈短柱狀、碎塊狀。

現場開挖斷面顯示，整個左側邊坡開挖后存在明顯的斜向風化界面，在強-中風化界面處發現有地下水滲出。在第三級邊坡錨桿框架梁施工時坡頂出現開裂，已及時對裂縫進行處理，后期錨索施工期間發現K1185+910～K1185+940段錨索鉆進約6 m時有斷縫，且有裂隙水會直接噴出，但邊坡未出現變形，且該邊坡嚴格執行“開挖一級、防護一級”。在進行K1185+885-K1186+000段左側第二級邊坡錨索鉆孔和安裝施工中，有7根錨索孔因塌孔無法穿插，深度在5～7 m，對原孔重新施鉆后還是不能成孔，通過注水泥漿液后重新鉆孔方可順利完成施工，后因連續下雨，山體出現位移，剪出口在全-強風化與中風化巖層處，最大剪出約30 cm，已嚴重影響邊坡穩定。

2 滑坡機理分析

K1185+880～K1186+100段左側路塹邊坡處于地質土石分界處，該邊坡小里程為土質邊坡，大里程為巖質邊坡，巖體為泥質砂巖，順向坡，層面不穩定。由于地形上呈寬緩斜坡，為地表水、地下水富集處，巖土體軟化、泥化嚴重，風化強烈，受緩坡地形與坡腳溪溝控制，降雨地下水抬升大，并于強-中風化層界面中形成一地下水徑流軟弱面。邊坡施工期間開挖坡腳，在連續暴雨作用下，上覆強風化層巖體濕潤飽和，下滑力大于抗滑力，推動強風化層沿強中風化界面產生變形。強風化層中地下水位抬升，形成較高的靜水壓力，同時進一步軟化軟弱結構面，在上部風化層的蠕滑牽引力下，沿軟弱面產生基巖變形，導致土質邊坡出現部分滑移^[1]。

3 穩定性分析

3.1 計算工況

工況計算分為天然狀態和暴雨+地震狀態兩種，天然狀態為工況一，不考慮地下水的影響；暴雨+地震狀態為工況二，該工況考慮邊坡最不利狀態下的穩定情況，在不利狀態下，因不確定因素，當前未有可定義的計算公式，因此依據類似邊坡處治的經驗和該邊坡所處自然環境因素進行取值。

3.2 穩定性分析

該邊坡處于土石分界處，受外界條件影響導致土質部分邊坡發生滑移，石質部分邊坡通過觀測未出現滑移跡象，處于穩定狀態。由于滑塌邊坡滑帶具有復雜性，通過鉆孔揭示的巖層分界線以及前后緣裂縫，確定本次計算滑動面。計算主要針對可能出現的潛在滑面和既有滑面的穩定性和下滑力，以確保本次治理措施能抵抗潛在的下滑力，不遺漏不穩定滑面，確保邊坡處于穩定狀態及高速公路后期運營安全。

3.3 參數的取值

本次邊坡穩定性計算參數的選取主要采取以下兩種途徑：

（1）根據邊坡坡腳蠕變情況，采用極限平衡反算法取值c為7～10 kPa、φ為10°～15°。

（2）經驗值c為0～15 kPa、φ為5°～20°。

結合上述幾種方法，確定滑塌邊坡體穩定性分析的物理力學計算參數見表1。

3.4 穩定性計算

根據上述原理，根據不平衡推力傳遞系數法，現狀穩定性分析計算結果和剩余下滑力計算結果見表2。

從穩定性計算結果來看，當前變形的邊坡現狀在工況一時，坡體穩定系數為0.93，在工況二時，穩定性系數為0.83，邊坡均處于不穩定狀態；經過處治后，該邊坡在工況一時穩定安全系數均＞1.2，在工況二時穩定安全系數均＞1.1，故該邊坡處于穩定狀態^[2]。

4 處治方案

該邊坡處于土石分界處，僅有土質邊坡部分出現滑移，經過勘探及計算，石質邊坡大部分可保持原有防護不變，處治主要針對滑塌的土質邊坡部分。

4.1 鉆孔灌注抗滑樁+坡面防護（方案一）

滑塌邊坡治理工程包括：抗滑樁、預應力錨索、錨桿框架、人字形骨架、局部卸載、地表裂縫封堵、截水溝。

（1）在邊坡一級平臺K1185+883～K1185+958段按照3 m間距布置Z1～Z30共30根樁長20 m、直徑2.2 m圓形抗滑樁，抗滑樁設計跨過土石分界處，嵌入石質邊坡2根抗滑樁，樁頂應高于一級平臺0.7 m，樁頂澆筑冠梁對路塹邊坡加固補強。

（2）對坡頂進行部分卸載，第一、二、三級邊坡維持原邊坡坡率不變，K1185+900～K1185+970段第三級坡頂平臺寬度為5 m，第四級坡率為1∶2；K1185+970段第三級坡頂平臺寬度為4 m，第四級坡率1∶1.5，第五級坡率為1∶1.75；K1185+970處設漸變過渡段對邊坡進行卸載^[3]。

（3）對土石分界線進行處理，在土石分界處加密錨固點，在單元格內有土石分界線的，在單元格中間增加一根錨桿，采用直徑為20～25 mm的HRB400螺紋鋼筋加工，孔深為4～6 m；對自然斜坡上的地表裂縫夯填黏土并用防滲土工膜封堵，對已開挖成型的邊坡線進行噴漿防護再進行永久防護施工，防止雨水浸入土石分界處，加劇邊坡滑塌的病害。

（4）對邊坡周界及部分坡體設置60 cm×60 cm現澆截水溝，以減少雨水下滲。

4.2 削方卸載+坡面防護（方案二）

邊坡設計第一級采用1∶1坡率框架系統錨桿，第二級為1∶1.5坡率錨索框架，第三級為1∶2坡率框架系統錨桿，第四、五、六級為1∶1.75坡率框架系統錨桿。K1186+000段以前第一級平臺寬度為8 m，第二級平臺寬度為8 m，第三級平臺寬度為20 m；K1186+000～K1186+020段設置過渡段，在土石分界處加密錨固點，防止雨水浸入，該段邊坡卸載土石方量約11.458×10⁴ m³。

4.3 方案比選

對該邊坡分別采用“鉆孔灌注抗滑樁+坡面防護”及“削方卸載+坡面防護”兩種方案進行技術經濟綜合比選，經過對環境保護、現場施工品質、邊坡穩定性以及后期維護、后期運營安全等多方面對比，最終選定鉆孔灌注抗滑樁+坡面防護（方案一），具體比選如表3所示。

5 結語

經過對該邊坡滑塌的原因進行分析及總結，通過處治方案對比，使該邊坡得到了有效的治理，經過后期監測，邊坡處于穩定狀態，本文總結了以下幾點經驗，可為類似邊坡防護及處治工程提供參考：

（1）因土石分界處土體強度變化大且強弱過渡快，土壓力受力不均勻，滲透性差別大，容易在該處滲水，造成土方部分滑移。若設計的支擋工程為錨桿（索）體系，建議在土石分界處加密錨固點，在單元格內有土石分界線的，在單元格中間增加注漿錨桿。

（2）邊坡錨桿、錨索施工要留取渣樣，判斷入巖情況及錨固長度是否滿足要求；高邊坡在進行錨桿鉆孔施工時，若出現大面積塌孔，判斷出現破碎帶時，應在原有防護的基礎上加強支護，避免邊坡出現滑移。

（3）發現高邊坡開裂、下滑有發展趨勢時要及時進行反壓回填，避免滑動的進一步加劇，造成大面積的原地貌破壞。發現邊坡有開裂情況要及時對產生裂縫位置進行填補夯實，使用砂漿、彩條布、防雨布等對裂縫位置進行覆蓋，防止雨水二次浸入塌方體內部，加劇滑塌面積，并及時完善或增加坡頂排水系統。

（4）在雨水豐沛的地區，高速公路存在土質高邊坡，如條件允許邊坡設計坡比應≥1∶1，若因地質受限，邊坡坡度不能放緩，建議采用強支護，同時邊坡開挖完成后，對坡面噴射混凝土進行臨時防護，避免因雨水浸泡或風化導致邊坡滑移。

參考文獻：

[1]朱新聰.廣西樂百高速公路K96段滑坡原因分析及治理方案[J].西部交通科技，2019（2）：54-57.

[2]楊 群，謝立廣，蔡先慶.某滑坡成因機制分析及穩定性評價[J].成都師范學院報，2019（5）：107-113.

[3]吳維義，姬同序，李昌龍.基于D-P本構模型的某公路高填方路基沉降規律研究[J].路基工程，2020（3）：137-139，160.