高速公路边坡处治中锚筋桩挡土墙组合片石反压的应用

李志谋

(广西交通投资集团柳州高速公路运营有限公司，广西 柳州 545000)

0 引言

广西高速公路建设规模日益庞大，2020年总里程已超6 800 km。在投入运营的高速公路中，特别是新开通的高速公路边坡易发生滑坡地质灾害。目前，为了保证安全和道路运输功能，通常采取封闭改道的方式处理滑坡，本文以阳鹿高速公路为项目背景，介绍了在K63+760～K63+960段高填陡坡路堤的滑坡治理中，通过利用滑坡监测，直观了解深层变形情况，采取了锚筋桩挡土墙组合片石反压方案对滑坡进行处治，不仅有致控制了边坡滑移，而且实现了边施工边运营，避免了封闭改道对交通造成的影响，也减小了经济损失，可为类似工程提供参考借鉴。

1 工程概况

阳鹿高速公路全线起讫桩号为K0+000～K94+167.423，全线采用四车道高速公路标准建设，设计速度为100 km/h，路基宽度为26.0 m。桥涵设计汽车荷载等级采用公路-Ⅰ级。2019年7月投入运营。

阳鹿高速公路于2010-12-01正式开工建设，原计划2014年年底建成通车。但自2013年年底开始部分停工，2014年8月至2018年3月处于全面停工状态。2018年3月，重新启动阳鹿高速公路抢险性复工建设。

K63+760～K63+960段高填陡坡路堤在2014年全线面临停工前，已填筑至261 m高程(已接近路床区)，2018年6月抢险性复工勘察时发现：

(1)该段路基实际并未严格按照原始设计1∶1.75的坡比分2级进行填筑施工，而是按1∶1.75～1∶1的过渡性坡比(底部4～8 m按1∶1.75填筑，向上逐步变陡，最顶部6～8 m甚至为1∶1的坡比)直接填筑到顶。

(2)该段路基进场时已发现出现拉张裂缝，为阳鹿高速近4年停工时段内发育的历史沿袭裂缝。该历史沿袭裂缝发育方向与路线方向近似平行，位置位于中央分隔带向山体内侧约3～5 m处，历史裂缝全长约为200 m，最大裂缝宽度约30 cm，最大沉降错台约为8 cm，两侧端部略呈弧形剪切开裂，并向路基外侧延伸至路肩附近，暂未发现弧形剪切裂缝向下切割路基填筑斜坡，填方边坡坡底采用重力式浆砌片石挡墙支挡，挡墙发育多条自下向上发展的垂向贯穿裂缝。

抢险复工开始后，由于该病害路段为高填深挖的控制性路基地段，除作为主线的核心组成部分外，还肩负着全线运输线路拉通的关键作用，最初的双排桩锚固对拉防护结构施工周期相对较长，病害影响路段兼作全线施工通行运输道路的战略作用。因此仅对该病害路段采取了重新换填顶部约6～8 m厚度不合格块石填料，并进行加筋处理的处治方法。

在高速公路运营后，病害路段裂缝复发。阳鹿高速公路于2019-07-30顺利通车，至2019年10月中旬K63+760～K63+960段高填路堤初次发现裂缝，初次发现裂缝长度约2～3 m，宽度约2～3 mm，裂缝中点大约位于K63+840附近位置。2019年10月中旬至2019-12-28期间，裂缝自初始裂缝中心，向两侧缓慢发展；至2019-12-28，裂缝长度延长至约30 m；2019-12-28至2019-12-30，间隔1 d，裂缝长度增加到约60 m，裂缝宽度扩展至3～8 mm，但暂未出现明显的裂缝错台。复发裂缝位置与历史裂缝位置近似重合，走向大致平行于高速公路。

2 边坡地质灾害产生的原因

2.1 滑坡段地质条件

2.1.1 地形地貌

剥蚀丘陵地貌，自然坡度为20°～35°，局部达45°，灌木为主，植被茂密，种有桉树、橘子等农作物。

2.1.2 地层岩性

由地质调查和钻探揭示，该路段地层主要有第四系新近人工堆积层(Qml)、古滑坡堆积层(Qdel)、第四系冲洪积层(Qal+pl)、残破积层(Qel+dl)和泥盆系下统莲花山组基岩(D112)。覆盖层为灰黄色碎石土，为细砂岩风化残积坡积形成，厚2～3 m，厚度不均，下伏紫红色厚-中厚层状强风化细砂岩夹泥质细砂岩，岩体节理裂隙发育，岩层产状20°/SE∠26°，节理产状为85°/NW∠88°、330°/SW∠67°[1]。

2.1.3 地震动参数和水文

根据《中国地震动参数区划图》(GB18306-2015)划分，该路段基本地震动峰值加速度为0.05 g，对应的地震基本烈度为Ⅵ度，基本地震动加速度反应谱特征周期为0.35 s。

该滑坡路段地表水为病害路段北侧180 m处的河流及南侧约80 m的小溪沟，北侧河流水位较低对路基未造成威胁，南侧小溪流高程为275 m，暴雨季节有漫流至高速公路的风险。场地内地下水类型主要为赋存于滑坡堆积体中的孔隙水以及中风化砂岩中的基岩裂隙水。

2.1.4 特殊性岩土

该路段的特殊性岩土主要为素填土，主要分布于高速公路路基地段，为人工分层压实填土，完成填筑时间约5年，未完成自重固结，具中等压缩性。该层力学强度较低，饱水后力学强度更差，浸水易发生变形下沉，土体自身的特殊性质对边坡稳定影响大。

2.2 滑坡成因分析

2.2.1 滑坡产生的内因

(1)地形条件及不良地质体：K63+760～K63+960段高填陡坡路堤于古滑坡腰部通过，属不良地质，古滑坡原始地貌特征清晰，古滑坡经过长期的蠕动变形和侵蚀作用，形成了上陡下缓的地貌单元，近代以来未发现有滑动迹象，而外侧陡峭临空面及滑坡堆积体为滑坡形成创造了条件。

(2)岩性条件：主要由路基填土及滑坡堆积体构成，下伏滑床为中风化砂岩，而滑坡堆积体厚度较大，主要由粉质黏土、强风化砂岩及中风化砂岩组成，具备了滑坡沿各软弱结构面诱发复活的条件。

(3)地质构造：路基下伏岩层为顺层坡，且有滑坡堆积体，为诱发顺层滑动提供了动力条件。

2.2.2 人类活动因素

(1)路堤填土：K63+760～K63+960段高填陡坡路堤施工后，于填方边坡侧形成较大临空面，改变了古滑坡受力状态，亦改变了原有的地质条件及水文条件[2]，是古滑坡诱发复活的动力根源，在路基填土荷载和车辆荷载反复作用下，于高陡斜坡面产生侧向位移变形，促使了滑坡变形发展，同时也为向下诱发更深层滑面创造了有利条件。

(2)后缘弃土场：病害路段古滑坡后缘为新近堆填形成的弃土场，堆积于冲沟区域，堆积高约40 m，对冲沟进行了截流，于上游形成了集水区，改变了地表水环境，增大了滑坡体的渗水压力，同时弃土堆积体也增大了古滑坡后缘推力，改变了古滑坡受力条件及地下水和地表水排泄路径，对滑坡的形成与发展有推波助澜的作用。

2.2.3 气象因素

气象因素是滑坡复苏、加剧的主要外动力。大气降水对滑坡稳定性的影响主要表现为两个方面：(1)高填路堤为新近填土，土质结构疏松，孔隙裂隙较多，渗流通道发育，降雨直接沿裂隙或孔隙入渗，使路提填土及下部滑坡堆积体软化，降低了自身及滑坡堆积体的力学强度，加大了自身重量，更易产生变形、滑移；(2)古滑坡后缘为弃土场，截断了上游排水冲沟，雨季时形成大气降水汇集区，在排水不畅的情况下，产生较大的静水压力和水力梯度，从而增大路提填土侧向压力和渗流力，使坡体地下水位上升，大大增加了路基填土及古滑坡堆积体含水量，甚至处于饱和状态，产生的动水压力也进一步降低了坡体的稳定性。由此可见，气象因素对边坡滑动变形起加剧诱发作用，是滑坡复苏滑动的主要诱因之一。

综上所述，该路段滑坡的形成条件主要为地形地貌、地质构造、地层岩性及不良地质古滑坡、人类活动形成临空面及加载作用、大气降水加剧诱发。其中高速公路路堤建设是诱发病害路基滑坡发生的根源，而气象因素及后缘弃土场堆填所形成大气降水汇集区是诱发病害路基滑坡的根本动力。

3 边坡监测与施工方案

3.1 滑坡监测

3.1.1 滑坡监测的方法

对公路滑坡应进行监测，确定滑坡范围、滑动面位置、变形速率及稳定状态，以验证滑坡防治工程效果，保障滑坡防治工程施工和公路运营安全[3]。滑坡监测阶段可分为施工安全监测、防治效果监测和运营期长期监测。滑坡体监测项目与监测方法如表1所示。

表1 滑坡体监测项目与监测方法表

为了确保施工质量及高速公路的持续运营，自滑坡治理施工准备开始，运营和设计单位即对滑坡路段进行位移等变形监测，主要监测地表位移、深部位移等，进行监测日报和预警。

3.1.2 监测频率与预警

(1)沿主滑方向布置深层位移观测断面3个，沿道路纵向滑坡路段每间隔10～15 m布置监测点1个，监测内容包含边坡水平位移和垂直位移、地表裂缝监测、挡墙变形等。监测频率为：施工期间1次/d，当出现险情时应加密监测频率；竣工后监测时间不宜少于1个水文年[4]。

地表位移监测可采用GPS法和大地测量法，可辅以电子水准仪进行水准测量，在通视条件较差的环境下，以GPS监测为主；在通视条件较好的环境下采用大地测量法[5]。变形监测精度应符合现行国家标准《工程测量规范》(GB 50026-2007)的有关规定。应采取有效措施监测地表裂缝、错位等变化。监测精度分辨率应≥1.0 mm。

(2)边坡施工过程中及监测期遇到下列情况应及时报警，并采取相应的应急措施：

①坡顶的最大水平位移已大于边坡高度的1/500或者20 mm，以及其水平位移速率已连续3 d>2 mm/d。

②坡顶路面出现新裂缝，原有裂缝有新发展。

③支护结构中有重要构件出现应力骤增、压屈、断裂、松弛或破坏现象。

④边坡底部或者周围岩土体出现可能导致边坡剪切破坏的迹象或其他可能影响安全的征兆。

⑤根据当地工程经验判断已出现其他必须报警的情况。

⑥加强现场巡视工作，重点巡查滑坡后缘裂缝开裂发展情况，一旦发现险情，要积极做好相关应急预案工作。

3.2 防治方案

滑坡防治设计应根据滑坡稳定性评价结果和保护对象的要求，进行多方案的技术经济比较，因地制宜，采取截排水、填土反压、消方减载、支挡加固等相结合的综合防治措施。

3.2.1 设计总体简介

K63+760～K63+960段高填路堤病害复发治理思想是根据病害区域地形特点及病害发展阶段，按里程分为K63+760～K63+850核心变形区和K63+850～K63+920非核心变形区两个部分。核心变形区于212 m高程平台采用锚筋桩钢筋混凝土拱形挡墙固脚，上部逐级填石反压形成防护；非核心变形区在各级滑面剪出口位置采用锚筋桩混凝土挡墙防护。

3.2.1.1 K63+760～K63+850核心变形区

将核心变形区支挡反压设计定为一期工程，共分3个分步施作。

(1)一期1分步工程是在212 m高程平台设置4排锚筋桩连接钢筋混凝土拱形挡墙，挡墙墙背混凝土封底至213 m高程后，施作无砂大孔混凝土排水带而后二次混凝土封底至215 m高程，再于墙背施作3～4 mm排锚筋桩及混凝土桩面板至216.5 m高程，上部填石反压至222 m高程，填石反压与拱形挡墙间设置0.5 m的混凝土后浇带连接。上述锚筋桩间距均为2 m×2 m，桩长24 m，锚筋束由4根C32钢筋+1根φ48mm×3.5mm无缝钢管构成，锚入挡墙中，φ48mm×3.5mm钢管出露≥0.25m，锚孔直径φ≥200mm。拱形混凝土挡墙长75m，高9.0m，坡比为1∶0.3，基础埋深为1.0m，底宽8.40m，墙顶宽5.20m，每长10m设伸缩链一道，沥青麻絮填塞。

(2)一期2分步工程则自222m高程平台采用填石反压至232m高程。

(3)一期3分步工程将填石反压至既有挡墙242.82m高程附近。填石反压体外侧及两端码砌1.0m厚的浆砌片石护面墙，墙面勾缝处理。上述填石反压施工工艺参照填石路基要求执行，内部填石石料为硬质片石时按0.5m分层铺筑，并摊铺厚3～5cm的M10水泥砂浆，让其自由流泻填缝至下层填石面，填缝饱满。各级挡墙平台浇筑厚20cm的C25混凝土面层防水。

3.2.1.2K63+850～K63+920非核心变形区

将非核心变形区支挡结构定为二期工程，分2个分步完成。

(1)二期1分步工程是在既有挡墙242m高程外侧设4排锚筋桩混凝土挡墙加固防护，锚筋桩间距为1.5m×1.5m，桩长24m，锚筋束由4根C32钢筋+1根φ48mm×3.5mm无缝钢管构成，锚入挡墙中，φ48mm×3.5mm钢管出露≥0.25m，锚孔直径φ≥200mm。混凝土挡墙长约73m，高5.2m，同时考虑既有挡墙坡脚起伏变化的影响，以浅开挖为原则，墙顶高程按245.20m控制，坡比为1∶0.5，基础宽5.50m，墙顶宽5.00m，每长10m设伸缩缝一道，沥青麻絮填塞。

(2)二期2分步工程是在221m高程设4排锚筋桩连接混凝土挡墙至228m高程，墙背填石反压；锚筋桩间距为2.0m×2.0m，桩长2m，锚筋束由4根C32钢筋+1根φ48mm×3.5mm无缝钢管构成，锚入挡墙基础中，φ48mm×3.5mm钢管出露≥0.25m，锚孔直径φ≥200mm。混凝土挡墙长约68m，高4.0m，坡比为1∶0.5，基础宽根据地形布置(≥7.0m)，墙顶宽4.00m，每长10m设伸缩缝一道，沥青麻素填塞。墙背填石反压体外侧及两端码砌1.0m厚的砌片石护面墙，护面墙与混凝土挡墙间设置0.5m的混凝土后浇带连接；填石反压施工工艺参照填石路基要求执行，内部填石石料为硬质片石时按0.5m分层铺筑，并摊铺3～5cm的M10水泥砂浆，让其自由流泻填缝至下层填石面，填缝饱满。墙背填石反压体顶面浇筑厚20cm的C25混凝土面层防水。

3.2.2 锚筋桩

3.2.2.1 锚筋桩简介

锚筋桩是借助周围岩土对桩身的嵌制作用以稳定和加固岩土体的桩。

锚筋桩在岩土工程的应用主要是对边坡、隧道、坝体进行主动加固。锚筋桩作为深入地层的受拉构件，它一端与工程构筑物连接，另一端深入地层中。其功能是将锚固体与土层的粘结摩擦作用增大，增加锚固体的承压作用，将自由段的拉力传至土体深处。

锚筋桩主要起锚固作用，一般采用长9m的3～5根直径为32mm的钢筋焊接组成。施工时在岩石或土质边坡上钻孔，将注浆管与锚筋桩绑扎后一起插入孔中，利用注浆管全孔一次灌注纯水泥浆液。

3.2.2.2 锚筋桩设计

本案例中锚筋桩长度为24m，锚固主筋为4根C32钢筋，锚筋桩平面配筋如图1所示。

图1 锚筋桩平面配筋图

4 对施工效果的监测和验证

4.1 施工处治过程监测

在通车运营后，该路段最初显现出弧线裂缝这一路面病害，并逐渐扩大。在地质监测的基础上，设计单位设计出最优处治方案，2020年年初进入施工处治阶段。在路基下边坡施加“锚筋桩+反压片石”形式的加固措施后，通过监测数据可知，边坡滑移趋于稳定，各项监测指标位移均已接近于0。对于因滑坡引起的路面开裂、错台，实施对该路段路面结构层进行破除，重新摊铺施工的方案。2021年1月完成处治，路面处治后，地质变形监测持续稳定至今。

4.2 变形监测结果

监控量测数据与施工处治进度及降雨密切相关，在未实施锚筋桩时核心变形区测斜点位移变化速率为2mm/d，在雨季有所增大；在6月一期1分步锚筋桩挡墙的作用下，核心变形区中部和底部滑移面位移变形已得到截制；12月锚筋桩挡墙和反压完成3分步时，所有测斜点维持“0变形”，防治效果监测结果良好。

通过施工安全监测，可有效地指导施工步骤，防控风险，安排工期。该点需在高速公路运营期长期监测。

5 结语

通过对K63+760～K63+960边坡滑坡、路面下沉开裂进行处治方案设计、治理施工和变形监测，得到以下认识：

(1)滑坡的形成可由不良地质的古滑破、水分侵入土体增加自重、人类活动形成临空面和人为加载等各种因素叠加产生，例如高速挖填方、边坡堆载等。

(2)拱形挡墙与锚筋桩形成的复合组合增加了支挡结构抗倾覆稳定性和抗拔承载力，锚筋桩通过穿越滑坡堆积体进入下伏中风化砂岩层，可对滑面产生有效的嵌锁。

(3)锚筋桩挡墙+反压体组合具有良好的整体稳定性，对该类型滑坡处治效果明显，是一种边坡加固治理的新方式。