某公路路基挖方边坡滑塌综合处治设计

李凤岭

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）

1 工程概况

某公路采用一级公路标准建设，设计速度60 km/h，路基宽度为24.5 m，路堑边坡采用折线形式，每级高8 m，坡率均为1∶0.75，两级边坡之间设有宽度为2 m的挖方平台。第一级边坡采用护面墙防护，第二级边坡土质部分采用植草防护。施工过程中该段边坡按照设计标高开挖基本成型后，在尚未进行防护及排水工程施工的情况下，边坡出现滑塌，沿路线方向约80 m，滑塌体积约20 000 m3，路床未见隆起，滑塌边坡两侧坡脚处有水渗出痕迹，后缘最远裂缝距坡顶开口线约22 m，裂缝处最大错台高度约5.4 m。

图1 路基标准横断面图（单位：cm）

图2 滑塌边坡典型断面图（单位：cm）

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

挖方边坡位于黄土覆盖丘陵区，场地内高程介于760～815 m之间，最大高差为55 m，相对高差5～8 m。

2.2 地层岩性

该挖方路段地层由老至新有新生界第四系、上古生界石炭系、下古生界奥陶系等，滑塌边坡揭露的主要地层情况如下：

a）黄土（粉质黏土） 浅棕红色，土质以粉质黏土为主，结构较紧密，小孔隙发育，具垂直节理，含钙质结核和少量黑色铁锰质结核，岩芯多呈柱状，切面较光滑，稍湿，硬塑。

b）强风化泥岩 浅黄色，泥质结构，薄层构造，矿物成分以黏土矿物为主，岩质软，岩体已风化近土状，岩芯呈碎块状-短柱状。

c）强风化砂岩 灰色，中细粒，砂质结构，中厚层状构造，矿物成分以石英、长石为主，节理裂隙发育，岩芯破碎，呈碎块状。

d）强风化页岩 黑色，页理状结构，页理状构造，矿物成分以黏土矿物为主，含炭质，节理裂隙较发育，岩芯呈碎块状。

2.3 地质构造与地震

该路段位于Ⅲ级构造单元吕梁-太行断块内，所处的Ⅳ级构造单元为太行山块隆，区域构造以褶曲为主，断裂活动处于相对稳定状态。地震动峰值加速度为0.05g，对应的地震基本烈度为Ⅵ度，地震动反应普特征周期0.45 s。

2.4 水文

该路段地下水类型为松散岩类孔隙水、碎屑岩类裂隙水两个水文地质单元，场地内地下水位埋深较深，地下水位位于路线设计标高之下，水文地质条件简单，对工程影响较小。

3 稳定性分析及处治方案

3.1 边坡滑塌原因分析

该边坡为一处土石二元边坡，上部覆盖0～4 m中更新统洪积层黄土，下部为石炭系上统太原组泥页岩、砂岩，岩层产状330°∠5°，基本呈水平状，与坡面小角度相交。边坡发生滑塌的主要原因是坡顶上部有地表水渗入，而边坡内发育的节理裂隙为渗水提供了良好的渗流路径，由于坡体下部存在渗透能力较弱的泥岩、页岩层，隔水作用明显，渗水无法快速排出。随着坡体内含水量的增大，泥页岩经过浸泡后软化，抗剪强度指标降低，同时挖方边坡开挖后应力释放，边坡形成新的临空面，在重力作用下挖方边坡发生变形滑塌。

3.2 滑塌推力计算

根据滑塌规模、稳定状况、周围环境，以及公路通过滑塌区的部位和公路路基类型，判断该处滑塌的危害程度为中等，防治工程安全等级为Ⅰ级，防治工程设计稳定安全系数取1.3，推力计算采用传递系数法[1]。

式中：Ti、Ti-1为第i和第i-1滑块剩余下滑力，kN/m；Ks为稳定安全系数；Wi为第i滑块的自重力，kN/m；αi、αi-1为第i和第i-1滑块对应滑面的倾角，（°）；φi为第i滑块滑面内摩擦角，（°）；ci为第i滑块滑面岩土黏聚力，kN/m2；Li为第i滑块滑面长度，m；φi为传递系数。

表1 滑面处主要计算参数

经计算该处滑塌剩余下滑力为600 kN，角度为4.45°。

3.3 滑塌处治方案

3.3.1 卸载

该处滑塌边坡规模及危害性均较小，首先考虑卸载方案，但由于距边坡坡顶不远处有工厂厂房，经协商后厂方不同意拆迁，故无法进行大规模卸载开挖。为确保上方建筑及公路路基安全应在坡体下部增设支挡防护结构，并且在进行边坡松散堆积体清除时适当增加开挖面积起到局部卸载减少下滑力的作用。

3.3.2 重力式抗滑挡土墙

从滑塌规模、施工条件、处治费用等多方面考虑，支挡防护工程采用重力式抗滑挡墙。经计算得知该滑塌剩余下滑力为600 kN，与规范中相关规定相比数值偏大，为减小剩余下滑力及开挖后路堑边坡的坡体稳定，设计采用一级边坡设置抗滑挡墙+二级边坡开挖卸载的处治方案。路堑第二级边坡高8 m，采用折线式边坡形式进行卸载，0～4 m边坡坡率1∶5，4～8 m边坡坡率1∶1.5。滑塌体按此坡率进行卸载开挖后，剩余下滑力减小为298.5 kN。分别对抗滑挡墙在滑塌推力及库伦土压力作用下的滑动稳定、倾覆稳定、基底压应力等情况进行验算，取两者中最不利的情况作为设计依据，确定挡墙断面形式，主要计算公式如下所示[2]。

基底压应力计算式:

式中：σ1为挡土墙趾部的压应力，kPa；σ2为挡土墙踵部的压应力，kPa；B为基础宽度，m；A为基础底面每延米的面积，m2。

挡墙滑动稳定方程及抗滑稳定系数计算式：

式中：G为作用于基底以上的重力，kN；Ey为墙后主动土压力的竖向分量，kN；Ex为墙后主动土压力的水平分量，kN；Ep为墙前被动土压力的水平分量，kN；E'p为墙前被动土压力水平分量的0.3倍，kN；N为作用于基底上合力的竖向分力，kN；α0为基底倾斜角，（°）；γQ1、γQ2为主动土压力分项系数、墙前被动土压力分项系数；μ为基底与地基间的摩擦系数。

挡墙的倾覆稳定方程及抗倾覆稳定系数计算式：

式中：ZG为墙身重力、基础重力、基础上填土的重力及作用于墙顶的其他荷载的竖向力合力重心到墙趾的距离，m；Zx为墙后主动土压力的竖向分量到墙趾的距离，m；Zy为墙后主动土压力的水平分量到墙趾的距离，m；Zp为墙前被动土压力的水平分量到墙趾的距离，m。

结合计算结果及现有边坡开挖情况，确定挡墙总高度为10 m，墙顶位于路堑边坡平台处，顶宽与平台同宽为2 m，面坡采用原路堑边坡坡率1∶0.75，背坡为1∶0.2，墙底坡度为1∶5。

图3 抗滑挡墙断面图（单位：cm）

3.3.3 钢花管注浆

由于该段路堑边坡下卧层较为破碎，挡墙基底存在软弱薄夹层，故在边坡坡脚的碎落台处采用钢花管注浆对地基进行加固处理。在碎落台宽度范围内设置两排钢花管，按横向间距75 cm，纵向间距100 cm布置。钢花管长10 m，采用φ89×5 mm无缝钢管，管内注浆材料为M30水泥浆，钢花管顶部采用C25混凝土冠梁加固，冠梁宽150 cm，高30 cm。钢花管注浆能够提高挡墙基底的承载能力，改善破碎岩体及软弱土层的物理学指标，增加下卧层的整体强度，能为抗滑挡墙提供一个良好的支撑条件，增强地层的整体抗滑能力。

3.3.4 防排水设计

该次边坡滑塌与地表水入渗、坡体内含水量增加有密切关系，所以做好防排水措施对滑塌的治理起着重要作用，该次处治中采用了如下措施：

图4 钢花管布置图（单位：cm）

a）在滑塌边坡平台处设置30 cm×30 cm的平台截水沟，坡脚处设置60 cm×60 cm的边沟，使滑塌边坡的排水设施与原设计路基排水系统顺接，有效排出坡面积水。

b）为确保路堑边坡内的层间积水能够迅速排出坡体外，在第一级边坡坡脚设置一排仰斜式排水孔，排水孔长20 m，直径130 mm，仰角9°，间距2.5 m。

c）挡土墙墙体内设置泄水孔，孔内放置直径10 cm PVC排水管，排水孔间距2.0～2.5 m，距碎落台0.3 m处开始交错布置，并在墙背处设置宽50 cm碎石透水层，泄水孔与碎石透水层共同为坡体内的水提供完整排水路径，确保坡体内的水能有效排出。

d）为防止地表水入渗，边坡坡顶采用50 cm厚6%灰土进行隔水封闭处治，封闭范围为修整完成后的路堑边坡开口与滑体后缘裂缝之间的原地面。

图5 滑塌处治设计断面图（单位：cm）

4 结语

本文以某一级公路路堑边坡滑塌处治为背景，结合工程实际情况，在进行滑塌工程治理过程中综合运用边坡卸载、抗滑支挡结构、钢花管注浆等多种治理措施的设计思路及方案设计进行了较为详细的阐述，可为类似工程提供一定的参考借鉴。