某高速公路滑坡特征及治理措施研究

张永雨杨 程（.河南省交通规划勘察设计院有限责任公司，河南郑州45005；.安徽六国化工股份有限公司，安徽铜陵44000）

某高速公路滑坡特征及治理措施研究

张永雨1杨 程2
（1.河南省交通规划勘察设计院有限责任公司，河南郑州450052；2.安徽六国化工股份有限公司，安徽铜陵244000）

以河南某高速公路高填方路段滑坡工程为背景，现场勘探了滑坡变形特性，分析了滑坡发生的诱发因素，即地形和地层特征以及持续降雨，在基于强度折减的有限元分析基础上，提出了采用抗滑桩并辅以锚杆和预应力锚索的处理方案，现场实施效果良好，可为类似工程的设计提供借鉴。

高填方路基；滑坡；降雨；抗滑桩

一、引言

丘陵山区的高速公路建设往往存在高填方路基，高填方路基由于方案措施不当［1］或在自然灾害［2］作用下易发生滑坡，造成交通中断，社会影响极大，且后期治理费用高昂。根据全国290个县市地质灾害调查结果，滑坡在地质灾害中所占比例高达51%，大量的滑坡实例表明：降雨特别是暴雨是触发滑坡的主要诱因，暴雨诱发的滑坡比重占滑坡总数的90%。［3］因此有必要对高填方路基在降雨条件下的滑坡特性和治理措施进行研究，可为今后类似工程的设计和施工提供借鉴。

本文以豫西某高速公路高填方段滑坡为例，对降雨诱发滑坡的特征进行了现场勘查，揭示了滑坡发生的内在机理，提出了合理的处理措施，其现场实施效果良好。

二、工程概况

1.工程简介

豫西某高速公路为双向六车道，设计时速120km／h。本次滑坡厂区位于K280里程，附近属低山丘陵区，海拔300～650m，相对高差50～320m，区内地貌形态复杂，沟谷纵横，地形起伏较大，总体呈西北高东南低的特点。2011年8月下旬，该地区出现50年一遇的连续降雨，导致K280段公路填方路基发生明显沉降滑移。

2.工程地质条件

此高速公路沿线主要属华北地层区的太行山山系余脉区。在勘探范围和深度内，场地上覆土层为第四系全新统（Q4pl）洪积成因的黏土及粉质黏土为主，夹有卵砾石，下伏基岩为第三系（E）砾岩和三叠系（T）粉砂质泥岩、泥质砂岩、砂岩、泥岩。

3.水文地质条件

场区地下水包括基岩裂隙孔隙水、第四系松散层孔隙水。基岩裂隙孔隙水主要赋存于下第三系（E）砾岩及三叠系（T）粉砂质泥岩、泥质砂岩、泥岩及砂岩强风化孔隙和中风化裂隙中，属孔隙裂隙潜水。第四系松散层孔隙水为第四系中更新统粉质黏土孔隙上层滞水和中更系统强风化砾岩孔隙潜水，仅在雨季时存在。

区内第四系粉质黏土直接覆盖于基岩上，第四系孔隙潜水含水层和基岩孔隙裂隙潜水含水层之间无隔水层，地下水水力联系密切，相互沟通，由于地形地貌的影响场区没有稳定的地下水位线，受近期连续强降雨影响，勘探期间测得地下水位埋深1～5.2m。

三、滑坡特征及规模

1.场区布置

K280处附近为高填方路基，北侧填土较高，约32m，设置了双排桩挡墙，挡墙高约10m，挡墙外侧设置反压护道，加筋路堤结构，右侧填土高度高约5m，下行车道西南侧设置一处避险车道。地势总体西北高东南低，呈台阶状。挡墙下部抗滑桩长15m，单根桩径1.2m，桩中心间距约3.5m，嵌岩深度约6～8m。挡墙2m以下的填料为砂砾土，2m以上为泥岩、碎石强夯填筑。公路东北罗圈凹村为拆迁安置区，安置区地形呈台阶状，共有5个台阶，相邻两个台阶之间高差约3～5m，北部局部用粉质黏土回填。

图1 场区工程地质图

图1为该场区工程地质图。顺路东西两端均为山体，中间为挖填结合部位。路基为碾压后的坡积物和碎石填土组成，最大填方高度约32m。填方西侧路基下部设有排水涵洞，北侧填方部位设有抗滑桩及挡土墙。

2.变形破坏情况

2011年8月下旬至9月底，场区遭遇连续强降雨，致使大量降水沿路肩南侧排水沟顺势汇聚下渗侵蚀公路路基，造成K280段填方路基产生大面积沉降及侧向推移。受雨水下渗影响，路基护坡坍塌，路面及周围出现大量裂缝，受已有抗滑桩作用，裂缝自西北向东南方向穿过路面与东南侧山体连接，持续发展一段时间后，路基趋于稳定。

据查，滑坡体的变形始于2011年6月28日，9 月16日后变形加剧，主要的变形破坏区域包括高速公路的填方段和罗圈凹村区域。

（1）高速公路填方段

a.高速公路路面发育有横向拉张裂缝，长35m，宽3-5cm，走向130°，裂缝两侧错落约2 cm。

b.高速公路路基下沉约1 m左右，形成的拉张裂缝宽约70cm，贯穿整个路基。

c.纵向拉张裂缝已贯穿高速公路路面，长11 m，宽1 cm左右，走向60°。

d.填方路基东北侧排水渠错断，后部排水渠变形严重，内部排水涵洞出现裂缝；

e.公路路基浆砌石护坡局部坍塌。

（2）罗圈凹村区域

a.房屋均有不同程度的变形，墙壁开裂，裂缝宽度2-7cm，多数房屋不再适宜居住。

b.村内多处水泥路面出现裂缝，宽约5-7 cm，上下错落15 cm。

c.滑坡前缘部位出现地下水渗出带。

d.地面裂缝发育，在罗圈凹村东南侧发育走向65°、长约15m、宽约12cm的纵向拉张裂缝，并在前侧临沟部位发育宽5-7cm的弧形拉张裂缝，个别裂缝两侧错落高度达到7-15cm。

3.滑坡体情况

滑坡平面形态呈圈椅型，滑坡体纵长370m，宽186m，剖面呈阶梯型，由二个台阶组成，一级为高速公路填方路基，宽20m左右，高度为32m；二级台阶由第四纪覆盖物组成的平缓台阶。路基填方高度约32m，且坡度较陡，有一定的凌空面，坡角土体的软化失稳，使滑坡前缘产生蠕动变形，从而引坡体中部的失稳，因此场地滑坡的形态属于牵引式。

该地区属低山丘陵地貌，高速公路填方路基为填土，在罗圈凹村区域滑动变形部分为褐黄色粉质黏土和棕红色黏土，据现场调查及勘察报告，滑床由紫红色砂岩及泥岩组成。滑坡体后部填方路基厚度为32m，中前部为罗圈凹村居民居住地，厚度为8～12m，体积7.6×104m3，规模为中型。滑坡主滑方向为北偏东60°。

四、边坡稳定性分析

1.边坡稳定性计算分析

依据地质勘探和物探勘察成果，路基为下第三系砾岩和三叠系砂岩、泥岩等组成，无明显的软弱面存在，路堤为碾压后的坡积物和碎石填土组成，最大填方高度约32m。路堤和路基不均匀，受抗滑桩作用，下部不存在滑动稳定问题，仅抗滑桩西北侧填土体强度降低后，沿填土结合面向东南产生滑移，边坡失稳，形成滑坡，表现为路面出现裂缝，也即填土体受雨水浸泡后，填土体呈饱和状态，其强度降低，综合分析，建基面为最弱结构面，为滑坡体温床，滑坡体沿建基面向东北方向产生位移，边坡失稳形成塌滑，其为滑坡体的主滑体；路东北至罗圈凹村，地质结构为土岩双层结构，上部为粉质黏土，下部为基岩，依据勘探成果综合分析，土岩接触面即为最弱结构面，滑坡体沿基岩面向东北方向滑移，地表黏土产生裂缝。现仅以路基滑坡为例，采用瑞典条分法原理［4］，计算滑坡体稳定性。抗滑稳定验算示意图见图2。

图2 抗滑稳定验算计算示意简图

由计算可知：滑动安全系数Fs为0.97（填土饱和状态下取，C＝0kPa，ф＝15°），基本属于准稳定状态。由于填土体属不均质体，各向异性差异显著，即部分地段稳定，部分地段处于不稳定，故表现为局部地段产生塌滑，地表出现裂缝。基于以上分析，应对滑坡体进行处理。可采用加固填土，挡墙、预应力锚杆、锚索、加密抗滑桩等［1～2］［5］处理方案提高其稳定性。结合工程实际情况及设计意见，建议采用锚杆+抗滑桩方案。

2.滑坡因素分析

K280段高速公路滑坡的形成主要与地形地貌、地层岩性、人类工程活动和降雨等自然和人工因素有关。

高速公路修建过程中，该区段有1.1×104m3填方量，在坡体后部形成堆载，增加了下滑力；填方路基建成后，由于排水不畅等问题，形成一道拦阻路堤上游区域地表水的隔水带，造成降雨大量入渗至路基和坡体中，降低了路基的整体稳定性；暴雨或持续降雨期是滑坡形成的主要诱发因素之一，雨水渗入到坡体中，加大了坡体重量，降低了土体的抗剪强度，使高速公路路基中的填土和坡体中的褐黄色粉质黏土、棕红色黏土软化甚至泥化。

五、现场治理措施及效果

根据勘察报告所给出的土层物理力学性质和滑坡体情况，决定采取如下处理措施：在挡土墙双排桩以上部分施作20m长的φ32精轧螺纹锚杆，挡土墙内锚杆间距为1.5m×1.5m，挡土墙上方锚杆间距为2m×2m；在原反压护道开挖之后，在坡脚施作2m×3m的抗滑桩，间距5m，插入地面35m，并在抗滑桩顶斜向打入两根T＝900kN预应力锚索，锚索锚固段嵌入坚硬的中风化砂岩中。典型剖面如图7所示。具体施工工序如下：

1.首先卸载避险车道，有利于路堤左上方的减载，并利于排水系统的进一步加强和优化；

2.准确测量放样，自上而下分步开挖反压护道，开挖一步锚固一排锚杆，直至开挖至承台顶标高。上一层锚杆未完成施工，不得开挖下一步。

3.坡面破损严重区域，打设锚杆后，墙面铺设单层φ6焊接钢筋网+12cm厚喷射混凝土，并预留泄水孔，泄水孔布置间距2m×2m，与锚杆位置错开布置。

4.挡墙加固过程中，锚杆自上而下逐排打设，逐排浇筑横向地梁，并及时锁定。上一排地梁未锁定之前，不允许开挖下一步。

5.挡墙锚固防护措施完成后，同时开始实施抗滑桩和加筋土边坡锚固防护。考虑到施工安全，桩顶位置预留了B≥10m平台，抗滑桩采用跳槽施工，且在抗滑桩施工过程中保持高速公路右幅封道，左幅通车。

6.抗滑桩跳槽式施工完成50%之后，再对右幅路面进行修复。

7.加筋土坡面锚固需搭设支架后进行施工；锚杆采用φ32预应力精轧螺纹锚杆，L＝20m×2m×2m，预应力T＝50KN.

8.锚索抗滑桩施工完成后，清理场地，做好抗滑桩施工平台护坡，完成路面施工。

图3 整治工程平面图

为确保整治措施安全，在Plaxis 2D岩土工程数值模拟软件中建立该滑动土体及加固方案的有限元模型，土体参数见表1所示，为了避免模型收敛问题，以进行此后的验算。

表1 土体参数

根据计算结果，放大2倍后的滑坡土体的变形情况如图4，最大值1.96m出现在滑动土体的顶端，即高速公路填方路基的顶部；二级台阶位置位移超过15cm，数值模拟结果与实际情况吻合良好。

图4 变形网格（放大2.00倍）

使用此模型，根据强度折减法计算各个施工阶段的滑动稳定安全系数，得到的结果列于表2。

图5 总位移云图

表2 各工况安全系数

虽然滑动前的土体状态安全系数为1.03，略大于通过条分法计算的结果，但在降水渗入到坡体中后，将会加大坡体重量，软化填土土体，导致边坡失稳。此外，模型分析可见开挖反压护道是此次边坡整治过程中最危险的工况，若一次开挖，极易导致边坡再次失稳，故为了确保工程安全，应自上而下分步开挖反压护道，每开挖一步，就将一排锚杆进行锚固。加固完成后的边坡安全系数已经大于1.2，可认为边坡达到稳定状态，治理结果也表明采取以上的措施是具有成效的。

六、结论与建议

（1）高速公路K280段区段高速公路高填方，在坡体后部形成堆载，增加了下滑力；填方路基建成后，由于排水不畅等问题，形成一道拦阻路堤上游区域地表水的隔水带，造成降雨大量入渗至路基和坡体中，降低了路基的整体稳定性。坡角土体的软化失稳，使滑坡前缘产生蠕动变形，从而引坡体中部的失稳，形成牵引式滑坡。

（2）滑坡平面形态呈圈椅型，主滑方向60°，滑坡体纵长370m，宽186m；剖面呈阶梯型，由二个台阶组成，一级为高速公路填方路基，宽20m左右，高度为32m；二级台阶是由第四纪覆盖物组成的平缓台阶，导致大量民房开裂。

（3）对于类似工程，建议在勘察设计阶段应当充分重视沿线各类地质灾害，对于工程地质条件复杂的路段，应重点考虑高填方路段滑坡、泥石流等地质灾害，加强边坡防护措施；地质灾害易发路段，边坡或路基路段应及时清理和检修防排水措施，确保其运行良好。

（4）对于高填方或半填半挖路段防护措施，若在基岩为弱胶结泥岩时，建议桩端入岩深度大于或等于上部覆盖层厚度。

（5）实践证明，在既有挡土墙双排桩的基础上加抗滑桩，并辅以锚杆和预应力锚索的滑坡处理方案是可行的。

［1］邓立雄.锚索——框格梁加抗滑桩加固技术在高速公路边坡处理中的应用［J］.四川建材，2010，36（4）：149-151.

［2］张力.预应力锚索结合全粘结锚杆在高边坡处理中的应用［J］.铁道建筑技术，2014，（4）：99-102.

［3］罗从双.某高速公路滑坡的成因分析及数值模拟［J］.中外公路，2014，34（3）：6-8.

［4］《岩土工程手册》编写委员会.岩土工程手册［Z］.北京：中国建筑工业出版社.1994.

［5］余治武.抗滑桩施工技术在边坡处理中的应用［J］.水利水电施工，2010，（5）：71-73.

The Analysis on the Landslide Mechanism in the freeway

Zhang Yong-yu1，Yang Cheng2
（1.Henan Provincial Communications Planning Surver and Design Institute CO.，LTD，Zhengzhou Henan 450052，China；2.Liuguo Chemical Industry Co.Ltd.，Tongling Anhui 244000，China）

Based on an landslide engineering in high embankment of freeway in Henan Province，the deformation characteristics of the landslide was surveyed.The factors that affected the landslide，the characteristics of topography and soil，continuous rainfall，were analyzed.The 2D finite element method with reducedshear strength was used to analyze the management scheme，as anti-slide pile and rockbolt and prestressed anchor lock.The feasibility was verified by the field practice.

High embankment；landslide；rainfall；anti-slide pile

U412.36+6

A

1672-0547（2015）02-0105-04

2015-03-01

张永雨（1979-），男，河南南阳人，河南省交通规划勘察设计院有限责任公司工程师，注册岩土工程师，硕士，研究方向：岩土工程

勘察及设计；

杨 程（1970-），女，安徽合肥人，安徽六国化工股份有限公司工程师，研究方向：工程造价管理。