砂泥岩互层滑坡稳定性评价与压力分散型锚索处治技术研究

程 飞

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

山西省地处黄土广泛覆盖的山地高原，山区面积约占总面积的80%以上，地形高差变化大，地质构造条件复杂，降水集中，为形成崩塌、滑坡、泥石流、地裂缝等地质灾害提供了充分的动力条件[1-2]。近几年，公路建设引起的滑坡地质灾害频发，每年都会造成巨大经济损失[3-4]。本文结合省内某高速公路工程实例，介绍了边坡开挖扰动引发滑坡的技术分析及加固处治措施，为公路工程类似滑坡的处治提供借鉴。

1 工程概况

某高速公路穿越山西省南部典型黄土覆盖低山丘陵区，其中RK70+810—RK71+050段为6级土岩结合边坡，开挖高度为35～50 m，坡率为1∶0.75。该段边坡于2016年底开始施工，2017年6月在强降雨影响下发现变形，顶部土层开裂，距开口线外约27 m，裂缝宽度1～2 cm，随后在平行路线方向、距离坡脚8 m左右出现一条长40 m左右的隆起带，隆起78.5 cm，宽度约2.5 m，4～6级边坡部分滑坍，严重影响了工程施工安全。

图1 滑坡体示意图

2 地质概况及成因分析

2.1 地形地貌

该段滑坡区域位于一东西走向的山脊东北侧，拟建高速公路修建切坡将形成一高约50 m的顺向边坡，路线从山腰通过。该区域地貌上属基岩低中山区安泽河河谷亚区，总体地势北高南低，山坡自然坡角约35°，顺向坡坡度基本与岩层倾向一致，坡体上覆盖10～20 m厚Q2粉质黏土，局部基岩埋深较浅。

2.2 水文气象及地质

拟建场地属暖温带大陆性季风气候，降水量相对较多，总的气候特征为冬季寒冷干燥、夏季炎热多雨，春秋短暂、冬夏明显、日照充足。全年降水主要集中在7—9月份，年平均降水量607.7 mm。坡体内地下水主要为砂岩裂隙水，主要接受大气降水补给，排泄方式主要为蒸发式排泄，含水性较弱，一般处在干燥状态下。经调查和钻探场地范围内未发现地下水露头，场地内地下水贫乏，水文地质条件简单。

2.3 地层岩性

根据钻探揭露及工程地质调绘，本边坡地层主要为第四系中更新统粉质黏土（Q2）、三叠系下统刘家沟组（T11）紫红色中厚层状-厚层状粉细砂岩、薄层黄绿色、紫红色泥岩、薄层白色石膏组成，在揭示深度范围内地层岩性由新至老为：

a）第四系中更新统（Q2）粉质黏土，褐黄色，可塑，韧性中，刀切面光滑，干强度较差，局部夹钙质结核，含氧化物；揭示厚度约0～4.2 m。

b）三叠系（T11）全风化-强风化砂岩，黄褐色，粉末状，偶见碎块状，矿物成分主要为长石、黏土矿物、石英等，节理发育，节理面含黏土，揭示厚度约8.5～23.7 m。

全风化泥岩，紫红色；原岩结构基本被破坏呈土状及碎末状，软塑或者可塑状态，矿物成分主要为长石、黏土矿物，部分区域含白色滑腻感极强矿物，揭示厚度约0.2～1.7 m。

中风化砂岩，灰褐色；粉细粒结构；层状构造；矿物成分主要为长石、黏土矿物、石英等；岩芯呈较完整柱状，局部夹块状，锤击声闷，节理不发育，钻孔进尺较慢，揭示厚度约3.5～8.6 m。

2.4 地质构造

边坡为土岩结合边坡，地层主要为第四系中更新统（Q2）粉质黏土、三叠系下统刘家沟组（T11）紫红色中厚层状-厚层状中粗砂岩和薄层黄绿色、紫红色泥岩，岩层呈单斜产出，产状为142°∠5°，结构面之间结合程度较差。

经现场踏勘，在平行路线方向、距离坡脚8 m左右的隆起带为一断层，该断层产状为230°∠16°，宽度约2.5 m，断层带内充填物为褐黄色、绿色泥岩。

2.5 滑坡成因分析

a）该边坡岩层以及土石界面倾向与边坡倾向一致，为顺层状坡体结构，且边坡岩体破碎，节理发育，含有多层软弱泥岩夹层，浸水易软化，这种地质条件极易引发滑坡。

b）该路段属于路堑边坡，由于挖方体为断层带上盘，坡体开挖扰动后造成岩体内部应力释放，使岩体内的节理、裂隙进一步发育，并形成了高陡临空面，而当边坡开挖至断层带底部后，引发上盘岩土体发生错动并沿断层带剪出，边坡上部土体则在滑坡的牵引作用下发生变形破坏。

c）降雨是诱发滑坡的重要因素之一，由于暴雨作用，雨水沿岩层裂隙入渗导致泥岩夹层软化，抗剪强度指标降低，并引发边坡失稳下滑。

3 滑坡稳定性分析

3.1 岩土工程参数选择

本次边坡稳定性分析采用GEO-STUDIO软件，滑坡推力计算采用理正岩土软件。根据规范对于边坡稳定性评价方法的评价规定：当边坡破坏机制复杂时，宜结合数值分析方法分析，计算方法宜采用MORGENSTREN-PRICE法或简化BISHOP法，边坡计算模型如图2所示。

图2 边坡计算模型

该滑坡体主要受泥岩软弱夹层强度控制，强度指标综合室内试验和反算分析综合确定，边坡处于欠稳定状态，选取典型代表剖面进行天然状态反演分析，根据现场状况，安全系数取0.95进行反演分析。各土层主要物理力学指标见表1。

表1 计算模型参数选择

3.2 稳定性分析

根据《公路路基设计规范》（JTG D30—2015），滑坡推力计算采用传递系数法，计算工况采用3个工况：a）一为天然工况，滑体重度取天然重度，滑面抗剪强度取天然值，安全系数取1.3；b）二为暴雨工况，滑体重度取饱和重度，滑面抗剪强度取饱和值，安全系数取1.2；c）三为地震工况，滑体重度取饱和重度，滑面抗剪强度取饱和值，安全系数取1.1。计算得到危险工况为地震工况，相应各工况的剩余下滑力如表2所示。

表2 剩余下滑力计算结果 kN/m

4 滑坡处治设计

该滑坡处治考虑了卸除部分滑坡体和对滑坡体进行支挡两种方案，支挡结构采用压力分散型预应力锚索进行坡体加固[5]，同时采用了坡面裂缝回填夯实和截排水措施，如图3所示。

图3 滑坡处治图

4.1 边坡卸载

根据地质钻孔资料，结合地层岩性、产状和坡顶裂缝位置等，考虑边坡上部土层已经松散不成型，对坡体的第三、四、五级边坡及小桩号侧松树林边坡局部进行卸载。边坡按8 m分级，第一、二、四、五、六级边坡坡率1∶0.75，第三级1∶1，第一级平台宽6 m，第二级平台宽4～6 m，第三级平台宽30 m，第四、五级平台宽4 m。

4.2 加固设计

第一级RK70+825—RK71+000段采用框架锚索防护，框架内采用30 cm厚M7.5浆砌片石护砌，RK70+810—RK70+825、RK71+000—RK71+050 段采用护面墙防护。

第二级RK70+825—RK70+968段采用框架锚索防护，框架内采用30 cm厚M7.5浆砌片石护砌，RK70+968—RK71+040段采用穴栽柠条防护。

第三级RK70+830—RK70+935段采用护面墙防护，RK70+935—RK70+990段采用穴栽柠条防护。第四级RK70+850—RK70+865段采用护面墙防护，RK70+865—RK70+930段采用穴栽柠条防护，以上各级采用穴栽柠条防护。

由于该滑坡体内存在较多的软弱夹层，为提高锚索锚固力，降低锚索长度，设计采用压力分散型预应力锚索。压力分散型锚索的拉力通过钢绞线传递至钻孔底部的承载体，承载体再将锚固力作用于各锚固段上，使锚固段承受压力，可以充分发挥混凝土抗压强度的同时，黏结应力峰值大大减小且分布也比较均匀，改善了锚固段附近的应力状态，有利于将滑坡体锚定在地层深部，充分利用有效锚固段。锚索设计锚固力可按《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）公式5.5.4计算得出：

对于此处设计，应对在非正常工况Ⅱ进行锚固力设计，E 取 827.5 kN/m，α 取 36.5°，β 取 20°，φ取18°，则设计锚固力pd不应小于1 005.6 kN/m，框架梁设置间距为3 m，每个断面设置6排锚索，则每根锚索的设计锚固力不应小于502.8 kN，本次设计每根锚索的设计锚固力取510 kN，锚索采用4根φ15.2高强度低松弛钢绞线，锚固段分两个单元，每个单元均为4 m，钻孔直径150 mm，倾角为20°。

4.3 排水设计

各级平台设置平台排水沟，平台排水沟采用M7.5浆砌片石，矩形断面，第一、二、四、五级平台排水沟底宽30 cm，深30 cm，第三级两排平台排水沟底宽60 cm，深60 cm，平台水沟的水通过急流槽引入边沟或引入截水沟，平台中间21.8 m范围采用30 cm厚10%灰土+防渗土工封闭，再回填30 cm种植土。边坡坡顶线外5 m设截水沟，截水沟采用矩形M7.5浆砌片石，底宽60 cm，深60 cm。

对山体内裂缝采用100 cm厚10%灰土回填封闭，回填需压实，压实度不小于90%。

4.4 滑坡监测

根据《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）以及工程安全需要，对整个滑坡体进行稳定性监测，监测内容及监测点布置方案如下：

a）坡面地表监测 在坡面平台、坡顶及坡脚处设置变形观测点，监测点应尽可能设在边坡的前后缘、裂缝和地质分界线等处，另外，坡面变形观测点应尽量设置在测斜孔附近，以便相互比较、印证。监测点数量每监测断面不应少于4个。

b）地下位移监测 根据边坡的位置、地质构造以及相关监测要求，在坡顶及中间平台处的坡体内设置测斜孔，所布置测斜孔应穿过滑动面，进入相对稳定地层一定深度。

c）锚索监测 选取不少于工程总数量3%的锚索进行锚固力监测，监测点应布设在锚索受力较大边坡锚固区关键部位。

d）框架梁 在每个监测断面的框架梁节点处布置变形观测点，梁中布设混凝土应变计。

滑坡体稳定性监测频率如表3所示。

表3 施工期边坡监测频率表

5 结语

a）该滑坡治理工程治理后处于稳定状态，说明该滑坡处治措施安全可靠，满足工程要求。

b）压力分散型锚索虽然可以有效加固破碎岩土体边坡，且具有一定的造价优势，但工程设计和施工工序较为复杂，同时也缺乏相关标准规范的指导，在实体工程应用中应进行具体分析。