山区高速公路路堑边坡处治方案研究与应用

朱卫棉

(中南林业科技大学 土木与建筑工程学院，湖南 长沙 410004)

1 工程概况

本工程为贵州省毕都高速公路法窝互通处左侧山体开挖形成的路堑边坡。该边坡平均坡度约30 ℃，山体岩石裂隙发育，施工过程中坡面出现多条地裂缝，局部出现过坍塌，为潜在不稳定山体斜坡。

由于持续降雨影响，山体出现严重下滑，边坡上部出现多处开裂剪出面，滑移体上部多处地裂缝，且有不断扩大趋势。根据现场勘察，此次滑坡主体为灰岩错落体山体，以岩溶发育强烈的灰岩错落体及裂隙发育的砂岩为主，下部为裂隙发育的含炭质的泥灰岩和炭质泥岩，其中间为夹泥灰岩和砂岩。边坡在滑移作用下中部形成宽缓的平台，后缘形成了滑坡陡坎，陡坎开裂处多见岩溶发育。初步判断该边坡仍处于欠稳定状态，需要采取及时有效的处治措施。

2 边坡滑移成因分析

(1)地形及岩性

边坡位于峰林谷地岩溶地区，开挖处地形坡度较陡，具有较大的高差。根据地质勘察报告，该边坡基岩地层主要由为灰岩，砂岩，泥灰岩等组成，其矿物成份具有一定的亲水性，且抗风化能力差，裂隙发育，在降雨等条件下较容易形成软弱带。

(2)水文条件

该地区地下水可分为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水两大类，降雨时大量的地下水下渗入岩体中，常年雨水冲刷，导致堆积块石接触面溶蚀严重，结构松散，抗剪强度降低，改变了岩体的性质和强度，容易形成崩滑堆积体。

(3)施工开挖

由于该边坡属于公路开挖区，人为的开挖使山体临路侧形成了临空面，原有的山体结构被破坏。同时，山体开挖过程中采取了爆破手段，产生振动作用，也影响了山体的稳定性。

综上分析，本次边坡滑移的主要原因为连续强降雨条件下，地表和地下排水不畅，导致岩体底部泥岩浸水软化，强度降低，在自重作用下发生的整体滑移，次要因素是人工开挖中爆破和扰动形成了临空面，破坏了原因的平衡状态，可以判定为大型错落体推移式滑坡。

3 边坡稳定设计抗力计算

(1)控制断面与参数的选取

由于该路堑边坡开挖范围较大，进行稳定性分析可选取主控断面剖面为重点进行计算。该边坡主控断面剖面图如图1所示。

图1 边坡主控断面剖面示意图

边坡岩土力学计算参数的选取采用建议值岩土体参数综合现场及室内试验结果以及参照工程经验值确定，计算参数选取如表1所示。

表1 岩组岩体力学计算参数值

(2)边坡下滑力计算

结合该边坡失稳原因，可认为该边坡滑动方式为沿下伏基岩面折线滑动模式。因此，可采用传递系数法来计算和分析该边坡到达稳定状况下的下滑力。该边坡滑动面可按照不同接触关系可分为三部分，即后缘陡崖下灰岩错落体与后缘灰岩原岩体之间接触面，主体部分为泥岩顶面与错落体底面接触面，前缘为顺层反翘剪出面。传递系数法计算公式如下：

Fs=

(1)

其中：

RDi=γwhiwLisinβsin(αi-βi)；

TDi=γwhiwLisinβicos(αi-βi)

Rn=(Wn(cosαn-Asinαn)-RDn)tanφn+CnLn

Ψj为传递系数，按下式计算：

Ψj=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)×tan(φi)

(2)

式中：Wi为第i条块的重量(KN/m)；Ci为第i条块内聚力(KPa)；φi—第i条块内摩擦角；Li为第i条块滑面长度(m)；αi为第i条块滑面倾角；A为地震加速度(重力加速度g)；Fs—稳定系数。

图2 剖面条分计算示意图

根据本滑坡工点的发生条件和发展特征分析，本滑坡是连续降雨和前缘开挖临空共同因素作用下发生的推移式滑坡，发生时间具有突变性，快速发展时间较短，之后变形趋缓。边坡出现滑坡时，处于连续强烈降雨天气下，滑动面位于地下水位以下，处于饱和状态。

根据公路路基设计规范，正常条件下高速公路边坡稳定性验算的安全系数可取为1.20～1.30，暴雨状态下的工况下安全系数可取用1.10～1.20。当前边坡暂未继续发生明显的位移，滑坡治理后的稳定工况与目前现状基本一致，综合考虑本段滑坡治理验算安全系数可取为1.2。

表2 不同安全系数下的剖面验算结果

4 处治方案比选与评价

边坡处治方案一般分为降低下滑力和增大抗滑力两大类。降低下滑力的方法一般为清方减载，降低滑坡体自重以降低下滑力，例如清方减重法，着重清除对滑坡下滑力贡献较大的位置的滑体土石方。增大抗滑力的方法有反压、锚固、支挡或改良滑动面性质(深层排水、注浆等)。针对该边坡特点和滑坡机理，边坡处治方案设计主要考虑“抗滑桩支挡”与“清方反压”两个方案进行比选研究。

4.1 抗滑桩支档

考虑边坡体前缘即位于错落体前缘，受构造作用和地质作用影响，地层和岩体分布杂乱，错落体和原始地层间存在孤石和挤压、翻转岩层，结构面发育杂乱，稳定性和参数各向异性特征明显且难以量化估算等因素，采取抗滑桩支挡设置于边坡体中段即主线右侧路基边缘处。

根据剖面计算剩余下滑力结果，本方案设计抗滑桩埋入地下约30 m深处的滑动面位置。因滑动面位于错落体底面处，原始地层与错落体接触面存在较为明显的起伏，同时岩层存在水平的不同的岩性的接触面，抗滑桩需穿这些潜在的不利层面。

取F=1.20进行设计验算，采取抗滑桩方案单桩长度需在20 m以上，锚固段长度不小于12 m。该段(K207+720～K207+860)内共需设置宽4 m高7 m长20 m桩间距3 m的抗滑桩共22根。

4.2 清方反压

清方反压方案是通过采取滑坡体上部减重措施来清除滑坡体起挤压作用，提供下滑力来源的后段，保留起阻滑作用的前段。同时，通过将部分清方土体，根据路基施工情况进行回填反压，对现有土石方资源进行有效利用。具体实施措施如下：

①拟定不同的清方刷坡线，分别对控制性典型横断面进行稳定性和剩余下滑力验算，根据验算结构进行清方线高程的调整，并确定清方线，从路基右侧边坡第二级平台即高程处开始放坡。

②放坡采用宽平台直至后缘陡崖处，考虑到降雨防止过量雨水下渗降低岩体强度，可将平台设计以5%坡度进行放坡，加速地表排水。

图3 清方反压处治方案示意图

表3 两种方案主要技术经济指标

③后缘陡崖边坡具体根据基岩起伏情况按1∶1进行分级放坡，刷坡过程中需尽量清除错落体和后缘表层堆积体，保留完整厚层灰岩原岩。清方后陡崖下最上一级边坡高度在30～40 m之间，清方后坡面采用框架锚杆内喷混植草。

④对清方后的土石方处理后进行分层填筑压实，按照路基实际情况设置回填高度。

综上所述，两种方案均能满足该边坡稳定性的要求，但经对比分析可知，采取“清方反压”方案较的抗滑桩支挡方案总造价节约40%以上，且施工难度较小，周期更短，同时可以避免后续施工工程中因外界条件变化导致支挡结构失稳的长期风险。因此，该边坡处治时采用清方减载结合堆填反压的方案更为经济、合理。

5 结 论

(1)通过对山区高速公路高路堑边坡失稳原因进行分析，结合该边坡失稳的特征，采用传递系数法分别计算了正常工况和暴雨工况下边坡下滑力，为处治方案设计和选择提供了依据。

(2)根据边坡稳定性验算要求，针对边坡特点分别设计了“抗滑桩”支挡和“清方反压”两种处治方案。经对比分析，采用“清方反压”方案既能达到稳定性要求，施工难度和风险小，较支挡方案更适用于该项目。