湖南某高速公路边坡滑坡稳定性分析与治理

王训波，赵玉宝

(湖南省交通规划勘察设计院有限公司 长沙市 410008)

湖南地处我国长江中下游区域，山岭峻、河流急，在山区高速公路的建设中，路线往往沿半山腰布设，形成了大量路堑高边坡，边坡水毁灾害时有发生。以湖南省常德至吉首高速公路K177+040～K177+115段左侧路堑边坡为例，采用钻探、地质调绘等分析方法，对该滑坡的滑坡机理、破坏机制进行了研究，并提出了相应的滑坡治理措施。

1 工程概况

进入2012年以来，湖南泸溪地区遭遇罕见的连续降雨极端天气，2012年5月25日7时10分，常德至吉首高速公路K177+040～K177+115段左幅上边坡发生山体滑坡，滑体依次覆盖了D匝道和主线，造成双向交通中断，并存在山体再次滑移及导致高压电力线路中断等严重安全隐患，见图1：

图1 现场照片

设计人员赶赴现场完成了12个地表监测点布设工作，形成了“先抢险临时保安全，后加固保长期稳定”的处治原则，初步确定了抢险处治及加固方案，提出的两个系统加固设计方案(方案一，锚杆加固方案；方案二，锚索+锚杆方案)，经过与专家讨论，原则同意按照推荐方案二(锚索+锚杆方案)进行施工图设计，勘察布置并完成了钻孔3个，钻孔编号分别为CX-1、CX-2、CX-3，该边坡工程地质平面图，见图2。

图2 K177+040～K177+115段工程地质平面图

2 工程地质条件

该山体所处地貌类型为丘陵地貌，最高点海拔188m，路面设计高程约147.5～148.8m，相对高差最大40余米，自然山体坡度多在25°～30°之间。坡面植被较发育，以灌木为主，覆盖层较薄。山体岩层倾向与路线走向呈近90°夹角，为顺向坡。根据本次调绘及勘察所获的资料，山体地层岩性由新到老分述如下：

(1)种植土：灰褐、棕褐色，系残坡积成因，层厚小于0.5m，山体表面广泛分布。

(2)钙泥质粉砂岩：薄～中厚层、夹巨厚层状，钙质胶结；全风化多呈硬塑黏土状，局部夹少量强风化岩块，厚度一般小于0.5m；强风化呈紫红色，陡倾角节理裂隙较发育，岩体破碎，岩质软弱，该层厚度一般小于6.0m； 中风化层呈紫灰色、紫黑色，岩体较完整，岩质较软，本次钻探未揭露钻穿该层。

(3)钙质砂岩：薄～中厚层状，钙质胶结；全风化多呈褐灰色，硬塑土状，夹少量强风化岩块，层厚小于0.50m；强风化层呈褐黄色、褐色，陡倾角节理裂隙发育，岩体较破碎，岩质软；中风化层呈浅灰红色，岩体较完整，岩质较软，本次勘察未钻穿该层。

其中路堑边坡B～B′剖面工程地质横断面图，见图3。

图3 路堑边坡 B～B′剖面工程地质横断面图

本次设计收集了该边坡临近工点的岩石力学实验数据，整理结果如表1所示：

表1 岩石单轴极限抗压强度试验成果分析表

3 滑坡体特征、成因及其稳定性评价

3.1 滑坡体特征

已滑坡体里程桩号K177+040～K177+115，类型为顺层平面滑坡。滑体周界明显，平面上呈三角形(图1)。滑体横向长度约50m，剪出口顺路线长度约75m，滑体厚度约8～11m，主要由强～中风化钙泥质砂岩、粉砂岩组成，滑动方向约340°，滑体体积约3.5万立方米，属中型滑坡。 此外滑坡所在山体顶部有220kV变电站的三座基塔共四回110kV出线，承担着泸溪县境内全部电力供应，一旦坡体变形破坏，将会产生重大的社会影响。

据调查，该段边坡原设计为2级边坡，坡脚采用9m高浆砌块石挡墙防护，在施工期间，因坡体前端产生了局部滑塌，业主曾两次委托其它勘察设计单位于2004年对该边坡进行了锚杆+挡墙(K177+000～K177+230左侧)加固，于2006年进行了锚索(K177+090～K177+155左侧)加固。

3.2 滑坡成因

该坡体为典型的水毁边坡，极端气候是造成滑坡发生的主要原因。连续的大气降水不断地沿浅部张开的节理裂隙渗入到坡体内，并在节理裂隙内蓄积，形成静水压力，迫使节理裂隙进一步张开，张开的节理裂隙又成为新的渗水通道和蓄水空间，为坡体的变形破坏形成了恶性循环；同时，沿节理面下渗的水体对岩层间所夹的页岩起到浸泡、软化的作用，使得页岩的物理力学性质不断降低，从而形成软弱面；据现场实地调查，现坡体前端的挡土墙虽然布设了泄水孔，但未起到很好的泄水作用，使得坡体内的地下水位在坡体前端不能顺利排泄，随降雨不断渗入，坡体内地下水位上升，在坡体内形成了高的扬压力。在上述几个因素共同作用的情况下，坡体的平衡状态被破坏，滑坡的产生便不可避免。

3.3 已滑坡体稳定性评价

目前对滑体已进行了部分清除，剩余滑体暂时反压在坡脚；根据滑面推测，目前滑体前端剪出口位于D匝道路面以上约1～2m，滑体清除后，由于该段边坡前端还存在临空面，且坡面延伸较长，故该段坡体仍会存在顺层滑移的可能，应进行适当加固。

4 拟加固山体工程地质条件

4.1 加固范围

拟加固山体平面上呈倒梯形，纵向长度约55m(K177+115～K177+170)，中部宽度约140m，横向长度约75m，体积约7万立方米，潜在滑面同岩层层面。

4.2 稳定性分析

该段坡体的地质情况与已滑动坡体的地质情况完全相似，之所以目前未发生破坏是因为2006年变更设计施做的锚索起到了一定的稳定作用，据变更资料，原变更设计设置锚索共21根，分为两排，水平间距4m，长度为20m，倾角25°，设计张拉力600kN。根据断面测量，下部第一排11根锚索已延伸至潜在的滑面以下；潜在滑面从上部第二排锚索的锚固段中部通过。地表变形监测表明，上部第二排锚索的锚头部分已经出现约4mm的变形，表明该段锚索已经受力。

图4 地表监测点布置图

“5.25”水毁事故发生后，为确保公路运营及抢险加固施工安全，即对该坡体布设了地表变形监测网，在拟加固坡体上共布设监测点12个(图4)，同时也进行抢险加固树根桩施工，根据施工进度、天气情况结合坡体的变形曲线，可以看出，6月1日至7日，在降雨及施工的共同作用下，该边坡出现了变形迹象，6月7日至6月13日暂停树根桩施工，期间坡体经历了6月8日、10日两场大雨，位移监测表明坡体均出现了变形，降雨过后，坡体趋于稳定状态；6月13日树根桩恢复施工，之后的监测结果表明，坡体未发生变形，这也从另一方面说明了降雨对坡体的变形起到了重要的作用。

综上所述，该边坡目前处于极限平衡状态，为确保高速公路运营及电力线路运营安全，需要对该坡体进行加固。

4.3 参数反算及选用

4.3.1计算依据

(1)破坏模式：按照平面破坏模式，对拟加固山体整体进行计算，计算公式采用平面滑动公式计算。

(2)计算工况：非正常工况I。

(3)结构面倾角：同岩层倾角，25°。

(4)原设计锚索：21根，倾角25°，长20m，锚固段长度6m(经计算，取其极限状态下抗拔力979kN)，稳定性分析中已将该部分力充分考虑。

(5)拟加固坡体体积：63736m3，重度取22kN/m3。

(6)滑面面积：6660m2。

(7)拟布设锚杆(索)倾角：30°。

(8)现坡体稳定系数：Fs=1.05。

(9)拟加固安全系数：Fs=1.20。

4.3.2参数反算及选用

经过反算，设计采用的主要参数如表2所示：

表2 设计采用参数表

经过计算，该坡体加固至安全系数为1.2时所需的锚固力为100621kN。

5 抢险处治设计

为了保证工程安全，按照《公路路基设计规范》对于高速公路滑坡应进行动态设计的原则，本次设计拟采用“动态设计法”，通过施工过程中坡体的变形监测情况，指导施工，必要时可对设计内容作适当调整。

5.1 抢险应急加固

抢险应急加固设计主要采用树根桩对坡体后缘进行加固，目前抢险应急加固树根桩施工已经完成，正在进行桩顶系梁施工。树根桩设计参数如下：

(1)在坡顶2个电塔(电塔1、2)塔基下方5～8m内，平行于路线走向，布置3排树根桩。

(2)树根桩排间距1.5m，孔距3.0m，梅花形布置。

(3)树根桩桩孔内径130mm，桩长20m，内置3Φ32钢筋笼，灌注速凝、早强混凝土，要求水泥砂浆28d无侧限抗压强度不小于20MPa。

(4)树根的钢筋为3根Φ32mmHRB335钢筋，纵向错位焊接；横向用8mmHRB335钢筋焊接呈品字形。

(5)树根桩施工完成后，对每排桩顶以系梁连接，系梁采用C25混凝土系梁，尺寸40cm×30cm。

(6)树根桩布置范围应延伸到两电塔塔基外侧各10m。

(7)采用孔底注浆法，直至将孔内的钻探泥浆全部排出为止。

5.2 系统加固

系统加固设计由：一期加固锚杆、二期锚索、三期锚杆、主动网防护、平式泄水孔、坡脚挡墙等部分组成。

(1)一期加固锚杆

共102根，锚孔孔径D=150mm，杆体采用2根Φ32HRB335钢筋，锚杆倾向166°，倾角30°，间距5.0m×6.0m(行×列，下同)，矩形布置，灌注水泥砂浆，要求水泥砂浆28d无侧限抗压强度不小于20MPa；每列锚杆采用C25混凝土竖梁连接，锚杆长度24～28m。

(2)二期锚索

共101根，锚索孔孔径D=150mm，杆体采用7束Φj15.24钢绞线，每根锚索设计抗拔力750kN，设计锁定力375kN；锚索倾向166°、倾角30°，间距5.0m×6.0m，矩形布置，注浆材料采用水泥浆，要求水泥浆28d无侧限抗压强度不小于20MPa；每列锚索采用C25混凝土竖梁连接；锚索设计长度24～28m，其中锚固段长度不小于10m。

(3)三期锚杆

共60根，单根长9m，共540m。锚孔孔径D=130mm，杆体采用1根Φ28 HRB335钢筋，锚杆长度9m，锚杆倾向166°，倾角30°，间距4.0 m×4.0 m，梅花形布置，灌注水泥砂浆，要求水泥砂浆28d无侧限抗压强度不小于20MPa；每列锚杆采用C25混凝土竖梁连接。具体施工方案见图5。

图5 B-B′剖面设计施工方案横剖面图

(4)锚杆喷射混凝土防护

锚索施工完成后，对现滑坡形成的陡坎上的危岩体进行清除，设计采用1∶0.1放坡；放坡后对后缘陡坎(滑体后缘至L5列锚索正下方)采用间距4m×4m、倾角40°、长度9m的点式锚杆进行加固。点式锚杆施工后，采用锚杆喷射混凝土对整体陡坎坡面进行锚喷防护。

(5)平式泄水孔

坡体系统加固完成后，在坡体下部及现挡墙中部施工两排平式泄水孔，泄水孔长度15m。

(6)坡脚挡墙

在已被滑坡体剪断的挡墙基础上，修筑坡脚矮墙，矮墙高度1.5m，墙背设置纵向排水盲沟，墙身预留泄水孔。

(7)坡面绿化

坡面绿化：自然绿化。

5.3 监测方案

为确保施工安全，检验加固效果，掌握坡体动态，要求建立监测系统，对坡体进行监测，用监测结果指导安全施工，并把监测获得的信息及时反馈到设计方，以便完善设计工作。

5.4 施工顺序

安全预警措施建立→测量放样→树根桩施工→深部位移监测孔施工→一期锚杆施工→二期锚索施工→三期锚杆施工→陡坎放坡并进行锚杆喷射混凝土→平式泄水孔施工→截水沟施工→清除滑体→坡面绿化→坡脚挡墙施工→损毁路面恢复→开通车道。

6 结语

公路因雨水造成的冲刷水毁是最为常见的和多发的病害之一，是造成公路路基损坏的主要因素。本段岩质高边坡稳定性差，逐渐发展成了滑坡，经过对滑坡的治理，通车运营至今，本段边坡未见失稳迹象，表明该治理措施合理，现场效果证明了该方案的有效性。