古滑坡体上的挖填方路基边坡设计方案研究

吴 震

0 引 言

西南地区山高坡陡，地质条件复杂，在该地区的基础设施建设中，应该尽量避免出现超高边坡和滑坡等情况[1]，但在实际工作中，由于种种原因，有时线路穿越滑坡也会成为难以绕避的困难，在这种情况下，如何做到既安全可靠，又投资节省，是摆在工程技术人员面前的一道难题。

本文以贵阳市水东路乌当区段 K8+200～+540古滑坡填方边坡治理工程为背景，在古滑坡体上的挖填方边坡治理的设计与施工方面做了些探讨。

1 工程概况

贵阳市水东路是城市一级次干道，路面宽度20 m，设计时速 40 km/h。因受地形、地质条件限制，该道路K8+200～+540段不得不以填方边坡高度为4~21m穿越一古滑坡体，填方边坡坡脚外侧为4.0×3.5m（宽×高）的截污沟，截污沟外即为南明河（如图1所示），截污沟开挖边坡和道路填筑所形成的最大边坡高度超过24 m。在古滑坡体上开挖和填筑超高边坡，将极有可能诱发古滑坡山体再次滑移[2]，故须对滑坡及填方边坡进行治理。

图1 贵阳市水东路K8+200～+540古滑坡平面地形全貌Fig.1 Topographic wap view of Wudang section K8+200～+540 of Guiyang Shidong road over the ancient landsliding mass

2 地形、地貌及地质情况

场地为中山河谷岸坡地貌，植被发育，地势总体北高南低，坡高 60～116 m，坡面向南，坡度一般 7～27°，最大达 47°。坡体上覆耕植土和粘土夹碎块石，厚 0.5～4.8 m；下伏基岩为奥陶系中上统中厚层状灰岩，层间夹一层 5～10 cm厚的泥化软弱层，其力学指标为：粘聚力C=15.0 kPa，内摩擦角Φ=20°。灰岩岩层倾向南偏东167°，倾角32.8°，岩层倾向与斜坡倾向一致，构成顺向坡，坡体上的表层松散岩土层沿基岩面或岩层层间的泥化软弱层滑动而形成滑坡，滑坡前缘为南明河边，后缘在斜坡中部，滑动体厚度5～6 m，滑坡体体积8 000～10 000 m3。

由于岩层倾角与坡度角相当，加之在该滑坡体上长期未进行不利于滑坡稳定的人类活动，故该古滑坡已趋稳定。但若对该古滑坡进行人工开挖边坡或填筑加载等破坏滑坡体稳定的人类活动，则极有可能引起新的滑动[2]。

3 道路平、剖面调整及方案比选

贵阳市水东路绕避 K8+200~K8+540段古滑坡的选线方案，由于彻底避开该古滑坡须两次跨越南明河，所增加的跨河大桥造价比治理该古滑坡的费用高出数倍，所以，选线方案不得选择不穿越古滑坡体。但穿越古滑坡体的设计方案将面临两方面的困难：（1）若将线路纵坡往上抬，则道路外侧会出现更大的填方边坡；（2）若将线路纵坡往下调，则道路内侧会出现更大的挖方边坡。总之，无论如何穿越该古滑坡体的道路左右两侧，都将不可避免地出现高填方和深挖方边坡。经过一而再，再而三的方案比选和利弊权衡，贵阳市水东路 K8+200~K8+540段道路最终选定以道路中心填方高 3～15 m的方案通过。该方案选定后的情况是：填方基底以下为倾角 32.80的顺层滑坡，加之地面横坡陡峻，道路路面宽度20 m，所以该段道路内侧出现3～11 m深的挖方边坡，道路外侧出现4～21 m的高填方边坡，填方边坡外侧还有3.5 m高的截污沟开挖边坡，截污沟外侧有南明河河岸。

该段道路内侧边坡（最大高度11 m）和外侧填方边坡（最大高度21 m）的不均衡选取，主要是因为内侧的挖方边坡所需要承担来自边坡以上古滑坡山体的下滑力[3]，其滑体的断面长度有100多米，下滑力非常大；相对来说外侧填方边坡的下滑体仅为道路填方体[4]，滑体最大长度不足30 m，其下滑力相对较小，故选取左右两侧填挖方边坡高度不一致，能使整体设计更合理，投资更省。

由于地形纵坡起伏较大，支挡设计难度较高，故填方边坡下部设桩板墙的方案、在道路外侧路肩处设锚索桩板墙与桩基托梁路肩挡土墙相结合的方案、以及半路半桥方案等多个方案进行比较。经过技术经济比较锚索桩板墙与桩基托梁路肩挡土墙相结合的方案最终胜出，该方案不仅在滑坡治理和边坡支档方面，具有技术上安全可靠、结构上美观大方、施工上方便快捷的优点，而且该方案还比其它几个方案中的最低造价少者省270多万元。

4 滑坡稳定分析及评价

在古滑坡体上增加填方路基后，滑坡体的稳定性及安全系数对支挡结构设计方案起着决定性的作用，所以，必须首先对古滑坡体进行稳定性分析和评价[5]。

4.1 滑坡稳定性计算

滑坡稳定性计算采用《公路路基设计规范》（JTG——2004）中的 7.2.2-1、7.2.2-2公式进行计算，即：

Ti= FsWisinαi+ΨiTi-1-Wicosαitanφi-CiLi

Ψi= cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi) tanφi

当Ti<0时，应取Ti=0。

式中：Ti，Ti-1——第i和i-1滑块剩余下滑力（kN/m）；

Fs——稳定系数；

Wi——第i滑块的自重力（kN/m）；

αi-1，αi——第 i和 i-1 滑块对应滑面的倾角（0）；

φi——第i滑块滑面内摩擦角（0）；

Ci——第i滑块滑面岩土粘聚力（kN/m）；

Li——第i滑块滑面长度（m）；

Ψi——传递系数。

当滑坡体最后一条块的剩余下滑力小于或等于0时，滑坡稳定；大于0时，滑坡不稳定。此时Ti值可作为设计支挡工程结构所承受的推力[4]。

4.2 代表性断剖面检算

4.2.1 滑坡主轴代表性剖面（见图2）

图2 滑坡主轴代表性剖面Fig.2 Section along the landsliding main axis

滑坡主轴代表性剖面位于K8+360处（即11剖面），故选取该剖面进行检算。

4.2.2 计算参数选取

粘土夹碎块石：

γ = 21 kN/m3C = 20 kPa Φ = 250

中风化灰岩：

γ = 25.6 kN/m3

泥灰岩软弱结构面（层面）：C=15 kPa，Φ= 20°(考虑到岩体结构面浸水软化情况、及时间效应)，根据《贵州建筑岩土工程技术规范》[6]，C、Φ按0.8折减，设计取值：C=12 kPa，Φ= 16°。

4.3 计算结果及评定标准

根据K8+200～K8+540段边坡特征及岩层结构面分析，根据有关参数选取6个代表性剖面按折线滑面计算古滑坡修建道路前（即加载前）的稳定性计算结果最小者为0.977，最大者为1.184，说明各剖面处于临界平衡状态，小于规范规定的安全系数1.3，滑坡属于不稳定状态[6]。

5 填方边坡治理方案

贵阳市水东路 K8+200～+303和 K8+457～+540两段道路外侧填方边坡高度虽然均在10 m以内，但其挡墙基底位于古滑坡上，故在此两段采用桩基托梁路肩挡土墙，桩基采用矩形桩，伸入顺层滑坡面之下足够的设计长度，桩基托梁路基横断面图见图3。

图3 桩基托梁路基横断面示意Fig.3 Roadbed section supported by a protecting wall on a pile foundation

K8+303～+457段道路外侧填方边坡高度 11～21 m，边坡外侧紧临截污沟和南明河，设计选用锚索桩板墙，在两根抗滑桩之间搭（挂）挡土板，抗滑桩上增加锚索。每根桩上所布根数为 2～3根，间距2 m，锚索定位在桩顶以下7～11 m处，锚索下倾角为20O，抗滑桩的桩纵向间距为6 m和7 m两种，桩身截面尺寸有 2×2.75 m，2×3 m，2×3.25 m三种尺寸。该方案不仅在滑坡治理和边坡支档方面，具有技术上安全可靠、结构上美观大方、施工上具方便快捷的优点。

道路修建后，其稳定性计算结果均为1.35，大于规范规定的安全系数1.3[4]。说明道路修建后虽然增加了滑坡体的自重，但锚索桩板墙和桩基托梁挡土墙的设计，增加了抗滑力，滑坡体已处于稳定状态,能够满足《公路路基设计规范》的要求。

6 桩基托梁挡土墙与锚索桩板墙的设计及施工要点

锚索桩板墙与桩基托梁路肩档土墙方案的具体设计情况是：K8+200～+303和 K8+457～+540段道路外侧填方边坡高度 4～10 m，采用桩基托梁路肩挡土墙，K8+303～+457段道路外侧填方边坡高度11～21 m，且边坡外侧紧临截污沟（截污沟下挖深度3.5 m）与南明河，所以，采用锚索板墙[6]。

（1）桩基托梁路肩挡土墙是专门用于处理填方挡墙基底承载力不足、基础襟边宽不够的特殊支挡结构。其上部挡墙即为一般衡重式或重力式路肩挡墙，只是其下部的桩基托梁为两根抗滑桩上托举一根钢筋混凝土梁，挡墙基础置于该钢筋混凝土托梁之上，以替代不能满足设计要求的自然条件下的挡墙基底[7]。该顺层滑坡挡墙基底地质条件均不能满足设计要求，采用桩基托梁挡土墙，既有助于滑坡稳定，又能满足填方道路通过，还可以降低造价，可谓一举三得。

（2）锚索桩板墙是在两根抗滑桩之间搭（挂）挡土板，且在抗滑桩上增加锚索。贵阳市水东路K8+303～+457段道路外侧填方边坡高度 11～21 m，且边坡外侧紧临截污沟和南明河，所以选用锚索桩板墙，锚索定位、束数、根数、下倾角以及抗滑桩的桩间距和桩身截面尺寸都需根据计算确定，不过这里有一个对工期、造价、施工难度等进行综合考虑的问题。

（3）适当减小桩身尺寸，增加锚索根数，以降低造价，方便施工，缩短工期。由于贵阳市水东路K8+303～+457段道路紧临南明河，抗滑桩桩井下挖大部分在南明河河水位以下，桩井内涌水严重，下挖困难，考虑到这方面的因素，在设计时就适当减小桩身尺寸，特别是减少桩长，让更多的抗滑力用锚索承担[8]，所以，锚索就需要相应增加一些。这样既能做到结构安全可靠，又能节省部分投资，还可使施工方便快捷、缩短工期。

（4）城市道路的边坡支挡，不仅需要结构安全可靠，也需要做到美观大方。桩板墙的桩与板通常采用板在桩后挡土，这种结构虽然安全可靠，但在两桩之间有一个很大的凹槽，在视觉上很不美观，特别作为城市道路是一大缺憾，为了解决这个问题，贵阳市水东路K8+303～+457段桩板墙采用外挂式挡土板，只在桩上的两板之间留下宽和深均仅0.5 m“伸缩缝”兼视觉美化竖条，这样支挡结构的视觉效果就大为改观。

（5）抗滑桩的平面位置及高程控制

无论是桩基托梁还是锚索桩，其平面位置和高程控制均显得至关重要。如果抗滑桩在施工放样中出现差错，就会导致整桩报废；至于桩顶高程的差错，若桩顶高程比设计高，则需将高出部分人工凿除，若桩顶高程比设计低，则桩身会出现水平施工缝，质量无法满足设计要求，导致人为的工程质量事故，这些都是抗滑桩施工中首先需要避免的。

（6）抗滑桩的截面尺寸与桩身长度控制

抗滑桩的设计长度是根据相应的地勘报告确定的，但这并不意味着它就是最终正确的。首先，抗滑桩的桩井开挖虽然也是按设计给出的尺寸进行的，但施工中会存在一定的误差，这种误差允许有多少呢，在实际工作中虽然没有一个定值，但有一个原则，即桩井截面尺寸只能比设计尺寸大，不能比设计尺寸小，这是其一；其二，桩井深度控制，虽然设计给定了一个长度，但那是根据地勘报告中描述的地质情况来确定的，而现场实际开挖出来的桩井地质情况是否与之一致，就需要通过现场验桩来把握。如果现场验收桩井的地质情况与地勘报告描述的地质情况相符，则问题就比较简单，按设计给定的桩长即可；但如果现场验收桩井的地质情况与地勘报告描述的地质情况不相符，则需要根据现场开挖揭示的实行地质情况，对抗滑桩的桩长和配筋量进行必要的调整。

（7）桩顶位移监测

桩顶位移监测是在滑坡治理过程中经常需要进行的一项工作，特别是有些工期任务比较紧张的项目，施工中往往容易被人忽略[9]。但是，这个看似不起眼的忽略，可能会造成严重的后果。贵阳市水东路K8+303～K8+457段锚索桩板墙施工就遇到这个问题。

当施工进行到工期与工序最关键而又矛盾冲突最突出的时候，一方面，工期迫在眉前，必须争分夺秒；另一方面，施工工序正处在抗滑桩混凝土刚浇注完，锚索施工尚未开始，而路堤填方又已经开始的关键时刻。按设计要求应该在路堤填筑到一定高度后及时完成锚索施工。若路堤填筑到一定高度，锚索仍未能及时施加预应力，则极易出现桩身外倾事故（桩顶位移监测数据表明：未施加锚索预应力之前，就进行路堤填方的大量填筑，抗滑桩桩顶果然出现了较大的位移）。如果出现这类情况，就应果断停止路堤填筑，先行施作锚索工程。待锚索施加预应力，桩顶位移已经完全停止后，再及时进行桩顶位移监测中，循序渐进地进行路堤填筑施工[10]，避免出现桩顶位移超限、抗滑桩报废的人为工程事故。

（8）治理效果

贵阳市水东路 K8++200～+540段古滑坡体上的填方边坡治理于 2009年竣工通车以来，至今已经历四年雨季考验，在结构方面未发现任何开裂变形或位移超标现象；在城市道路结构环境美化方面，也因为结构与环境和谐而显得新颖自然和美观大方；工程造价低廉，投资节省，施工简便，工期较短，提前方便市民出行，通车后运行状况良好，因而，受到有关各方的一致好评。

7 结束语

在研究中，我们发现桩基托梁挡土墙、锚索桩板墙是治理滑坡的有效措施。

在设计中，当顺层滑坡挡墙基底地质条件不能满足设计要求时，采用桩基托梁挡土墙，既有助于滑坡稳定，又能满足填方道路通过，还可以降低造价；而在边坡高，下滑力大地段，采用锚索桩板墙，能有效地抵抗强大的下滑力，以保证结构安全可靠；在桩井内涌水严重，下挖困难地段，适当减小桩身尺寸，增加锚索根数，可以降低造价，方便施工，缩短工期；在城市道路的边坡支挡中，不仅需要做到结构安全可靠，还需要做到与自然和谐、美观大方。

在施工中，无论是桩基托梁还是锚索桩，其平面位置和高程控制都十分重要，如果出现差错，就会出现桩基报废的人为工程事故；在桩井开挖中，其尺寸只能比设计尺寸大，不能比设计尺寸小；在现场验桩时，若地质情况与地勘报告描述的地质情况不相符时，需按实际地质情况对抗滑桩的桩长和配筋量进行必要的调整；桩顶位移监测是在滑坡治理过程中不能忽略一项工作。

贵阳市水东路K8++200～+540段古滑坡体上的挖填方边坡治理通车四年来的情况表明，采用桩基托梁挡土墙与锚索桩板墙结构不仅安全可靠，而且与环境和谐、新颖自然、美观大方，施工简便，工期较短，造价低廉，比其它几个方案中的最低造价少者省270多万元。工程完成后的运行状况良好，因而，受到有关各方的一致好评。

[1] 李海光．新型支挡结构设计与工程实例[M]．北京：人民交通出版社，2004.

[2] 李安洪，周德培，冯 君，张继春．顺层岩质边坡稳定性分析与支挡防护设计[M]．北京：人民交通出版社，2011．

[3] 建筑边坡工程技术规范（GB 50330-2002）[S]．北京：中国建筑工业出版社，2002.

[4] 公路路基设计规范（JTB D30-2004）[S]．北京：人民交通出版社，2004．

[5] 李光辉．武隆滑坡特征与稳定性分析[J]．路基工程，2004，（4）．

[6] 贵州建筑岩土工程技术规范（DB22/46-2004）[S]．贵阳：贵州省人民出版社，2004.

[7] 贵州建筑地基基础设计规范（DB22/45-2004）[S]．贵阳：贵州省人民出版社，2004．

[8] 建筑基坑支护技术规范（JGJ 120-99）[S]．北京：中国建筑工业出版社，1999．

[9] 公路路基施工技术规范（JTB F10-2006）[S]．北京：人民交通出版社，2006．

[10] 夏元友，李 梅．边坡稳定性评价方法研究及发展趋势[J]．岩石力学与工程学报，2002，21（7）：1087-10．