闽南某高速公路滑坡治理方案设计与比选

■杨为品

(福建省交通规划设计院，福州 350004)

0 引言

近年来随着我国交通基础建设的广泛开展，公路交通网日趋完善，特别在丘陵和山区建设中，涉及的边坡工程中的滑坡日益增多。对于工程技术人员，滑坡治理设计方案如何选择显得尤为重要。

1 滑坡区工程地质、水文地质

福建泉州地区某高速公路边坡原设计为三阶，边坡坡率均为1∶1.25，采用路堑拱型骨架植草灌防护。受“莫兰蒂”、“鲇鱼”等超强台风带来的连续强降雨影响，最终失稳形成滑坡，如图1所示。

图1 滑坡体

1.1 工程地质条件

该滑坡位于闽南丘陵地区，局部为低山地貌，地形上由山岭、河谷、台地组成，滑坡产生地段坡形起伏变化总体坡向 60～70°，坡体地形起伏较大，坡度 20～35°，场区未见有断裂构造带发育。滑坡区地层主要为侏罗系南园组(J3n)凝灰熔岩。表层由坡残积土组成，厚度约9.0～17.0m，呈稍湿、可塑状态。坡面可见大量孤滚石分布，块径以0.5～2.0 m为主，部分达5.0～8.0 m，呈次圆形；其下分别为全风化-砂土状强风化凝灰熔岩、碎块状强风化凝灰熔岩、中-微风化风化凝灰熔岩。

1.2 水文地质条件

滑坡体未见地表水流，多处见积水分布。积水处为滑坡鼓丘形成封闭洼地，地下水渗出补给形成积水，坡体渗水总流量约25m3/d。该坡体所属山脉近南北走向，植被发育，汇水面积较大。滑坡区的地下水类型为风化带孔隙裂隙水，地下水赋存于基岩风化带的孔隙裂隙中，自西向东排泄。地下水的补给来源主要为大气降水，调查期间见有地下水沿岩土层层面渗出。

2 滑坡概况及机理分析

2.1 滑坡概况

目前滑坡前缘为大量堆积体，滑坡以土质(崩坡积粉质粘土、残积砂质粘性土及全风化凝灰熔岩)为主，夹杂大量孤石，前缘滑坡周界明显，滑坡后缘错台高约3～4 m，坡脚渗水，坡体前缘松散，坡脚可见多组不利结构面(33°∠80°、46°∠72°、345°∠26°、357°∠38°)，剪出口明显。坡顶电杆疑似倾斜，后山坡面分布较多台阶状小陡坎，同时分布大量孤滚石，坡残积及全风化层均为高液限土。推测深层滑体最大厚度约17.4m，坡度约10～20°，滑向60～70°，滑坡总体方量约为88000m3。滑坡平面上总体呈不规则的圆椅形，剖面呈不规则弧型，该滑区现状临界稳定，滑坡主轴方向约60°，主轴长约176m。

根据地质勘察报告及现场踏勘，推测潜在滑动区为沿下伏强风化岩层滑动，滑坡病害主要表现在前缘，如不及时进行治理，具备向后牵引发展成更大规模滑坡的物质条件。为及时跟踪滑坡变形情况同时为后期治理提供可靠资料，布置了10个深孔位移监测孔(JC1～JC10)，如图2所示。

图2 滑坡平面

2.2 滑坡破坏模式

滑坡区为丘陵低山地貌，为顺坡向地层，高差较大，坡体表层孤滚石发育，地层成分复杂，且坡残积粘性土层-全、强风化土层均为高液限土层，在饱水后软化严重，土体结构强度低，极易形成贯通的软弱滑动带；深层上坡体土岩交界明显且存在陡倾岩面，在降雨等不利工况下，容易在土岩交界发生蠕滑变形，从而后缘形成张拉裂缝形成滑坡。

该滑坡按滑体厚度和滑体体积划分属于中层滑坡和中型滑坡，按运动形式属于牵引式滑坡。

2.3 滑坡影响因素

根据勘察报告及现场踏勘综合分析，滑坡病害系多种因素共同作用造成的，主要有以下几方面：

(1)滑坡体主要由残坡积粘性土层与全风化岩组成，夹大量孤滚石，土体成分复杂，极易产生层间和软弱结构面，天然状况下岩土体的稳定平衡条件较差。

(2)本场地范围内土层(残坡积粘性土层-全、强风化土层)均为高液限土，饱水易软化从而形成滑塌，坡体开挖后受大气环境干湿交替作用出现崩解。坡面表部岩土体结构松散，雨水的入渗补给，进一步降低了岩土体的强度。

(3)该滑区坡体水位埋藏浅(约2.3～9.3m)导致坡体表层残积粘性土及全风化土层长期处于饱水状态，岩土结构软化严重，土体内易形成软弱带。

(4)降雨是触发和形成滑坡的主要因素。由于坡面排水条件不良，长时间的降雨，一方面对斜坡岩土体进行冲刷和软化，另一方面补给地下水，使其水位迅速升高，造成岩土体长期处于饱和软化状态，导致岩土体重度增加，抗剪强度降低，最终导致滑动面形成。

(5)场地原始地形较为平缓，施工开挖造成的边坡坡率较陡，其坡角大于等于岩土层不利结构面倾角，在坡脚处形成了较陡的临空面。

3 滑坡稳定性分析

3.1 滑动面确定

根据深孔(JC1～JC10)位移监测报告以及地质勘察报告，推测潜在滑动区为沿下伏强风化岩层滑动，滑体岩性主要为崩坡残积粘性土层，夹大量孤石及全风化岩，滑床岩性为强风化岩。推测滑坡潜在变形范围：沿线路宽度约110m，垂直线路方向长度约176m，潜在滑动面为砂土状强风化凝灰熔岩顶界，平均深度约21m，设防滑动面为碎块状强风化凝灰熔岩顶界。

3.2 计算参数选取及稳定性计算分析

结合地质勘察资料，以滑坡体所处的临界稳定状态安全系数Fs约为1.0来反算岩土体力学参数，详见表1。选取典型断面BK0+460断面进行临界状态稳定性分析，计算结果如图3所示。

表1 岩土体力学参数表

图3 加固前安全系数

4 滑坡治理方案设计与比选

结合以上分析，该滑坡治理设计过程中须注意下几点：

(1)滑坡体表层为高液限土，具有渗透性低、细颗粒含量高、膨胀性高、浸水强度低、水稳性差等工程特性，导致路堑高液限土边坡不论边坡高低均容易产生溜塌、冲蚀等病害，同时滑坡坡脚长期渗水、地下水丰富，因此应尽可能减小坡体开挖面减缓边坡坡率，加强截排水措施。

(2)滑坡后山较高且存在多道平台，分布孤滚石，存在崩坡积迹象，设计时应注意减少边坡高度，避免对后山的扰动。

(3)上陡下缓的陡倾岩面，在不利工况下极有可能发生深层滑动的可能，设计时除了对潜在滑动面的边坡稳定进行把控外，更应当注意深层设防滑动面边坡稳定的计算分析。

下文提供两个治理方案以供比选。

4.1 方案一：双排椅式刚架抗滑桩+支挡工程

(1)滑坡体第一阶双排椅式刚架抗滑桩段落桩前设置1∶0.5坡率C15片石砼护面墙，滑坡体两侧无抗滑段落设置1∶0.5坡率C15片石砼挡墙。

(2)滑坡体第一阶平台布置双排椅式刚架抗滑桩，外桩高出路面8m，排桩间距6～7m(其中滑坡主滑方向滑坡推力较大段落桩间距6m，滑坡两侧推力较小段落桩间距7m)。外桩与内桩净距5m并采用截面尺寸为2.2m×2.2m连系梁进行连接。平台以下部分抗滑桩采用直径为2.2m圆桩，平台以上靠山侧抗滑桩为高6m截面尺寸2.2m×2.2m的方桩。整体桩型呈“h”状，采用C30砼现浇，桩间土采用0.44m厚C30钢筋砼板防护。

(3)因桩板后为高液限土，泡水后强度骤降，板后排水显得尤为重要，故桩板后按回填砂砾兼做排水通道，并在坡体两侧设置出水口。

(4)第一阶坡脚以及桩间板位置均设置仰斜式排水平孔，长分别为25m、15m(排水平孔原则上应伸入滑动面富水层)，排水平孔间距均为5m。滑坡外缘设置环向截水沟，截排后山雨水。桩后土体坡面原裂缝平整夯填封闭后采用拱型骨架植草灌进行绿化。

(5)典型断面BK0+460加固后沿潜在滑动面滑动的边坡安全系数为1.224，沿深层设防滑动面滑动的边坡安全系数为1.213，如图4～5所示。方案一典型断面设计示意图如图6所示。

4.2 方案二：分级刷坡+锚索抗滑桩+支挡工程

(1)从第一阶到第六阶坡面分别按 1∶0.5、1∶1.5、1∶1.5、1∶1.5、1∶1.5、1∶1.5 进行分级刷坡。 考虑滑坡表层土为高液限土，泡水极易失稳，每级边坡高度按6m设置，同时结合地面线情况酌情设置宽平台，以刷除前缘溜塌松散的滑坡体。

(2)第一阶设置1：0.5坡率C15片石砼挡墙，因坡脚泡水导致挡墙基础承载力不满足设计要求，考虑基底换填碎石垫层。

图4 方案一 加固后沿潜在滑动面边坡安全系数.

图5 方案一 加固后沿设防滑动面边坡安全系数

图6 方案一 典型断面设计示意图

图7 方案二 加固后沿潜在滑动面边坡安全系数

图8 方案二 加固后沿设防滑动面边坡安全系数

图9 方案二 典型断面设计示意图

(3)因滑坡前缘覆盖层厚，无稳定地层，若抗滑桩往前缘布置，势必带来桩长的加长、桩截面的加大和桩头的超长锚索，经济极不合理，故考虑第三阶平台布置锚索抗滑桩，桩截面尺寸2m×2.5m～2m×3m(其中滑坡主滑方向滑坡推力较大段落桩截面尺寸2m×3m，滑坡两侧推力较小段落截面尺寸2m×2.5m)，桩间距6m。

(4)抗滑桩桩头露出平台2m，桩头采用3孔预应力锚索，预应力锚索钻孔孔径Φ150mm，6束钢绞线锚索，锚索设计拉力700kN，桩头锚索锚固段进入中-微风化凝灰熔岩不小于10m，桩身采用C30钢筋砼浇筑，桩底嵌固段进入中-微风化凝灰熔岩层不小于8m。

(5)桩顶坡面设置4孔8m×6m预应力锚索框架，锚索钻孔孔径Φ150mm，6束钢绞线锚索，锚索设计拉力700kN。

(6)第一阶坡脚设置仰斜式排水平孔，排水平孔长度25m，间距5m。第二阶坡面设置支撑渗沟，渗沟宽度2m，间距6m。滑坡外缘设置环向截水沟，截排后山雨水。其余坡面均采用拱型骨架植草灌进行绿化。

(7)典型断面BK0+460加固后沿潜在滑动面滑动的边坡安全系数为1.218，沿深层设防滑动面滑动的边坡安全系数为1.208，如图7～8所示。方案二典型断面设计示意图如图9所示。

4.3 方案比选

(1)方案一具有造价较低，无需额外征地，可以立即组织进行防护工程施工，双排椅式刚架抗滑圆桩机械成孔工艺简单安全等优点；但须待双排抗滑桩施做完成后方可移除桩前土体，进行路面施工，综合工期较长。

(2)方案二的优点是可以刷除前缘松散滑坡体，坡脚挡墙与锚索抗滑桩可同时施工，并可及时进行路面铺设，加快施工进度，综合工期较短。缺点是造价较高，刷方量较大，征地面积较大，需要补征弃土场；滑坡体上进行人工挖孔桩施工风险较大；同时因坡体孤石、风化岩核较多，锚索施工难度大，锚固工程质量较难保证；考虑滑坡体表层为高液限土，遇水易发生失稳破坏，分级刷坡若不及时防护暴雨等不利工况下极有可能出现溜塌导致滑坡裂缝往后牵引，从而引发更大规模的滑坡。

图10 治理后滑坡现状

综合考虑安全、造价、工期等因素，经专家论证，最终推荐方案一作为治理方案，为加快施工进度，抗滑桩采用旋挖机械成孔，缩短了工期保证了安全，最终顺利完成了该滑坡的治理，如图10所示。

5 结语

目前，该高速公路已通车，根据后期深孔位移监测报告，滑坡体位移日渐收敛并趋于稳定。作为滑坡治理设计人员，须加强现场踏勘同时密切结合地质报告及监测资料，对滑坡的滑动机理、影响因素、破坏模式、滑动面确定等设计要点加强把控，进行方案比选分析，使设计方案更加安全、经济、合理。