正山滑坡病害治理设计及可行性分析

金 磊，李晶晶

(湖北理工学院 土木建筑工程学院，湖北 黄石 435003)

滑坡是自然界中分布最广泛、发生率最高的地质灾害之一，是全球性的地质灾害。我国是多山国家，滑坡灾害尤为严重[1-2]，每年因滑坡灾害造成的经济损失超过100亿元人民币[3]。随着人们不断地改造和利用自然环境，在道路建设、矿山建设、水利水电建设等各工程领域都遇到了大量的边坡工程，如若处理不当，不仅会造成巨额的经济损失，还将存在着极其深远的无形或隐伏的间接影响，如增加居民心理负担、影响社会安定、导致生存环境恶化、加剧各种自然灾害的发生、引发次生灾害等。因此，研究边坡的稳定性，对如何预防滑坡灾害的发生，以及滑坡后如何进行治理以保证边坡工程的安全稳定，都具有十分重要的现实意义。

国内外对滑坡机制及其防治措施的研究工作已取得了十分丰硕的成果[4-7]。目前滑坡防治工程措施主要有削坡减载、反压工程、锚固工程、挡墙、抗滑桩工程等。各种滑坡防治措施都有其优缺点，随着实践经验的积累和理论研究的深入，新的思路、理论和方法不断丰富着已有的研究成果，各种防治措施也在得到不断优化。格构锚固技术[8-10]是一种相对较为新型的边坡防治技术，它是由框格护坡与锚固工程2种滑坡防治措施有机结合发展而成，通过在框架内植草灌，起到防护绿化双重效果。

本文基于滑坡区域的岩土工程勘察资料，分析滑坡形成原因，根据各滑坡防治工程的优势，提出采用卸载刷方、预应力锚杆框架结合路堑挡墙方案对滑坡进行治理，并从多角度论证该方案的可行性。

1 滑坡区基本特征及形成原因分析

1.1 滑坡区基本特征

正山滑坡在平面上呈现“舌”状，滑坡体长和宽均约100 m，平均厚度5～15 m，滑坡的后缘发育一条弧形裂缝，其延伸长度约104 m，宽2～5 cm，滑坡全貌如图1所示。在持续降雨的作用下，滑坡周界已初步形成，主滑方向282°，滑坡的中后部见挤压破碎带，呈灰黑色、灰褐色，有挤压滑动痕迹，滑坡正处于蠕滑挤压变形阶段[11]。滑坡平面分布图如图2所示。滑坡由前、后2级组成，其前级的滑动牵引着后级的滑动[11]，该滑坡属于中型牵引式土质滑坡。

图1 滑坡全貌

图2 滑坡平面分布图

由钻孔揭露，滑带土由灰黄色坡积含碎石粉质黏土、棕黄色残积砾质黏性土和灰黄色砂土状强风化粉砂岩组成，其中含碎石粉质黏土分布于滑带中部，潜在滑面埋深1.4～15.6 m[11]。

1.2 滑坡形成原因分析

由于路堑边坡的开挖，使坡脚地带形成了高陡的临空面，降低了坡体的抗滑能力。坡体的主要岩土体为残积砾质黏性土及强风化粉砂岩，其风化剧烈、稳定性极差。由于残积土及强风化岩富含亲水矿物，易发生遇水软化；再加上粉砂岩层面顺倾，岩体不利结构面发育。在持续降雨的情况下，雨水通过结构面进入坡体，使土体软化，强度降低的同时，增大了岩土体容重，增加了下滑力，从而使边坡发生失稳滑动。

2 滑坡治理方案设计与可行性分析

根据《滑坡防治工程设计与施工技术规范》(DZ 0240-2004)[12]，滑坡防治工程须进行技术经济论证，采用先进的技术和方法，使工程达到安全可靠、经济合理、美观适用的效果。同时，从技术可行、经济合理，以及社会、环境等因素对防治工程进行2个以上方案的分析论证、投资估算，确定优化方案[12]。

通过方案比选，本方案采用卸载刷方、预应力锚杆框架结合路堑挡墙方案对该滑坡进行治理。

2.1 方案说明

减载反压即将滑坡主滑段和牵引段的土石方挖除减重，并反压于抗滑段及前缘，这是最经济有效的处理方案。减载反压与支挡工程结合，能减小滑坡推力，减少支挡工程量，从而节约投资。削坡的目的在于减少滑坡体后缘荷载，但需注意的是减重不能引起上部和两侧山体新的变形，对于多级牵引式滑坡，不能因前级减载引起后级滑动。反压应有一定高度，不能造成滑坡“越顶”滑动[13]。

预应力锚杆框架梁是通过对锚杆施加预应力，增强滑坡体法向应力的同时减少滑坡的下滑力，其锚杆也是通过锁定头设置在钢筋混凝土框架梁上来对边坡进行加固。在加固坡体的同时，通常结合框架内进行植草灌，达到绿化防护双重效果。

本方案考虑在前级滑坡后缘附近开挖高8 m、坡率1∶1.0的斜坡，挖除土石方约每延米70 m3，同时设置14片6 m×8 m的锚杆框架网格梁加固，框架内及两侧采用客土喷播植草灌技术，锚杆设计拉力为350 kN，采用直径120 mm钻孔，4孔预应力锚杆。坡脚采用4 m高的仰斜式路堑挡土墙。路堑挡墙如图3所示。主断面治理方案简图如图4所示。

图3 路堑挡墙

图4 主断面治理方案简图

2.2方案可行性分析

2.2.1安全性评价

根据《公路路基设计规范》(JTG D30-2015)，边坡稳定性计算应分成以下3种工况[14]。

1)正常工况：边坡处于天然状态下的工况。

2)非正常工况Ⅰ：边坡处于暴雨或连续降雨状态下的工况。

3)非正常工况Ⅱ：边坡处于地震等荷载作用状态下的工况。

路堑边坡稳定安全系数见表1。路堑边坡稳定性验算时，应根据公路等级计算路堑边坡在3种工况(正常工况、非正常工况Ⅰ、非正常工况Ⅱ)下的稳定安全系数，其稳定安全系数应满足表1规定的相应的稳定安全系数要求，否则应对边坡的支护方案进行调整。

本方案模拟暴雨工况所采用的岩土体参数，依据《岩土工程勘察规范》(福建省工程建设地方标准)按折减系数0.95计算。不同工况下滑坡岩土体参数指标见表2。滑坡场区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05 g。模拟地震工况时，在正常工况基础上设置了0.05 g的地震水平加速度值。省道S206属于二级公路，其路堑边坡稳定系数应满足表1相应要求。正山滑坡存在既有滑动面，但经过治理后，存在沿着潜在滑动面发生滑动的可能，因此本文既开展了对既有滑动面的稳定性评价，也采用自动搜索滑动面方式对潜在滑动面进行稳定性评价。加固工程在不同工况下边坡安全系数见表3，可见该治理方案满足规范要求。

表1 路堑边坡稳定安全系数

表2 不同工况下滑坡岩土体参数指标

表3 加固工程在不同工况下边坡安全系数

2.2.2治理效果及可行性评价

1)卸载。本设计在前级滑坡后缘附近挖除土石方量约7 000 m3，大大降低了土体的下滑力。如前所述，减载反压是最经济的处治措施，此方案刷坡工程量较大，较为经济。由于刷方量大，施工需要大型机械进场。正山滑坡处于省道S206东南侧山体中，交通便利。

2)格构锚固工程支护。本设计在前级滑坡后缘附近开挖了坡率1∶1.0的斜坡，以及宽13 m的平台，并用预应力锚杆框架梁支护开挖的斜坡，加大了滑坡的抗滑力，起到“强腰”效果。格构锚固工程的工艺已较为成熟，锚杆设计锚固地层为中风化粉砂岩，具有较好的粘结强度，但精轧螺纹钢筋防腐性能较差，需要防腐处理。

3)路堑挡墙支护。本设计在滑坡坡脚处设置高4 m的重力式挡墙结构，加大了坡脚的抗滑力，提高其稳定性，起到了“固脚”效果。重力式挡墙高4 m，施工较为方便。进行了挡墙的抗倾覆、抗滑移、地基承载力、墙身强度和抗震验算，均满足规范要求。

4)排水措施。本设计在坡顶设置2道截水沟，以防止地表水下渗；坡顶简易公路靠山侧、边坡坡脚处均设置一条排水沟，并接入地表排水系统；坡体第一阶坡脚处设排水平孔，可以极大降低暴雨工况下的降水以及地下、地表水对土体抗剪强度的削弱作用。

5)防护措施。本设计在坡顶滑坡产生的裂缝处用黏土夯填密实，以防止地表水下渗，从而降低地表水对边坡稳定性的影响；在预应力锚杆框架网格梁框架内及两侧采用客土喷播植草灌技术，利用植物的根系固定坡体的浅表层土，利用植物的茎叶防止雨水对坡面的冲刷，增加边坡稳定性的同时美化路容、保护环境。

3 结论

1)正山滑坡为中型牵引式土质滑坡，总体处于挤压变形阶段。该边坡发生滑坡是岩土体性质(残积土和强风化岩均富含亲水性矿物，遇水极易发生软化)、人为因素(人工开挖)、气候因素(持续降雨)共同作用的结果。

2)基于滑坡区域的岩土工程勘察资料，分析滑坡形成原因，并据此提出采用卸载刷方结合支挡锚固的滑坡治理方案，分别进行正常工况、暴雨工况和地震工况下稳定性分析评估，并从安全性、经济性、技术性、美观性等方面对治理效果进行可行性分析和评价，分析结果表明该方案合理可行。