山区高速公路运营期路堑滑坡病害处治设计实例

张 华，游 宏，黄晚清

(1.成都大学 建筑与土木工程学院，四川 成都 610106；2.四川省交通运输厅交通勘察设计研究院，四川 成都 610017)

0 引 言

山区高速公路建设中，受纵坡坡降和线型标准的限制，沿线分布众多规模不一的路基处治工程，其稳定性的治理是施工中所关注热点问题之一[1].理论及工程实践已证实，路基工程的稳定受制于其所处环境的地质地貌特征.作为线状建筑的公路工程，往往穿越多种不同的地形地貌单元，沿线路基工程地质结构复杂多变、类型众多，且后期运营过程中受降水、地震等环境因素影响较大，不可避免会出现大量的路基病害工点.特别是在四川地区，地形复杂多样，大部分地区地层岩性复杂，褶皱断裂发育，新构造运动活动强烈，地震、滑坡、崩塌等灾害频繁，高速公路运营阶段的路基病害处治问题尤为突出[2-4].

以川东某高速公路一处“反复发作，久治不愈”的路堑变形体为研究对象，详细讨论了病害处治的设计过程，所得成果可为同类工点的设计与施工提供类比的技术资料及参考.同时,可对运营阶段的路基病害所表现出来的特点进行梳理总结，进而探索出更适用于运营期路基病害的处治技术与方法，为同类案例的研究提供支持.

1 工程概况

川东某高速公路于2012年初通车.其KX+500～+640段采用“左侧挖方路堑”形式通过，边坡开挖坡率约为1∶1.6，最大坡高约为20 m，坡面采用4×3 m框架梁锚杆加固(Φ-28，长为12 m)，坡脚设重力式抗滑挡墙(高为5～6 m).开挖后边坡上覆平均厚度约为8 m、最大厚度为11.4 m的粉质粘土，下伏基岩为砂岩、泥岩.

据了解，该工点于建设期就曾因水患引起的稳定问题进行过至少两次设计变更；公路运营后，于2012年5月、10月分别发生局部小范围的浅层溜滑，修复后，2013年8月雨季期间，路段KX+520～+560段路堑再次发生浅层垮塌.现场调查时发现，病害段坡面原有框架锚杆加固措施基本被破坏，垮塌物堆积在坡面及挡墙平台，堑顶截水沟外发现有不连续的局部裂缝，但坡脚既有挡墙无外倾、变形及开裂的迹象.如图1所示.

初步判断斜坡总体上处于基本稳定状态，主要病害为KX+520～+560段坡面浅层垮塌与斜坡排水系统工作不良.拟定处治方案如下：①加固KX+520～+560段，清理坡面并增设4×3m框架梁压力注浆锚杆加固(Φ-32，长18m)；②完善排水系统：在既有挡墙增加泄水孔，堑顶截水沟修复贯通，增设墙顶平台处纵向排水沟，在坡面汇水较严重位置(KX+540附近)设一道急流槽，在KX+500～+640段坡面增设两排仰斜排水孔(纵向间距6 m，长15 m，梅花形布设)，改既有挡墙外侧蝶形边沟为明沟.

2014年9月，在上述处治措施施工过程中，当地多次出现强降雨，9月13日的暴雨更是达到50年一遇级别，使得坡顶截水沟以上较大范围的粉质粘土层由于排水不良处于过饱和状态，土体容重提高、强度减弱，再加上KX+520～+560段坡面施工方无前缘约束措施，造成坡脚挡墙以上坡体沿垂直公路方向发生浅层滑动.

2014年10月21日现场调查发现，滑坡范围内不均匀分布有多处裂缝，其最大宽度约数公分，形成错台高差最大可达数十公分.坡面多处区域土层含水量丰富.此外，增设的Φ-32锚杆已完成施工，框架梁仍未动工(据现场反馈，至2015年1月初，框架梁施工完成).

2 滑坡规模及特征

2014年12月地质勘察发现，KX+520～+560段滑坡特征如图2所示.

2.1 滑坡规模

该滑坡总体呈扇形分布[5]，高程338～382 m，主滑方向约为299°，轴向长约为80 m，前缘宽约为45 m，滑坡面积约为3 595 m2.据钻孔揭露，滑坡体主要物质组成为粉质粘土，最大厚度为9.7 m，平均厚约为6.1 m.

2.2 病害特征

滑床面坡度前缘较缓(约为5°～8°)，中、上部较陡(约为28°～38°).钻孔揭示滑动带位于上述粉质粘土层中，滑带土厚约为0.3～0.4 m，其范围内部分钻孔取芯断面有明显摩擦痕迹，断面处粉质粘土呈软塑状，并含块径为0.5～2 cm的泥岩颗粒.

坡面发育多条较深的弧形裂缝如图2(a)前缘剪出口造成路堑坡面中、下部新建砖砌急流槽鼓胀破坏如图2(b)；滑坡体上部、中上部坡面可见3处泉眼(勘察期为枯水季节，泉水流量较小)，泉水可由附近裂缝渗入滑坡体内.

3 病害原因分析

3.1 既有排水措施与实际病害不匹配

该滑坡位于某中河以上山体的中下部、且横坡缓于其上坡体，此位置不仅地表水冲刷严重，也成为上部坡体内地下水汇聚集中区.路堑既有排水设施不足，未能形成与该段病害相匹配的立体排水系统；且个别地段排、截水沟为土质、无任何防渗措施，也是造成路堑边坡反复病害的主要因素.

3.2 人类工程活动

当地村民在滑坡范围内(原红线外)开垦农田破坏了表层植被，灌溉农作物以及对原有截(排)水沟的破环和改线，均对坡体稳定造成不利影响.此外，2014年下半年对路堑浅层病害处治施工受阻，造成框架梁施工延误数月，未能与已打入坡内锚杆形成复合加固系统以有效约束坡面位移，加之此阶段当地多次强降雨，最终造成该路堑变形体恶化为滑坡病害.

3.3 地形及地层结构

该滑坡场地整体属构造剥蚀侵蚀低山地貌，路堑通过区域为原山体较凸出部位，修路开挖破坏了既有稳定状态.此外，该段路堑地层具明显二元结构特征，下伏基岩产状325°∠28°，其倾向与滑坡滑动方向相差26°，倾角较陡，加之上覆堆积体主要呈松散、稍密状态，斜坡易沿基覆界面或堆积层内某一较弱层面滑动.

4 滑坡稳定性分析与加固设计

该段路堑所形成的浅层滑坡，在天然工况下浅层滑面处于滑动状态.

前期滑坡处治设计中共考虑了如下3种方案进行比选.

方案1：在紧邻既有的锚杆框架梁布设3排钢管桩+截排水措施+粘土夯填裂缝.该方案有结构简单，工期短，施工技术难度较小等优点.但钢管桩以上坡体仍有越顶可能，同时，钢管桩能够提供的抗滑能力有限，不足以有效治理该段滑坡病害.

方案2：采用抗滑桩+截排水措施+粘土夯填裂缝.该方案加固强度能够与病害规模匹配，但抗滑桩需人工开挖基坑，施工周期较长且风险较大.此外，抗滑桩以上坡体亦有越顶可能.

方案3：在紧邻的既有锚杆框架梁上部区域布设锚索框架梁+截排水措施+粘土夯填裂缝.该方案治理效果较好，施工难度适中，不足之处是需新增征地约1.4亩.

在上述方案研究的基础上，综合考虑病害规模、现场可操作性、社会影响及处治费用等因素，最终确定按方案3进行滑坡处治，具体如图3～5所示.

4.1 滑坡稳定性计算

4.1.1 计算参数的确定

1)计算工况的选取

根据相关规定[6-7]，分别按天然、暴雨工况(地震基本烈度为VI度，地震动峰值加速度0.05g，故不考虑地震工况)对工点进行稳定性分析.

2)滑体、滑面参数的选取

滑体(粉质粘土)天然重度为19.3 KN/m3，饱和重度为19.8 KN/m3.

分别选取主滑断面1-1和次滑断面2-2进行反演，每个断面又各选取深层潜在滑面(基覆界面)与浅层滑面(已形成滑面)校核.参数反算中，对于深、浅层滑面，天然工况下的安全系数分别取K=1.02、0.99，计算结果见表1.

表1 滑带参数反算结果

4.1.2 加固位置处设计推力计算

设计拟于该段滑坡既有框架梁锚杆上部区域布设框架梁锚索.根据文献[5-6]，针对1-1、2-2两个代表性断面，进行滑坡推力计算，所得结果详见表2.

表2 滑坡推力计算结果

4.2 加固工程设计

由以上分析可知，1-1、2-2剖面最不利工况均为深层滑面的暴雨工况，其“设计加固位置处剩余下滑力”分别为920.7 KN/m、729.9 KN/m.

拟采用4×3m框架梁锚索加固，锚索钢绞线直径为Φ15.2 mm、强度标准值为1 860 MPa、截面积为139 mm2，单根钢绞线极限张拉荷载Pu为259 KN.根据坡面形态，锚索倾角β=25°.具体流程参考文献[8]，设计结果见图3～5.

4.3 具体处治措施

该滑坡具体处治措施如下：

1)框架梁锚索加固.在KX+516～+560段紧邻既有框架梁锚杆上部区域增设4×3 m框架梁锚索(具体布置见图3～5)，框架梁内挂网植草防护；2)增设截水沟.在距滑坡边界裂缝以外约5 m处增设一道环形截水沟，并接入既有的表面排水系统；3)粘土夯填表面裂缝；4)修复、疏通既有表面排水沟，使其形成空间排水系统；5)于滑坡体3处地下水出露点各布设3根仰斜排水孔，孔深为15 m，仰角为8°.

5 结 论

本研究以川东地区某高速公路一处“反复发作，久治不愈，并最终发展为滑坡”的路堑病害为研究实例，详细讨论了该滑坡处治的设计流程，得到以下几点认识：

1)整体来看，KX+520～+560段路堑滑坡位于表水冲刷与上部坡体地下水的汇聚集中区，“既有排水措施与实际病害不匹配”是工点病害反复发作的主要原因.2014年对再次发生的浅层病害处治过程中，因故造成框架梁施工延误数月，期间当地多次发生强降雨，使路堑变形体最终恶化为滑坡病害.此外，该段路堑地层具明显二元结构特征，堆积体、基岩的空间分布与高速公路开挖通过方向的耦合作用，对斜坡稳定亦有一定的影响.

2)协同现场调查、方案比选及计算校核结果，确定紧邻既有锚杆框架梁上部区域布设“锚索框架梁”为滑坡病害的主体加固措施.同时，针对空间排水系统的构建，提出采取如下措施处治：①在滑坡边界以外增设环形截水沟；②在既有挡墙增加泄水孔；③在墙顶平台处增设纵向排水沟；④将挡墙外侧蝶形边沟改为明沟；⑤在路堑坡面汇水严重位置设一道急流槽；⑥在路堑坡面增设两排仰斜排水孔；⑦在滑坡体3处地下水出露点设仰斜排水孔；⑧修复、疏通既有表面排水沟，贯通为空间排水网络.