某高速公路深挖路堑边坡滑塌处治设计

郭万林

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

1 项目概况

1.1 工程概况

某高速公路位于珠三角西部地区，深挖路堑滑塌段路线中心最大挖深20.20 m，左侧最大边坡高度40.28 m，此段边坡原设计边坡坡率及支护形式为：

a）边坡坡率 第一级边坡坡率1∶1，边坡高度10 m，一级边坡顶部平台宽2 m；第二级边坡坡率1∶1.25，边坡高度10 m，二级边坡顶部平台宽5 m；第三级边坡坡率1∶1.5，边坡高度10 m，三级边坡顶部平台宽4 m；以上为第四级边坡，边坡坡率为1∶1.25。

b）边坡支护 第一级边坡采用锚杆格梁+植草防护，分段长度180 m；第二、三级边坡采用预应力锚索格梁+植草防护，分段长度159 m和134 m；第四级边坡采用人字形预制混凝土块骨架+植草防护。深挖路堑典型断面图如图1。

图1 深挖路堑典型横断面图（单位:cm）

1.2 工程地质概况[1]

1.2.1 地形地貌

该段深挖路堑所在地貌单元为低山丘陵区，该区域地形较平缓，自然坡度最大不超过16°，地面高差约10 m，地表植被主要为松树、各种灌木和蕨类植物。

1.2.2 地层岩性

根据地质勘察报告，该段地层自上而下依次为：

a）粉质黏土 颜色为褐黄色，呈硬塑状，稍微具有一定黏性和韧性，干强度较高。

b）全风化泥质粉砂岩 颜色为棕红色，风化严重，强度低，岩体结构基本破坏，岩体呈土石结合状。

c）强风化泥质粉砂岩 颜色为紫红色，风化较严重，层状构造，节理裂隙发育，岩体基本呈碎块状。

d）中风化泥质粉砂岩 颜色为紫红色，中等风化，细粒结构，层状构造，节理裂隙发育，岩体较完整。

1.2.3 水文地质条件

根据地质勘察报告和现场水文调查结果，本区域水的类型主要有地表水和地下水。其中地表水只在雨季存在，为短暂性地表水流；地下水主要靠降水补给，有孔隙水和基岩裂隙水两种类型。

1.2.4 地震烈度

该段地震动峰值加速度值为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35 s，抗震设防烈度为Ⅵ度。

2 边坡现状

该段深挖路堑左侧第二级、三级边坡于2016年11月13日—11月14日完成了预应力锚索的张拉，第一级边坡开挖时间为2016年11月22日—11月30日。2016年11月30日，第一级边坡坡面出现局部垮塌。12月2日，该段边坡整体发生滑塌，在坡顶外12 m处出现纵向裂缝，裂缝最大宽度20 cm，且裂缝从坡顶向坡脚发展，第三级边坡锚索发生破坏，部分格梁出现裂缝破坏。边坡现场照片如图2。

图2 深挖路堑边坡现场照片

3 边坡滑塌原因分析

3.1 地层岩性

该段深挖路堑边坡地层岩性主要以强-中风化泥质粉砂岩为主，节理裂隙发育，且岩体较破碎，由于岩层倾角18°～36°，且倾向路基，在雨水等外力作用下，易发生顺层滑动和岩体剥落等破坏现象。

3.2 支护不足

原设计虽采用预应力锚索框格梁和锚杆框格梁对边坡进行支护，但从现场滑塌情况来看，支护措施不足以满足边坡稳定性需要，设计存在一定缺陷。

3.3 施工扰动

本次边坡滑塌发生在第二级、第三级边坡锚索施工完毕且第一级边坡开挖基本完成之后，由于第一级边坡开挖减弱了抗滑段，导致边坡发生深层滑动。

4 滑塌处治设计

4.1 处治目标及原则

a）方案应充分考虑现场实际情况，保证边坡在施工及高速公路运营过程中的安全。

b）方案应充分利用现有场地条件，因地制宜，合理布局。

c）方案应满足费用经济、技术合理、维护简易等要求，且应便于施工。

图3 深挖路堑边坡处治典型横断面图（单位：cm）

4.2 处治方案

根据边坡的地质情况及滑塌现状，针对本项目特点，拟采用处治方案为：削方减载+抗滑桩+锚杆格构梁防护+植草绿化+截、排水沟综合治理。

a）削方减载 第一级、第二级边坡维持原设计不变，即第一级边坡坡率1∶1，边坡高度10 m，一级边坡顶部平台宽2 m；第二级边坡坡率1∶1.25，边坡高度10 m，第二级边坡坡顶处平台由原设计5 m宽调整为25 m；第三级边坡坡率1∶1.5，边坡高度10 m，三级边坡坡顶处设置3 m宽平台；以上为第四级边坡，边坡坡率放缓至1∶2.0。

b）抗滑桩 设置两排抗滑桩，第一排设置于边坡坡脚处，桩径1.4 m，间距5.0 m，桩长12 m，桩顶设置钢筋混凝土梁，梁截面尺寸为1.8×1.8 m；第二排设置于第三级边坡坡脚，桩径2.0 m，间距3.0 m，桩长27 m，桩端深入中风化岩层不小于3.0 m。

c）锚杆框架 第一级、第三级边坡采用锚杆格构梁+植草防护，锚杆长度均为9 m，锚杆孔直径为130 mm，间距3.0 m×3.0 m，筋体采用1根C32的钢筋，俯角15°，注浆材料采用M30水泥砂浆。框架采用C30混凝土浇筑，框格梁内采用袋装土回填，并喷洒草籽进行绿化。

d）第一级边坡按照1∶1坡率清理坍塌虚土、修整边坡，破损处采用C20素混凝土回填。

e）第四级边坡削坡后采用喷播植草防护。

f）对现状截水沟、排水沟、急流槽破损处进行整修，从而形成完整排水系统。

4.3 抗滑桩计算

4.3.1 计算参数

根据勘察报告，边坡发生整体滑动。根据滑坡滑动面几何特征，滑动面分为牵引区、主滑区和抗滑区[2]。根据工程经验，结合验算结果，综合确定目前状态下滑面参数为：边坡后部牵引区滑动面强度参数为c=0 kPa，φ=28°；中部主滑区滑动面强度参数为c=10 kPa，φ=12.0°；前部抗滑区滑动面强度参数为 c=35 kPa，φ=35°。

4.3.2 第二级平台处抗滑桩计算

4.3.2.1 滑坡推力计算

采用传递系数法进行滑坡推力计算[3]，计算中不考虑水压力影响，计算断面图见图4。

图4 第二级平台处滑坡推力计算断面图（单位:m）

经计算，第二级平台处剩余下滑力为1964.532kN，下滑力角度为25.298°。

4.3.2.2 抗滑桩计算

第二排抗滑桩设置于第三级边坡坡脚即第二级平台处，桩径2.0 m，间距3.0 m，桩长27 m，桩端进入中风化岩层不小于3.0 m。抗滑桩设置范围为K4+102—K4+208段，总长107 m。

根据理正分析软件对抗滑桩进行计算，抗滑桩结构构造为：采用C30钢筋混凝土桩，钢筋保护层厚度70 mm，纵向钢筋采用C32三根1束，共62束，箍筋采用C12@150，每2 m设置C22加强箍筋1道。

4.3.3 坡脚处抗滑桩计算

4.3.3.1 滑坡推力计算

采用传递系数法进行滑坡推力计算，计算中不考虑水压力影响，计算断面图见图5。

经计算，第二级平台处剩余下滑力为211.502 kN，下滑力角度为3.094°。

图5 坡脚处滑坡推力计算断面图（单位:m）

4.3.3.2 抗滑桩计算

第一排抗滑桩设置在边坡坡脚处，桩径1.4 m，间距5.0 m，桩长12 m，桩顶设置钢筋混凝土梁，截面尺寸为1.8×1.8 m。

根据理正分析软件对抗滑桩进行计算，抗滑桩结构构造为：采用C30钢筋混凝土桩，钢筋保护层厚度70 mm，纵向钢筋采用C32，共25根，箍筋采用C12@200，每2 m设置C22加强箍筋1道。

5 施工注意事项

a）边坡卸载后应首先对第一级边坡和第三级边坡进行及时支护，随后再进行抗滑桩施工。

b）抗滑桩施工时，应先进行上部抗滑桩施工，再进行坡脚抗滑桩施工。

c）抗滑桩桩孔开挖时，应由两侧向中部采用人工间隔开挖，不得连续开挖。

d）抗滑桩桩身混凝土应边灌注边振捣，全桩混凝土应一次浇注完成。

e）施工过程中应派专人进行监测，如边坡或坡顶外侧产生新的裂缝，应立即停止施工，并与设计单位取得联系以便及时处理，保证施工安全。

6 结语

深挖路堑施工过程中，由于各种因素极易发生边坡滑塌等现象。设计中一要加强地勘工作，使设计依据充分，避免支护措施不足；二要注意边坡开挖后按设计文件要求及时支护，避免边坡长期暴露在外，同时应完善临时排水设施，避免雨水渗入路基；三要注意一旦边坡发生滑塌，处治应一次到位，不留隐患，避免发生二次滑塌，造成工程浪费。