公路滑坡稳定性分析与治理方案

刘旭

（山西诚达公路勘察设计有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

山西省的山区面积占比大，地质情况复杂，滑坡是当地公路建设中常见的一种地质灾害。为了消除滑坡的影响，需要进行滑坡稳定性分析，并根据稳定性评价结果，采取科学合理的治理措施，以保障公路建设的顺利进行。

1 工程概况

山西省某国道K820+405—K874+090 段，项目所处区域按地质构造、岩性特征、风化剥蚀差异，分为四大地貌景观：冲积平原区、侵蚀堆积河谷区、山前倾斜平原区、构造剥蚀低中区。

滑坡体位于路段AK869+080—AK869+380 左侧，滑坡地表形态较为复杂，滑坡坡体形态为阶梯式缓坡，地势总体表现为北东高南西低，整个滑坡由北东向南西阶梯式下降，滑坡陡坎形成5～6 级台阶，陡坎高度为2～3m。滑坡总长约103m，宽约210m，平均厚度约8m。根据收集的资料及踏勘调查，滑坡前缘、周界特征明显，要素齐全，目前现场观察滑坡处于整体滑动阶段。

2 滑坡成因及破坏模式分析

2.1 滑坡成因

根据野外调查及资料分析，发现形成滑坡的主要原因有以下几点。

（1）地形地貌

坡体坡度为25°左右，呈阶梯状，约5～6 级陡坎，高约2～6m，提供了滑动空间，是滑坡形成的主要地貌条件。坡体前缘工程建设边坡开挖形成高陡临空面，为滑坡的产生提供了地形条件。

（2）地层岩性及结构特征

坡体岩性主要为第四系粉质黏土，其下为全风化层，由于软弱面和相对隔水的全风化层存在，为滑坡的形成提供了主要内在条件。滑坡位于基岩面两个侵蚀凹槽部位，同时也位于风化煤层两个向斜部位，其倾向顺坡向外倾，为滑坡提供了结构条件。

（3）水的作用

这是滑坡发生滑动的最大诱因。雨水沿后缘裂缝下渗至软弱面，在相对隔水层附近聚集，浸润土体，减小抗剪阻力；降雨入渗是促成坡体失稳的一大诱因。

（4）人为因素

在原始滑坡处于相对稳定状态的条件下，由于人为修建房屋、道路等活动，使坡脚切坡形成台阶，高约10m，近直立，一坡到顶。坡脚的开挖相当于在坡体前缘形成高陡临空面，致使剪出口高出道路，不利于滑坡稳定。同时，道路施工引起的震动使滑坡稳定性变差，这些人类活动也是斜坡失稳的主要外在因素。

该处滑坡形成机制如图1所示。

2.2 滑坡的破坏模式

正确分析破坏模式对滑坡稳定性计算、合理采取治理措施至关重要。结合地形地貌特征、滑坡破坏现状与勘探地层揭露等资料分析可知，本次勘察滑坡的破坏模式有以下两种。

（1）沿土岩接触面发生浅层滑动

目前坡体前缘已出现拉张裂缝，坡体粉质黏土层结构疏松，雨水可经裂缝渗入至粉质黏土层下部的强风化层和软弱面处，受浸泡软化的土、岩层物理力学性能降低，形成以粉质黏土层和强风化泥岩组成的软弱结构面，经蠕变、挤压、变形直至最终下滑。

（2）坡体前缘坡脚处发生局部崩塌

坡体前缘由于切坡开挖坡脚，形成较直立的高陡边坡，在降雨、人类活动的影响下，发生局部坍塌。

3 滑坡的稳定性计算和评价

3.1 计算剖面的选取

计算剖面的选取原则是：尽可能与滑坡滑向一致，或选择与拟布置工程相垂直的剖面进行稳定性验算，适当考虑未破坏但存在破坏可能性的部位。本研究根据各剖面探井及钻孔的勘探情况，结合地质环境条件和滑坡特征，根据现场调查及勘查结果，采用理正软件选取有代表性的4-4′剖面、9-9′剖面对c,φ 进行反演计算；选取3-3′剖面、4-4′剖面、5-5′剖面、6-6′剖面、8-8′剖面、9-9′剖面、15-15′剖面计算各工况下的坡体稳定性。

3.2 计算参数的选择

滑体土层、岩层抗剪强度参数的准确取值直接关乎滑坡计算和分析的可靠性。计算参数在统计土工试验数据的基础上，根据土层物理力学性质，结合区内地质环境条件、坡体变形破坏特征及其空间变化情况，经反算计算综合确定。试验参数统计结果如表1所示。

表1 滑体计算参数统计成果表

根据地区经验，将天然状态下的各级压力下抗剪强度指标适当折减，得出饱和状态下抗剪强度指标。采用上述参数对剖面反算对比，结果如表2所示。

表2 剖面参数反算成果表

由表2可知，当内摩擦角为5～6°且黏聚力介于7～8KPa 时，散点分布最为集中。综合分析认为，各层岩土体计算的基础数据采用建议值，如表3所示。

表3 滑坡稳定性计算和剩余下滑力计算参数建议值

3.3 边坡稳定性评价

边坡稳定性评价有助于分析边坡所处的变形阶段。边坡的计算条件中，计算范围、开挖情况等直接影响稳定性评价结果，因此在计算之前应明确计算条件。稳定性计算所选剖面要尽可能和主滑方向一致，因此要选取具有代表性的剖面。本研究计算采用理正岩土计算软件，指定“折线”形滑面来计算稳定系数。规范选用通用方法，具体采用简化Janbu 法对稳定性进行计算。

3.4 计算工况的确定

根据滑坡区地质环境条件及变形特征，滑坡稳定性计算工况考虑以下两种：

（1）工况一：自重

选取对应土体的天然重度及天然状态下的抗剪强度指标；滑带土的抗剪强度指标按第③层Q2 粉质黏土的天然最低抗剪强度指标折减0.7 而得：c=15kPa, φ=11.8°。

（2）工况二：自重+暴雨

西部选用饱和重度和饱和抗剪强度指标，滑带抗剪强度指标按4-4′剖面反演值折减0.9 而得：c=9kPa,φ=13.5°；中部、东部选用饱和重度和饱和抗剪强度指标，滑带抗剪强度指标取9-9′剖面反演结果c=9kPa,φ=9.5°。

3.5 各工况条件下的计算结果

各土层选取天然重度和天然状态下的抗剪强度指标，滑带采用反演结果。计算结果如表4、表5所示。

表4 工况一各剖面稳定性计算结果一览表

表5 工况二各剖面稳定性计算结果一览表

由表4和表5可知：

（1）在工况一条件下：3-3′剖面、8-8′剖面稳定系数均大于1.15，稳定状态为稳定；4-4′剖面、5-5′剖面、6-6′剖面、9-9′剖面稳定系数均大于等于1.05而小于1.15，稳定状态为基本稳定；15-15′剖面稳定系数1.043大于等于1.0而小于1.05，稳定状态为欠稳定。

（2）在工况二条件下：3-3′剖面稳定系数1.447＞1.15，稳定状态为稳定；4-4′剖面、5-5′剖面稳定系数均大于等于1.0 而小于1.05，稳定状态为欠稳定；6-6′剖面、8-8′剖面、9-9′剖面、15-15′剖面稳定系数均小于1.0，稳定状态为不稳定。

比较以上两种工况计算结果，得知暴雨是滑坡发生滑动的主要诱发因素。

4 公路滑坡治理方案设计

根据本次滑坡地质灾害勘查结果和边坡整体治理意向，边坡前缘整平场地届时将形成直立的人工边坡，人工边坡平均高度约9m，其中由西向东逐渐增高。滑坡的治理应结合滑坡现状和地层分布情况，遵循“一次治理，不留后患”“综合利用，综合治理”的原则，据此提出以下几种工程方案参考比选。

4.1 滑坡治理措施

本次公路滑坡治理措施为：锚索抗滑桩（普通抗滑桩）+桩间挡板+排水工程。为了确保后部平台及边坡安全，沿上平台坡口（AI 线）布设支挡工程。为了降低工程成本和为后期建设工程创造有利条件，对DE段采用普通抗滑桩进行支挡；对于EH 段，因上部平台坡口以内原滑坡体变形较大，将该段滑坡体清除，场地平整后边坡高度较高的EF段和FG段采用锚索抗滑粧进行支挡，桩间边坡基岩面以上设置挡板，挡板后部重新回填至拟设平台高程；对于HI 段边坡防护设计，本次设计不予考虑。在抗滑桩前面的规划平台下部布设环向排水沟，配合小区将来的地面和地下排水系统。

4.2 分项工程设计

（1）抗滑桩。当边坡开挖到位后，因边坡较高，土压力较大，后部平台坡口DG 段设置一排抗滑桩进行支挡，DE 段为普通抗滑桩，桩中心间距为6.0m，桩截面大小为1.80×2.80m，共5 根，单桩长度分别为20m,24m,27m,31m,34m；EF 段设置锚索抗滑桩，桩中心间距5.0m，桩截面大小为2.50×3.50m，共10 根，单桩长度34m，每根桩设置2 根1 排9 束s15.2 锚索，锚索孔直径150mm，锚索长度30m；FG 段为锚索抗滑桩，桩中心间距5.0m，桩截面为2.50×3.50m，共7 根，单桩长度31m，每根桩设置2 根9 束s15.2 锚索，锚索孔直径150mm，锚索长度30m；锚索桩间挡板厚0.4m，板宽2.0m，高2.5～16.3m不等，抗滑桩及桩间挡板均采用现浇C30 混凝土，C20 钢筋混凝土护壁。施工过程中，根据桩孔实际开挖揭露的地层、滑面位置动态调整桩长和配筋。

（2）在抗滑桩坡顶布设环向排水沟，边坡平台设截水沟，形成完整的排水系统。排水沟采用M10 浆砌片石加固，布设总长125m。

5 结语

本文结合工程实践，探讨了滑坡的形成原因及破坏模式，并计算分析了滑坡的稳定性，提出相应的治理方案，有效避免了滑坡对公路建设带来的隐患和危害，为工程的顺利实施提供了保障。