公路路堑边坡滑坡稳定分析及治理工程设计

陈耀华 李莹 朱亚萍

摘 要：滑坡是山区高速公路的主要病害之一，文章以西南地区某高速公路滑坡为例，从滑坡形成的不良地质环境、施工活动及降雨等方面，对滑坡的成因及稳定性进行了分析，介绍了采用锚索桩板墙与抗滑挡墙相结合的综合治理措施及滑坡监测方法。

关键词：滑坡稳定；治理；锚索桩板墙；抗滑桩

滑坡是山区高速公路的主要病害之一，本文以西南地区某在建高速公路一挖方边坡发生滑坡为例，通过现场踏勘调查和工程地质勘察，从地质概况、现场施工活动及降雨等方面对滑坡的成因进行了分析与评价，并对其稳定性进行计算，在此基础上提出锚索桩板墙与抗滑挡墙相结合的综合治理措施。

1 概述

西南某在建高速公路煤炭垭隧道出口段（K126+845～K127+070）路基原为挖方路基，受多次连续强降雨的影响，左侧边坡坡体出现裂缝及下沉现象（滑坡），形成不稳定斜坡体。该段路基从一堆积体中下部通过，原设计中桩最大挖方高度12米左右，边坡最大高度19米。左侧挖方采用2级边坡，第一级边坡分级高度10米，坡率1：0.75，第二级边坡坡率1：1，防护形式均为喷播植草。

滑坡发生时，部分左幅路基段K126+850～K126+900已开挖7米深左右，离路床顶还有5米左右尚未开挖；部分路基段K126+900～K127+070段路基目前基本已开挖到路面顶部高程。现挖方边坡后缘已形成多道的拉裂缝，裂缝宽度5～30cm不等，同时不稳定斜坡体上部分房屋已开裂，斜坡体上方有处县级文物，暂未受影响。

通过工程地质踏勘分析认为本段坡体所发生的局部开裂现象系因连续强降雨天气加上前缘开挖坡脚产生临空面，导致该段局部地层工程性能变差所引发，属牵引式滑坡。在滑坡体主滑段位于挖方路基左侧，由于目前ZK126+850～ZK126+900段路基标高还未到达设计高度，随着开挖深度的增加，若受暴雨影响，滑坡体还将继续扩大、破坏，很可能发生更大的滑移，原设计的放缓坡率+植草防护已难以支挡，为了确保滑坡体下方高速公路的安全，急需进行加固整治。

2 地质概况

2.1 地形地貌

滑坡区位于测设里程K126+840- K127+070左侧。该段地形东高西低，该段地貌单元属缓坡，原地形坡度较缓，约15°左右，现因施工开挖，坡脚地段出现高陡临空面（详见图1、2）。

2.2 地层岩性

据1：2000工程地质调绘、坑探、钻探和室内岩土測试，该段山坡内地层岩性主要由Q4c+dl崩坡积形成的粉质粘土、混碎石粉质粘土、粘土及Q4al冲积形成的粘土构成，下伏基岩为J2S泥岩，局部地段为Q4me人工填土构成。按成因时代自新到老分别叙述如下：

2.2.1 Q4me人工填土

①Q4me人工填土：杂色，主要为修筑在建公路路基的填筑物。

2.2.2 Q4c+dl崩积、坡积物

②Q4c+dl粉质粘土：黄褐色，土质不均，结构较密，混10%左右碎石和角砾，局部可见砂岩块石，湿，硬塑-可塑。该层广泛分布在坡体近地表地段。揭露厚度介于2.20-10.50米。

③Q4c+dl混碎石粉质粘土：灰黄色，土质不均，混30%-40%左右碎石，局部碎石富集成层，湿，可塑。该层分布在ZK5、TK1、TK2、TK3、TK4、TK5孔附近地段，揭露厚度介于2.80-5.30米。

④Q4c+dl粘土：红褐色，土质不均，结构致密，混10%左右碎石，湿，可塑。该层分布在ZK2孔附近地段，揭露厚度3.60米。

2.2.3 Q4al冲积物

⑤Q4al粘土：灰褐色，土质较均，结构致密，含粉砂颗粒，局部夹青色砂岩颗粒，粘性大，湿，可塑。该层分布在ZK2、ZK4、TK6孔附近地段，揭露厚度介于3.60-4.8米。

2.2.4 J2S基岩

⑥J2S强风化泥岩：红褐色，泥质结构，层状构造，节理裂隙发育，岩芯破碎，多呈碎块状及饼状。该层各钻孔均有揭露，揭露厚度介于0.50-4.6米。

⑦J2S中风化泥岩：红褐色，泥质结构，层状构造，节理裂隙发育，岩芯多呈柱状，局部呈块状及饼状。该层各钻孔均有揭露，最大揭露厚度7.0米，未揭穿。

2.3 气象与水文

场地属亚热带季风气候。主要特征是：四季分明，冬暖、春早、夏热、秋雨、多云雾，雨热同季，光照同步；无霜期长，光照适宜，雨量充沛，气候温和，适宜于农、林、牧、渔业的发展。年均温15.8℃～-17.8℃，一月均温5℃～-6.9℃，七月均温26℃～28℃，霜雪少见，年均降水量在980～1150mm。

场地地表水主要以冲沟内溪流及大气降水形成的暂时性面流和股流为主（详见图3、4）。冲沟内溪流具有季节性，平时水量较小，暴雨后水量较大。大气降水形成的暂时性面流和股流原主要汇聚于冲沟内，现因施工开挖改变原地貌造成大气降水局部汇聚于坡脚地段。

2.4 地下水

该坡体内地下水主要为第四系松散堆积物孔隙水，赋存在场地②Q4c+dl粉质粘土、③Q4c+dl混碎石粉质粘土地层中，水位埋深1.2-9.1m，主要接受大气降水和冲沟内溪流的下渗补给，通过蒸发及向下部基岩渗透的方式排泄。

2.5 地震烈度

场区地震少而弱，震级一般3～5级，烈度一般多在6度以下。据《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）滑坡体区设计基本地震加速度值为0.05g，地震动反应谱特征周期值为0.25s，抗震设防烈度为Ⅵ度，属第一组。

3 滑坡稳定性分析与评价

3.1 滑坡体形态及规模

在建高速公路从滑坡体下部通过，线路里程K126+845～K127+100，路段长260m。据工程地质调绘、坑探及钻探成果，该滑坡可分为两个区域——滑坡1区、滑坡2区。滑坡类型为牵引式浅表覆盖层滑坡，滑动方向为249°，滑动地层为：②粉质粘土、③混碎石粉质粘土，滑床地层为⑥强风化泥岩。滑坡1区滑体长约85m，前缘宽约100m，厚5.4-11.8m，面积约8750m2，滑体规模约78700方，属中型滑坡；滑坡2区滑体长约44m，前缘宽约56m， 厚8.9m，面积约2450m2，滑体规模约21800方，属中型滑坡。滑坡1区和滑坡2区滑动地层主要为第四系为崩坡积粉质粘土、混碎石粉质粘土及冲积粘土层，滑床基本以强风化泥岩层为主。

3.2 滑坡体成因机制分析

据钻探成果揭示，该滑坡所处地段地层主要由崩坡积形成的：②粉质粘土、③混碎石粉質粘土、④粘土及冲积形成的⑤粘土、⑥强风化泥岩和⑦中风化泥岩所构成。其中近地表处分布的②粉质粘土、③混碎石粉质粘土地层因孔隙发育或结构疏松易于地表水体下渗，其下发育的泥岩层，为上部地层下渗水的良好隔水层。

据该滑坡发展趋势来看，在建公路边坡开挖产生临空面后，因位于边坡坡脚地段的地层遇水软化后工程性能变差，引发坡口上方局部发生开裂和坍塌，随连续降雨滑坡体逐级向坡体上方发展，最终产生牵引式滑坡。

综上所述，该滑坡形成的主要因素为：在建公路边坡开挖产生临空面。边坡坡脚地段的地层汇水软化，使坡口上方局部发生开裂和坍塌。连续降雨和上部地层下渗水体的叠加不仅使位于边坡坡脚地段地层加速软化，而且使坡口上方局部发生开裂和坍塌地段的土体荷重增大，加速向临空面处滑坡。滑坡体逐级产生临空面逐步向坡体上方发展，产生牵引式滑坡。

4 滑坡治理工程设计

通过对本滑坡稳定性的详细调查，根据滑坡体地质条件，在对其形成机制分析的基础上，在满足滑坡的稳定性和工程安全性的前提下，综合考虑地质、安全、造价等因素，提出设计方案如下：推力较大路段的采用下部锚索桩+桩前清方（距路基边沟上方约8m左右的位置设抗滑桩），推力较小路段采用抗滑挡土墙。

采用抗滑桩作为永久性工程安全性较高，且本段不稳定斜坡体存在多级潜在滑面，在前缘设置桩板墙，可防止不稳定斜坡体越过桩顶滑动。

4.1 设计工况及参数

4.1.1 现滑面设计参数

本次稳定性计算中，滑动面的设计参数主要依据地勘资料，同时，对现滑面进行反演，即对原开挖后的坡体线进行了恢复，根据实际情况，在路堑边坡开挖后坡体产生了滑动，也就是说开挖后的坡体稳定性系数是小于1.0的，据此，按极限平衡法对坡体的稳定性系数进行了反算后（反演K取0.99），最终综合选取滑动面的设计参数如下：

（1）滑坡1区（1-1断面）：

a.滑动面强度参数：饱和粘聚力C=12.5KPa，饱和内摩擦角？椎=11.5°。滑体的饱和容重取21.5kN/m3。

b.滑动面强度参数C=14KPa，滑动面的天然内摩擦角？椎=12.5°。滑体的天然容重取21kN/m3。

（2）滑坡1区（2-2断面）：

a.滑动面强度参数：饱和粘聚力C=12.5KPa，饱和内摩擦角？椎=10.5°。滑体的饱和容重取21.5kN/m3。

b.滑动面强度参数C=14KPa，滑动面的天然内摩擦角？椎=12.5°。滑体的天然容重取21kN/m3。

（3）滑坡2区：

a.滑动面强度参数：饱和粘聚力C=12.5KPa，饱和内摩擦角？椎=11°。滑体的饱和容重取21.5kN/m3。

b.滑动面强度参数C=14KPa，滑动面的天然内摩擦角？椎=12°。滑体的天然容重取21kN/m3。

4.1.2 设计工况、设计推力计算

设计工况1：暴雨。按规范要求，设计安全系数：K=1.15；设计工况2：天然。按规范要求，设计安全系数：K=1.2。

采用《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）和《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）中推荐的传递系数法计算滑体推力，计算剖面采用主滑剖面，计算结果见下表1所示。综合两种设计工况，均取其不利推力作为本次设计推力。

表1 滑体设计推力计算结果

4.2 设计方案

由于路基开挖后不同路段所产生的滑面及推力均不同，为保证路基的稳定性，本次设计分4个区间桩号分别对塌方边坡进行针对性的加固整治。

4.2.1 K126+836～K126+921段路基左侧（代表性断面图1-1）：采用锚索桩处治方案

设计基本参数：矩形截面抗滑桩编号为B型桩板墙，布置于路堑边沟外边缘8m处。桩长h=28m；受荷段h1=16m；锚固段总长h2=12m。桩截面：2.2×3.2m，桩心间距5m。地基系数K=0.15×106Kpa/m。桩身混凝土强度等级：C30。

桩身内力计算：采用抗滑桩计算程序进行桩身内力计算，结果如下：最大剪力=7825kN，最大弯矩=60840kN·m，最大侧应力σmax=1127。

第1道锚索水平拉力=470kN，距离桩顶0.5m；第2道锚索水平拉力=450kN，距离桩顶2.5m；第3道锚索水平拉力=430kN，距离桩顶4.5m。

锚固段深度判断：取岩石裂隙、风化及软化程度的折减系数C=0.3，岩层产状折减系数K1=0.5，据工程地质详勘报告：泥岩强风化饱和极限抗压强度取R=σc=8.8MPa，则K1×C×R=1320kPa>σmax=1127，锚固段满足深度要求。

坡面防护：抗滑桩桩顶边坡坡率采用1：2.5，坡面采用菱形网格护坡植草防护，K126+836～K126+856段采用A型抗滑桩。

图5 代表性断面图1-1设计图

4.2.2 K126+925～K126+978段路基左侧（代表性断面图2-2'）：采用锚索桩处治方案

设计基本参数：矩形截面抗滑桩编号为C型桩板墙，布置于路堑边沟外边缘8m处。桩长h=24m；受荷段h1=13m；锚固段总长h2=11m。桩截面：1.7×2.3m，桩心间距5m。地基系数K=0.15×106Kpa/m。桩身混凝土强度等级：C30。

桩身内力计算：采用抗滑桩计算程序进行桩身内力计算，结果如下：最大剪力=4350kN，最大弯矩=31171kN·m，最大侧应力σmax=722。

第1道锚索水平拉力=450kN，距离桩顶0.5m；第2道锚索水平拉力=430kN，距离桩顶2.5m。

錨固段深度判断：取岩石裂隙、风化及软化程度的折减系数C=0.3，岩层产状折减系数K1=0.5，据工程地质详勘报告：泥岩强风化饱和极限抗压强度R=σc=8.8MPa， 则K1×C×R=1320kPa>σmax=722，锚固段满足深度要求。

图6 代表性断面图2-2设计图

4.2.3 K126+978～K127+038段路基左侧（代表性断面图（3-3'）：采用抗滑挡墙处治方案

设计基本参数：抗滑挡墙采用现浇C15片石砼。圬工砌体容重：24KN/m3，挡土墙稳定系数：抗滑动稳定系数KC≥1.3，抗倾覆稳定系数Ko≥1.5；基底摩擦系数=0.40，地基土摩擦系数=0.5。

经验算：地基土层水平向：滑移验算满足：Kc =1.354> 1.3，倾覆验算满足：K0=3.363>1.5，地基承载力验算满足：最大压应力=280<= 400kPa，均满足要求。

坡面防护：防护措施施工完毕后，墙顶的边坡左侧边坡采用锚杆框架。

图7 代表性断面图3-3设计图

4.2.4 K127+038～K127+100段路基左侧（代表性断面图（4-4'）：采用抗滑挡墙处治方案

设计基本参数：抗滑挡墙采用现浇C15片石砼。圬工砌体容重：24KN/m3，挡土墙稳定系数：抗滑动稳定系数KC≥1.3，抗倾覆稳定系数Ko≥1.5；基底摩擦系数=0.40，地基土摩擦系数=0.5。

经验算：地基土层水平向：滑移验算满足：Kc=2.14>1.3，倾覆验算满足：K0=4.754>1.5，地基承载力验算满足：最大压应力=200<= 400kPa，均满足要求。

坡面防护：防护措施施工完毕后，墙顶的边坡左侧边坡采用菱形骨架防护。

图8 代表性断面图4-4设计图

5 滑坡监测工程设计

为了取得滑坡滑面确切位置、滑坡滑动参数、保证滑坡治理工程施工中的安全及为治理工程施工提供滑坡稳定状态或变形特征的信息，指导安全施工，同时掌握治理工程实施后的效果，需进行滑坡的监测设计。主要监测任务包括：地面裂缝观测、滑体变形观测、实施工程的变形观测。

设置深孔位移监测，从而为准确判断滑面、地下水、滑坡位移及治理后的工程效果提供相应数据。

为进一步测控坡体变形情况，需在至少5个断面上设置观测桩，在施工过程中监测剪出口、滑体中部、后部；钢管桩系梁施工完毕后分别在其顶设置观测桩，定期观察不得少于2个雨季；每个断面上布设的观测桩应该兼顾观测前缘、中部和滑体后部（最远裂缝位置外侧），记录坡体变化情况，及时沟通变化情况，以便根据现场实际情况加强动态设计。

5.1 监测点布设

滑坡裂缝：对滑坡裂缝上布置4个观测点，进行施工期间的裂缝监测。

施工中以及施工后滑坡位移监测：在主滑断面上布设5个观测点进行地表位移监测。

施工后在每排桩各选取6根桩，在桩顶设置监测点进行监测。

5.2 观测频率与周期

施工前及期间：对裂缝安排专人每天定时观测、记录。遇有降雨时，每天早晚各观测一次；对监测点每星期观测一次，遇有降雨时，在每次雨后应及时观测。

工后观测：滑体位移变形半年内每15天观测一次；半年后，每月观测一次。在有连续降雨或暴雨时，雨后24小时内加密观测一次。

观测完成后，观测人员应当天及时对所采集的数据进行分析整理，及时向设计人员提供，以便使设计人员对滑坡的稳定状况、结构受力状况有全面了解，达到动态设计的目的。

6 结束语

滑坡的形成原因是多因素造成的，雨水是诱发滑坡的主要外因，人类工程活动是诱发滑坡的重要原因。滑坡整治首先要分析滑坡的性质和形成原因，结合具体地质情况，以排水、清方减载和抗滑支挡相结合进行综合治理。滑坡监测为可靠度提供重要的依据，通过对监测采集的数据分析，为今后滑坡性质的分析和工程治理提供经验。

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作者简介：陈耀华（1981-），男，福建莆田人，2005年取得长沙理工大学交通土建工程专业本科专业，工程师，中交第一公路勘察设计研究院有限公司，从事路基路面设计。