路堑高边坡稳定性实例分析及治理

叶银英

(广东省长大公路工程有限公司，广东广州 511431)

1 工程概况

深圳市沙荷路惠盐立交B匝道边坡位于惠盐路西侧、沙荷路北侧，设计行车方向为惠盐路由北向南通过B匝道右转进入沙荷路以西，设计全长480 m，线形以下坡为主，匝道最低点与原惠盐路高差约8.6 m。

原惠盐路已有人工开挖边坡，高约27～41 m，坡面采用喷锚防护(惠州侧)和浆砌片石护面墙(盐田侧)，B匝道需向山侧继续开挖。该匝道所在山体沿线共有4个高压线塔，其中位于B匝道里程BK0+140山头有市供电局3个高压铁塔，位于BK0+280山头有一组500 kV高压铁塔。铁塔距原惠盐路人工边坡开挖边界水平距离分别为41.2，77.5 m。在高压铁塔以外5～15 m有一道LNG高压燃气管和一道石油管，两道管线总体与线路近于平行。

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

该边坡地貌为丘陵，山脊走向与线路近于平行，接近南北走向，倾向东，自然山坡上缓下陡，上部坡度约为15°～20°，下部坡度约为30°，山顶平缓，植被茂盛。

2.2 地层岩性

表层为第四系人工填土、坡积层，下伏基岩为石炭系下统粉砂岩，具体如下:

人工填土(Qml)①:属素填土，褐灰、褐黄等色，主要由黏性土混约30%碎石及混凝土块等组成，系边坡抢险治理反压坡脚堆填形成，呈松散状态，局部稍密。

第四系坡积(Qdl)含碎石粉质黏土②:褐黄、褐红色，含约10% ～30%的碎石，碎石成分为粉砂岩，粒径2～8 cm，大者约25～50 cm，呈次棱角形，稍湿，硬塑状态，主要为表层土，平均厚度1.0 m。

石炭系下统(C1)粉砂岩:褐灰～青灰色，风化后呈褐黄、褐红、灰黄等色，碎屑物成分以石英、长石为主，胶结物为泥质、钙质，细粒粉砂结构，中厚层状构造，受区域构造影响，具有不同程度的硅化、片理化及蚀变现象。分全风化、强风化、中风化3个风化带。

全风化粉砂岩③:褐红、灰黄、褐灰色，绝大部分矿物已风化变质，风化裂隙发育，岩块用手易捏碎，局部夹强风化岩块，岩芯呈土状。

强风化粉砂岩④:灰黄、褐灰色，大部分矿物已风化变质，风化裂隙发育，岩块用手易折断，岩芯呈土夹碎块状，碎块含量约10% ～30%，遇多层中风化粉砂岩夹层，夹层厚度0.2～1.1 m。场地在进行锚索施工时遇有中风化夹层厚度在1.0 m以上，场地自南往北中风化夹层逐渐增多、增大。

中风化粉砂岩⑤:灰、浅灰色，部分矿物已风化变质，节理裂隙发育，裂隙面浸染暗色铁质氧化物，岩块用手难以折断，用镐难掘进，合金钻具可钻进，岩芯呈块状、碎块状及短柱状。

2.3 地质构造

该边坡基岩层面产状为270°～310°∠30°～60°，由于边坡坡面倾向82°，故岩层层面与坡向反倾，受当地多期地质构造影响，该边坡风化裂隙极发育，有多组对边坡稳定不利的结构面，由于地质构造复杂，岩层层面产状紊乱不明，坡体内结构面极发育，岩体破碎。

2.4 地下水

本边坡地下水属基岩裂隙水，主要赋存于下伏石炭系下统粉砂岩各风化带中，主要受大气降水补给，其贮存、渗流、排泄均受节理裂隙的控制和影响。地下水较丰富，在1级边坡BK0+240—BK0+300范围排水孔有水流出，部分勘察钻孔和3级边坡锚索施工也揭露出地下水。

3 边坡变形破坏历史

2010年11月上旬，在边坡开挖到路基时，1级边坡在BK0+300附近最上一排锚索有12个锚头崩脱，坡面有少量土体崩塌。2010年12月下旬至2011年1月上旬，在进行路基换填开挖时，1级边坡正在进行锚索钻孔施工，框架梁未施工、锚索未张拉前，1级、2级坡在BK0+300附近又有16个锚头崩脱。1级坡面土体有裂缝，有少量土体崩落，坡面土体潮湿，排水孔出水较多。到反压回填前共有28个锚头滑脱。2011年1月5日，发现截水沟有变形裂缝，1月6日发现地表有多条大裂缝，最后一条大裂缝在铁塔向边坡一侧9 m处，同时在铁塔基础范围内中间位置也发现了一条较小的裂缝，裂缝走向与线路近于平行。

4 滑坡要素及规模

1)滑坡周界。滑体后缘边界已基本形成，最后一道裂缝位置已到山脊，BK0+280处最后缘裂缝在铁塔中间，BK0+300处最后缘裂缝在截水沟边，已越过LNG管范围，后缘裂缝总体呈弧形。滑体北端(惠州)边界在BK0+240，即以坡面水沟为界，滑体南端(盐田)至BK0+360，在坡顶截水沟、坡面、平台有明显错断或外移裂缝。南侧滑动边界明显，裂缝较大，2级平台水沟及堑顶截水沟错断外移约10 cm，北侧后缘裂缝较小，不连续，呈羽毛状分布。

2)滑动方向。地表裂缝显示北端裂缝拉开下错，南端裂缝挤压隆起，表明滑动方向偏向南侧，为101°，边坡坡向82°。

3)滑动主轴。裂缝显示后缘裂缝最远在BK0+300处，该处滑动位移值最大，故滑坡主轴应在BK0+300。

4)裂缝特征。后缘裂缝总体呈圈椅状弧形，探槽和探洞内裂缝呈直立状或稍向山倾，与结构面产状一致，表明裂缝多沿结构面生成，探槽揭示裂缝上宽下窄，在深度3.8 m处尖灭，表明滑体地表位移大，滑动面处位移小或尚未形成相对滑动。滑体中部地表裂缝有下侧高、上侧低现象，表明滑体前部有抗滑力，或滑动面倾角发生变化，这与边坡下部已施工的锚索产生了抗滑力有关。

滑坡体沿线路长120 m，平均厚度17 m，顺滑动方向斜长120 m，潜在滑坡体积约21.2万m3，属中型滑坡。

5 滑坡成因分析

1)复杂的地质构造环境是发生滑动的主要原因。B匝道边坡处于横岗—罗湖断裂带的起点，从滑坡裂缝特征和监测的资料分析，滑动方向倾向盐田侧(边坡坡向82°，滑坡方向为101°)，滑坡裂缝的走向多为21°～40°，即北东向，与断裂带走向接近一致。钻探和洞探揭露的基岩构造面产状也与该大断裂相关。滑动带依附于构造破碎带形成，受断裂影响，地质岩性复杂，岩体破碎软弱，同时形成了特殊的储水构造，在构造破碎带和地下水共同作用下，边坡发生滑动变形不可避免。

2)地下水是造成滑坡的主要原因之一。地下水的软化作用是发生滑坡的必要条件之一。该边坡沿构造破碎带形成储水构造，具承压性，在边坡开挖岩土体应力松弛后，地下水改变了原来的径流状态和方式，并向坡脚和边坡下部集中，使坡体的岩土浸泡和软化，强度降低，承载力不足，在边坡下部整体一次性开挖和路基换填过程中，没有及时进行锚索张拉以供足够抗力，使上部岩土体在重力和不利结构面的共同作用下产生下错蠕动，进而产生破坏形成滑坡。

6 滑坡稳定性计算分析

1)滑动带分析

根据勘察资料及变形资料，该滑坡有两层滑面。第1层为浅层滑动面，该滑动面的出口在2级边坡中到底部，后缘为后部地表主裂缝，滑体中部滑动面穿过1号探洞9 m、2号探洞18 m左右，在2个探洞内均可见滑动带穿过部位有明显裂缝。同时在2级边坡可见坡面框架梁错断外移，应为剪出口。浅层滑动面的形状为三段式折线形，后缘滑面倾角较陡，倾角约80°，中部滑面倾角约30°，前缘滑面受1级边坡和2级边坡锚索的抗滑力影响，倾角较缓，约12°。滑动面主要沿全风化与强风化层界面生成，滑体厚度约13 m。第2层为潜在滑动面，其出口在1级边坡下部，在开挖换填时可能延伸到最低开挖面，滑坡后壁为最后缘地表裂缝，滑体中部滑动面穿过1号探洞约28 m、2号探洞40 m左右，在探洞内滑动面穿过部位有岩土变形裂缝和岩土体松弛现象。在发生滑动的初期、1级和2级边坡的锚索有部分锚头发生滑脱现象，表明锚索产生了有效锚固力，锚索锚固段至少有一部分在滑动面以外的稳定岩土体中。

2)稳定性计算

该滑坡的稳定分析计算比较复杂。首先按分析确定的滑动面计算在发生滑动时没有减方前的总滑坡推力，然后按两种状态下的被动土压力反算滑坡推力。一种是在1级边坡下半部没有开挖之前的被动土压力;另一种是反压土方的被动抗力。再按设计削方减载后计算边坡在卸载反压土方后的全部滑坡推力，计算中原有锚索的抗拔力不予考虑，作为安全储备。计算求得的全部滑坡推力作为滑坡治理加固工程的设计依据。

选取BK0+300主滑断面为代表性断面进行稳定性计算。计算方法采用规范推荐的不平衡推力传递法，在计算坡脚剩余下滑力时采用库仑土压力反算1级边坡下半部没有开挖前的被动土压力和填方反压土方的被动抗力。

滑带强度指标结合勘察报告、反算结果和经验值选取，计算参数见表1。

表1 稳定性计算参数

经计算，每米宽度坡脚总下滑力2 904 kN，见表2，该下滑力中没有包括锚索实际产生的抗滑力。计算结果表明该边坡剩余下滑力较大，边坡稳定性安全系数K明显＜1.0，也达不到规范规定的要求，需对边坡进行治理加固。

表2 减载前滑坡推力计算结果

在边坡上部按设计进行减载后，按上述同样方法进行计算，计算的剩余下滑力为4 250 kN，其中安全系数 K=1.2，见表3。

表3 减载后滑坡推力计算结果

根据以上分析，取1 m宽度计算，按减载后的坡脚剩余水平下滑力4 250 kN进行滑坡治理设计。永久设计包括对原抢险工程总体上进行设计计算，拟从3级边坡到6级边坡和铁塔基础均采用锚索框架，其中4级以上边坡共设12排锚索，水平间距2.5 m，每根锚索设计拉力为500 kN，总拉力为6 000 kN，锚索可承担的下滑力为2 400 kN，按锚索倾角25°折减后为2 160 kN。

3级边坡4排锚索，锚索水平间距2.0 m，每根锚索设计拉力为500 kN，总拉力为2 000 kN，锚索可承担的下滑力为1 000 kN，按锚索倾角 25°折减后为900 kN。合计16排锚索总设计拉力为2 160+900=3 060 kN。减载后实际剩余下滑力为4 250－3 060=1 190 kN，由于2级边坡锚索仍然有效，设定其承载下滑力为400 kN，故坡脚剩余下滑力为790 kN，通过在坡脚设抗滑桩进行支挡。

7 防治对策

1)防治对策选择及原则

边坡防护加固工程可分为三类:普通防护工程、支挡加固工程、防排水工程。按照永久性工程进行设计，根据一次根治、不留后患及技术可行、经济合理、安全可靠、便于施工的治理原则，参照类似工程经验和深圳地区滑坡施工技术水平现状，拟采用锚索抗滑桩和预应力锚索框架相结合的组合抗滑支挡结构。

2)防治设计(图1)

①回填反压。填方高度到2级坡 BK0+240—BK0+390段中部。

②削方减载。从3级平台以上(其中BK0+360从2级平台起)向上削方减载，减载后分级坡高仍为10 m，分级边坡之间设宽大平台，其中4级平台、5级平台宽4～8 m，3级平台宽10～16 m。在铁塔下方的坡率4 级，5 级坡为1∶1.0，6 级坡为1∶1.25。

③基础加固。对铁塔基础和LNG燃气管边坡采用钢管微型桩群加固，在铁塔基础外围布设“口”字形微型桩群，桩顶采用钢筋混凝土盖板连接为整体，在LNG燃气管靠边坡侧设3排钢管桩，桩顶也采用钢筋混凝土盖板连接为整体，钢管桩均采用φ108×6 mm无缝钢管制作，采用φ160 mm竖向钻孔，孔内注入净水泥浆，形成钢管混凝土微型桩群。

④预应力锚索加固。在铁塔基础下微型桩群范围内设两排锚索横梁，锚索长度40 m。在6级边坡滑坡范围内从上向下设3排钢锚管框架和2排锚索框架，钢锚管长度20 m，锚索长度40 m。在5级边坡滑坡范围内设4排锚索框架，锚索长度40 m。在4级边坡滑坡范围内设4排锚索框架加固，锚索长度45 m。在3级边坡滑坡范围内设锚索竖梁加固，每条竖梁设4孔锚索，锚索长度45 m。

⑤抗滑支挡工程。在坡脚1级平台BK0+260—BK0+380范围设预应力锚索抗滑桩，共设25根，桩中心距5.0 m，桩中心位于原有锚索框架两排竖梁之间的中线，桩背与1级平台内侧、2级坡脚平齐。桩截面(不含护壁)为2.0 m×2.6 m。其中桩的长边顺坡向布置，桩身混凝土强度等级为C30，桩坑开挖护壁的混凝土强度等级为C25。每个桩身设3根锚索，第1排锚索距桩顶0.5 m，倾角18°;第2排锚索距第1排锚索1.0 m，倾角22°;第3排锚索距第2排锚索1.5 m，倾角26°。锚索钻孔孔径为150 mm，锚索设计拉力均为500 kN，锁定值400 kN。锚索设计长度为35～40 m。

⑥防排水工程。在1级边坡坡脚设2个回填式排水盲洞，1#洞位置暂定BK0+280，2#洞位置暂定BK0+320，1#洞深度暂定40 m，2#洞深度暂定50 m。洞身垂直边坡，截面为梯形，洞底设排水沟，排水纵坡2%。在1级边坡BK0+260—BK0+362段增设仰斜排水孔，水平间距5.0 m。在2级边坡BK0+260—BK0+320增设仰斜排水孔，水平间距5.0 m，与1级边坡排水孔呈梅花形错开布置，孔深均为40 m，向上仰角5°。增设堑顶截排水沟，3级平台设梯形截水沟，各级平台设排水沟或铺筑混凝土封闭。

对地表裂缝采用注浆方法充填，防止地表水下渗，注浆采用P．O42.5R普通硅酸盐水泥配制纯水泥浆，水灰比0.45。先将地表裂缝清开，用φ25 mm钢管制作注浆钢花管插入裂缝中，将水泥浆注入裂缝内，注浆时应采取多次、间歇式注入法，将全部裂缝注满填实，表层用砂浆封闭。

8 结语

1)该滑坡场地基岩岩性主要为粉砂岩，这种地层是一种“易滑地层”，在深圳曾出现过多个规模不等的工程滑坡，造成了不小的经济损失和不良社会影响，应引起岩土工程界的警惕和注意。

2)该滑坡主要为暴雨造成的自然灾害，与工程扰动也有关系。目前我国大中城市在自然山体附近等复杂地质条件下的工程活动逐步增强，所以无论是在项目的立项选址规划阶段，还是在后期的设计施工过程中，都应对工程建设可能引发的地质灾害给予高度重视。特别是在城市地质灾害易发区内从事工程建设时，应在规划选址阶段加强地质灾害调查和评估工作。

3)截止目前，该滑坡治理工作已结束近2年。通过监测资料可知，滑坡体、抗滑桩等变形微小，锚索预应力基本无损失，滑坡周边建(构)筑物运营正常，未受影响。监测结果表明，该滑坡综合治理是有效的。

［1］张玉芳，王春生，张从明．边坡病害及治理工程效果评价［M］．北京:科学出版社，2009．

［2］徐邦栋．滑坡分析与防治［M］．北京:中国铁道出版社，2001．

［3］中华人民共和国交通部．JTG D30-2004 公路路基设计规范［S］．北京:人民交通出版社，2004．

［4］赵明阶，何光春，王多垠．边坡工程处治技术［M］．北京:人民交通出版社，2008．

［5］廖小平，朱本珍，王建松．路堑边坡工程理论与实践［M］．北京:中国铁道出版社，2011．