高速公路路基滑坡动态设计研究

文 / 云南省建设投资控股集团有限公司 查俊波

滑坡作为山区公路项目中主要病害形式之一，不仅会对正常行车安全造成威胁，同时还会损害工程耐久性，使其使用寿命折损，因此在设计时应当尽可能采取绕避的方式来规避可能出现的不利影响。对于难以通过绕避处理的地形，首先应当勘察其地质条件，确定滑动体的大小、运动形式以及基本性质，并以此为基础采取相应的防治措施，在最大程度上控制可能出现的滑坡病害[1]。在西南地区某国道高速公路K20+640～K20+800段出现了山体滑坡现象，但通过细致的地质调查、钻探，找出了山体滑坡的原因，采取了相应的综合动态治理方案，取得了良好的效果。

工程概况

西南地区某国道高速公路K20+640～K20+800段右侧滑坡：该段路基为挖方，为二级坡，坡高10m，坡比1:1。后期坡顶出现裂缝，裂缝可见深达2.0m以上。遂作放坡减载处理，变更为三级坡，第一级坡坡高8m，坡比1:1.25，碎落台4.5m；第二级坡坡高8m，坡比1:1.25，碎落台2.0m；第三级坡坡比1:1.25，进行刷坡处理、并于坡脚增设I型抗滑挡墙（H=4m）。完成刷坡后，继而又发现裂缝。抗滑挡墙完成后未几，发现K20+650～K20+700段墙顶向路基轴线推移超30cm，墙脚经测量，向路基中心被推移约10cm，墙脚位置已经填筑的路床加强层碎石土被挤压隆起超60cm。出露岩土为红黏土、黄黏土、强风化灰岩、强风化页岩，遇水极易软化。

滑坡工程地质特征

范围、规模及形态

该滑坡体位于山体斜坡前缘，前缘为分台开挖人工边坡，滑动后坡面高约15～24m，坡度约44°，坡脚高程约1293m，后缘最高点高程约1330m，滑坡后缘与边坡坡脚相对高差约37m，最大水平距离约63m。开挖边坡后缘为山体自然斜坡，植被覆盖较好，以灌木、杂草为主，原始坡度13～27°。

滑坡体主滑方向150°，宽约140m、长约50～70m，滑坡体厚度4～9m（计算时按9m计），滑坡体积约6.3×104～8.8×104m3。按滑坡主要物质组成分类，该滑坡属类土质滑坡；按滑坡体积、滑动面埋深分类，该滑坡属于中型中层滑坡；按滑坡的动力学特征分类，边坡开挖后，前缘岩土体滑动后，使后缘岩土体失去支撑面，该滑坡属于由工程开挖引起的牵引式滑坡。

滑坡后缘边界处原为黏性土层，高程约在1330m，变形裂缝总体向45°及82°两个方向发育。该滑坡前缘为人工开挖台阶，台阶宽4.5m，设置有抗滑挡墙，已发生变形，地层主要为全风化碎裂状页岩。经向建设方及项目相关方咨询，该处位置地面发生过位移，并在坡脚路基见有凸起。

滑坡防治工程安全等级

拟建路线以深挖路堑形式从滑坡前缘通过，对路线影响较大。滑坡危害程度分级为严重，滑坡防治安全等级为Ⅱ级。

滑坡结构

滑坡区上覆土层主要为残坡积可塑状含砾粉质黏土，厚1～4m，下伏页岩夹灰岩，灰岩以透镜体形式出露于页岩间，坡脚处见有页岩、灰岩出露；页岩多呈全～强风化，岩体极破碎，呈碎裂松散结构，多数已风化呈土状，可按碎石土考虑。

滑坡发生成因分析

地质内因

滑坡区上覆第四系（Q4el+dl）残坡积层含砾粉质黏土，厚度约4m；下伏基岩以寒武系上统歇场组页岩为主，岩质极软，岩体极破碎，节理发育，岩体呈碎裂松散状。根据钻孔揭露，见有地下水出露，全风化层页岩受地下水浸泡后强度降低，为边坡失稳提供了条件，边坡沿全风化层滑动。

外因

自然斜坡原始坡度在13～16°，后线路建设需要，在坡脚前缘进行了开挖，从而形成平均坡度约45°、高约5～24m人工边坡，因人工切割坡脚破坏了原斜坡体平衡条件，从而引发失稳。

滑坡稳定性评价

计算参数的分析与确定

但由于边坡已演变为滑坡，滑坡面地层已发生剪切破坏，其抗剪强度与天然状态或浸水状态下的抗剪强存在一定差异，因此需要根据规范要求应采取反演计算结合试验成果综合确定获取抗剪强度指标。

反演计算

根据勘察结果，勘察剖面3-3'滑动后缘最远，高度最高，为主要滑动面，计算模型需要采用本次勘察剖面3-3'按滑动前的坡体状态进行反演计算后综合确定。滑动面形态要以滑坡体后缘地面裂缝及前缘剪出口（地面隆起）的实际位置结合岩层产状及勘察揭露地层确定。

根据剖面3-3'坡体形态结构特征、钻孔揭露地层特征综合进行分析可知，该滑坡的主要滑动面为顺碎裂状全风化层页岩④层结构面滑动，滑面呈折线型，前缘坡脚处为剪出口。根据上述滑动面、剪出口的确定情况以及边坡滑动破坏特征相互组合，建立计算模型。

（3）荷载组成及计算工况。滑体自重：天然状态下按天然重度计算；考虑正常工况和暴雨工况。

（4）确定计算滑动面。根据边坡滑动后产生的实际变形位置，在剖面中分析推测并确定滑动面形态。

（5）反演计算的稳定系数。边坡在正常工况下发生过滑动破坏，因此按边坡处于整体变形-滑动状态考虑，根据规范要求，稳定性系数Fs介于0.95～1.00之间。

计算结果分析

根据岩土层参数，采取折线滑动采用传递系数法对现状边（滑）坡进行分析。按照稳定性计算参数，对其他各剖面现状边坡进行稳定性计算及评价。计算结果如表1所示。

滑坡稳定性评价

1.通过验算，滑坡正常工况下已处于不稳定状态，还有剩余下滑力，稳定性差，自然条件下可能使得整体失稳。

2.根据钻探揭示、调查测绘及地质调查，边坡有点滴状渗水现象，坡体局部物质含水量高，且滑坡体以含砾粉质粘土、全风化页岩为主，页岩已风化成土状，具遇水软化、崩解特性，稳定性差。

3.根据勘察情况结合边坡稳定性计算分析，该边（滑）坡处于不稳定状态，该滑坡失稳后其坡度仍然较大，而滑动面已成贯通状态，在雨水顺滑动面入渗或其他诱因作用下、尤其是在开挖坡脚后发生二次滑坡的可能性极大，发生滑坡的对滑坡前缘道路危害性大，必须对该滑坡进行支护治理。

综合上述分析，该滑坡为近期形成的工程滑坡，不稳定，正常工况下可能再次整体滑动。

滑坡处治动态设计

动态监测

动态监测的对象应当包括坡顶、坡面，且可综合使用实地调研与观测桩测量来确定滑动体状态。特别是要对坡顶附近50m内的空间采取定期调绘的方式来辅助监测，并确定土体中裂缝的发展情况，记录下裂缝的宽度、位置、发展程度等基本信息[3]。此外，在开挖的同时也应实时记录断面地质情况，通过观察断面产状、节理及地下水来判断边坡的稳定性，若出现不利情况应当及时上报并采取相应的措施。基于已有的固定点在不同边坡位置设置观测桩，可以通过水准仪、全站仪等设备来提升监测精度。

处治方案设计

以边坡为对象做削坡处理，使其能够达到卸载的效果，以此减弱滑坡力的作用。坡面可以采取框格梁的形式来加强防护效果，并在后缘位置布置锚索，加强坡顶的排水设备；此外，对于存在裂缝的区域，可以考虑进行开挖回填或碾压夯实，以此限制裂缝的进一步发展；考虑到季节性降雨对于滑坡病害的促进作用，可在滑坡位置附加排水、截水设施，来抵抗外部降水的不利影响。

除了对边坡做削坡处理并借助框格梁附加防护外，同时还应在坡脚位置布置抗滑桩以增强防治效果，并且确保桩端能够伸入到基岩中。

为了保证施工方案的科学可靠，同时提升边坡防治质量，可以基于滑坡风险因素有针对性地确定相应的加固措施，综合利用锚索、抗滑桩等来达到预期效果，其中若需要放坡处理则一般可以1:1.75—1:2.0为标准进行设计，以此来避免坡面出现更为严重的风化现象，也可采取防护措施进行加强。

结语

总体来看，在实际工程建设中，应当对地质条件予以足够重视，尤其是滑坡等潜在病害风险需要结合地勘报告进行防治。一般可借助绕避来规避潜在的滑坡灾害，如必须要穿过也应研判其稳定性，并采取相应的防护措施告等。基于边坡现有状态，可综合采用动态监测、削坡减载、工程排水等方式来完成综合治理，将地质环境控制在合理的范围内。