某山区公路路堑滑坡稳定性分析及处治措施研究

姚 广，田立华

（1.山西省交通科技研发有限公司，山西 太原 030032；2.山西清誉环保工程有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

山区公路挖方边坡段在人工开挖和自然环境因素的影响下，经常会出现边坡失稳滑移、塌方等地质灾害，严重危害着公路的安全运营[1-2]。正确分析山区公路建设中滑坡产生的原因，合理制定滑坡处治方案，并总结滑坡治理中的成功经验，显得尤为重要。本文以某公路K18+965—K19+100 段滑坡为研究对象，通过勘察调绘等手段研究分析了该滑坡的形成原因，基于传递系数法进行稳定性分析计算，并结合滑坡特征制定抗滑桩的处治方案。

1 工程概况

某公路K18+965—K19+100 段采用挖方路堑形式自滑坡前缘通过。公路路基路面铺筑完成后不久，路面发生拱起3 m 左右，经过几次的维护，该路段反复拱起，仍未能达到彻底根治效果。为保证行车安全，对路段滑坡进行处治。

2 滑坡特征及地质条件

图1 滑坡主轴工程地质断面图

该滑坡地势西北高东南低，海拔高程1 367～1 421 m，相对高差54 m。区域地质构造复杂，黄土冲沟发育，地震活动水平较低。

滑坡周界呈不规则椭圆形，主轴长度约155 m，横向宽度约135 m，平均厚度约9.0 m，主滑段滑面产状148°∠7°。剪出口位置处在现公路路面下10 m 左右处。经钻孔揭示，该滑坡的地层由上而下分别是：

a）粉土① 灰黄色，较松散具大孔隙，垂直节理发育。具湿陷性，易垮塌。厚度0.9～1.4 m，局部缺失。

b）粉质黏土② 褐黄- 黄褐色，硬塑- 可塑，垂直节理较发育。

c）粉质黏土③ 褐红色，夹薄层黏土，上中部可塑，下部软塑，含水量22.3%。

②③两层粉质黏土为滑坡主体地层，在滑坡段一般厚度7.5～10.3 m，局部稍薄。

d）铝质泥岩④ 灰白色，泥质结构，层状构造，为极软岩，全风化- 强风化，一般厚度1.6～4.5 m，局部厚约0.6 m。该层为滑坡滑床。

滑动带位于③层粉质黏土和④层铝质泥岩的土岩交界面处。

e）砂岩⑤ 灰白色，中粒结构，层状构造，强风化，较破碎，厚度3.9～6.6 m。

滑坡地层及特征如图1 所示。

3 滑坡成因分析

结合滑坡各方面特征及其工程地质条件，可以分析滑坡形成的主要原因有[3-4]：

a）构造因素 岩层倾向与边坡倾斜方向一致，即出现了对边坡极其不利的顺层现象，岩层上覆较松软的覆盖层有向路基滑动的天然优势，这是滑坡形成的根本原因。

b）施工因素 由于路线以挖方形式通过滑坡前缘，使坡体出现临空面，削弱了坡脚处的支撑，破坏了坡体的天然平衡状态，是导致滑坡滑动的直接原因。

c）降雨因素 路堑开挖下切，岩土体应力释放，导致土体内孔隙增大，使地表水更容易下渗。雨季的经常性降水使滑坡体重度增大，并且作为滑床的④层含铝质泥岩隔水性较强，水易在泥岩层面上滞留，一方面使土体软化，另一方面也为土体下滑起到了润滑作用。这也是滑坡形成的重要原因。

4 滑坡推力计算

4.1 滑坡稳定性分析

该滑坡为典型的沿土岩结合面滑动的滑坡，滑坡的工程稳定性分析如下：

路线工程处在滑体前部，并以挖方形式通过，挖深约2.30 m，对前缘剪出口有扰动，并对前缘抗滑段有减载效应，另外路面常有拱起现象，系为滑坡向下滑动与前缘土体挤压所致，加之本工程对坡体稳定性要求较高，故通过滑体的路基工程稳定性较差。

4.2 推力计算

4.2.1 计算范围的确定

滑坡体计算选取主轴断面进行计算，计算后缘为滑坡体后缘破裂面，后缘破裂面的角度取45°+φ/2。

4.2.2 c、φ 值的选取

推力计算滑体力学参数在参考经验值和实验数据的基础上，采用反算值。根据调查，该滑坡近年来前缘有过蠕动现象发生，因此在计算时将其目前稳定性定性为极限平衡状态，稳定系数取Fs=0.99。

滑动带铝质泥岩易于吸水软化，由于决定滑带土产状的滑床相对固定，因此在滑带土被软化后，抗剪强度中的φ 值一般相对较为稳定，而c 值变化较大，因此，计算中首先假定φ 值并反算c 值。在主轴断面上联立反求得滑带土c=17 kPa，φ=8.0°。

4.2.3 岩体密度

经取样试验并结合经验值，密度平均值采用19.0 kN/m3。

4.2.4 附加力

滑坡区地震基本烈度为Ⅶ度，应考虑地震力的作用[5]。地震力大小由地震基本烈度确定，选择最不利情况，假定地震力的方向水平指向坡外，其计算结果为地震情况下的滑坡推力。

4.2.5 推力计算

计算滑坡推力时，考虑地震影响后安全系数分别取1.20 和1.30。计算过程使用“理正岩土工程系列软件”，滑体按折线型滑动面计算。

图2 滑坡计算模型示意图

采用不平衡推力传递系数法计算，计算模型如图2 所示。剩余推力计算公式为：

式中：Ks为安全系数。

参数选取及计算结果见表1。

表1 滑坡推力计算结果表

5 滑坡处治工程设计

根据实际情况并考虑经济合理原则，对本滑坡采用平整坡面后设置抗滑桩支挡的处治措施，在安全系数采用K=1.2 的条件下，剩余下滑力为852 kN/m，且滑动面距离地表深约10.5 m，应采用抗滑桩支挡[6]。

5.1 抗滑桩设计

工程实际中抗滑桩截面形状以矩形为主，但是本次设计考虑到方孔桩需人工挖孔，而滑体内部部分地层分散性大容易垮塌，成孔难度较大，人工挖孔危险系数较大，故而采用了机械成桩的圆孔抗滑桩。桩截面直径采用2.2 m。抗滑桩的桩长根据滑动面的位置以及桩端应深入稳定、较坚硬的岩层中来确定。本滑坡滑动面深约10.0 m，桩端深入较坚硬的砂岩中约2.5 m。桩中心间距为4.5 m，桩边缘距该公路边缘7.0 m。抗滑桩布设位置如图3 所示。

图3 抗滑桩布设位置平面图

5.2 排水设计

距离卸载边坡脚设置矩形边沟，沿卸载坡脚后缘5.0 m 范围内设置1 道截水沟，每级平台均设置平台截水沟，将地表降水排出滑坡范围以外。截水沟采用矩形断面，用C20 混凝土浇筑，沟深0.5 m，壁厚0.2 m，底厚0.15 m。

6 结论及建议

a）本次滑坡形成的主要原因在于边坡倾向与岩层倾向基本一致，即出现了“顺层现象”，尽管坡度较缓，但仍由于路堑开挖卸荷和水的诱导等作用，导致了滑坡的形成。路线自滑坡前缘通过，须采取防护措施。

b）根据实际情况，综合考虑施工安全和经济合理原则，对本滑坡采用圆孔抗滑桩的处治措施。