高速公路边坡滑坡勘察设计研究

马仲智

（贵州省公路勘察设计院有限公司,贵州 贵阳 550001）

0 引言

滑坡是一种常见的地质灾害，是指斜坡上的岩土体受到多种因素的影响，在重力作用下沿着软弱面向下滑动[1]。明确边坡滑坡的原因，并采取积极有效的预防处理措施，能提高边坡的稳定性，更好地服务于交通出行。该文结合实际案例，探讨了边坡滑坡的勘察设计要点和加固处理措施。

1 工程概况

1.1 公路及边坡现状

某高速公路项目，YK31+260～YK31+310右侧挖方边坡，设计标准为双向六车道，单幅路基宽度为16.75 m，设计速度为100 km/h，荷载等级为公路Ⅰ级。该段全长50 m，线路走向68°，开挖坡向338°，原设计边坡第一、二、三级边坡坡率为1∶0.75、1∶0.75、1∶1，最大坡高32.4 m，最高为3级，防护形式为18 m长锚索框架植草防护。近期在极端天气的影响下，出现下错滑动险情。

3月16日，第一级开挖过程中发现二、三级锚索框架锚索出现向下滑动错位。坡口处出现不同程度的拉裂，裂缝长50 m，宽度10～30 cm，暂停施工并动态观察。3月17—22日，在降雨影响下坡口裂隙进一步发展扩大，出现局部塌方，继续动态观察。3月23日，组织设计单位、施工单位、监理单位对滑坡边坡进行复勘。针对现场滑坡情况，对滑坡范围内裂隙进行封闭裂隙，第一级边坡停止开挖施工；并对坡脚进行临时反压防护，继续进行实时动态观测；同时进行布孔钻探勘察，确定滑坡成因机制及锚索预应力是否失效。

1.2 地质特点

勘察区地形起伏变化大，两岸为中缓坡地形，植被较发育。场区海拔1 041～1 150.0 m，相对高差109.0 m；轴线通过段地面高程在1 072.5～1 082.6 m之间，相对高差10.1 m。地貌类型属侵蚀剥蚀—构造型低中山地貌。

根据区域地质资料及现场调查、钻探揭露情况，滑坡段边坡地层覆盖层是第四系残坡积层（Q4el+dl）碎石土，总厚度达到2.0～5.8 m；出露及下伏基岩是寒武系下统明心寺组（∈1m）深灰色、黑色页岩，结合钻探基岩划分为全～强风化、中风化两层。

2 边坡滑坡原因分析

通过现场勘察，确定边坡滑坡的主要原因有三个：一是不稳定边坡，二是降雨，三是锚索框架梁破坏。

2.1 不稳定边坡

从已开挖边坡面可知YK31+170～YK31+260、YK31+310～YK31+370段右侧一级坡岩体完整至较破碎为中风化，YK31+260～YK31+310右侧中间段一级坡岩体已经风化为全～强风化层，即该段属地质突变地段，综合地形形态及勘察结果可知该段为残坡积层较厚的不稳定边坡。从已开挖边坡面至裂隙后缘山体揭露及钻探芯样均可发现该段路基边坡岩体产状倾向边坡为逆向坡，角度25°，全～强风化层较厚（1.4～13.4 m），均为薄层状，泥质结构，层理构造。当坡脚开挖临空后，导致应力重新分布，牵引造成2、3级滑坡，形成坡脚至坡口裂隙1处的主滑面，因较厚的碎石土层（2.0～5.8 m）顺延裂隙1至裂隙2造成2次牵引滑移，而长期降雨及雨水下渗加剧裂隙面扩张，因此形成的分离面分布于碎石土至全～强风化范围中，形成沿碎石土层至强风化层的软弱界面的折线形牵引滑坡。

2.2 降雨因素

项目施工期间，3月1日至22日有15天为小雨或阵雨。长期降雨及雨水下渗，加剧滑移面裂隙扩张，对边坡滑坡进一步造成影响。

2.3 锚索框架梁破坏

结合观测数据，3月份第二级平台最大位移为：垂直位移253 mm，水平位移78 mm；第三级平台最大位移为：垂直位移373 mm，水平位移117 mm，可见位移值过大。综合勘察钻探结果，因边坡开挖外露雨水下渗至坡体较厚的碎石土层与页岩层，导致其遇水易软化，失水易分解，黏聚力（C）、内摩擦角（φ）值下降，第二、三级边坡框架锚索应力损失，部分锚固端失效，导致滑坡位移。锚索框架有效性统计见表1。

表1 锚索框架有效性统计表

综合以上因素，首先，该段边坡位于凹槽内，残坡积层较厚，工程地质性能差。其次，长期降雨导致地表水汇集，渗入碎石土层及全～强风化页岩层后，土层遇水软化、失水分解，C、φ值下降，加剧裂隙面扩张[2]。最后，边坡开挖临空后，加上坡面混凝土框架自重，坡体在垂直方向无支撑，导致应力重新分布，边坡沿软弱面产生直线形牵引滑动，造成滑坡塌方。

3 边坡滑坡处理方案的设计要点

3.1 处理原则

针对滑坡进行处理，遵循以下原则：①一次根治，以稳定、加固为主，同时考虑到排水和防护；②树立绿色理念，滑坡治理过程中，考虑到道路的绿化和美化；③因地制宜、就地取材，采用科学化、信息化的设计与施工方案，既能控制造价，又具有较强的可行性[3]；④注重变形检测，尤其是深层变形；⑤分级治理，开挖一级、防护一级，根据开挖后的实际情况调整防护方案。

3.2 设计工况参数

正常工况，即自重+现有锚索框架+天然状态，设计安全系数K为1.30。非正常工况，即自重+现有锚索框架+暴雨（或连续降雨），设计安全系数K为1.20。该项目中，滑动面位于碎石土层及全～强风化层形成的软弱层，需根据坡面地形、地质条件和开挖开裂情况，反算软弱层面地质参数。采用直线滑动法，对坡体的稳定性系数进行反算，结果见表2。

表2 YK31+280主滑断面的稳定性系数

3.3 设计推力计算

边坡岩体类型为二类，破坏严重，为小型浅层折线形牵引式滑坡。安全等级为Ⅰ级，现存锚索框架自重及仍有部分防护作用，故对应安全系数正常工况取值1.30，暴雨工况取值1.20。目前滑塌剪出口为边坡坡脚至第一级边坡平台处，现还有第一级边坡未全部开挖，故设计中按边坡原设计坡率处理考虑，剩余下滑力计算结果见表3。可见，在暴雨或连续降雨工况下，沿主滑方向的剩余下滑力达到2 020.529 kN，因下滑力较大需设置抗滑桩支挡。

表3 YK31+280主滑断面剩余下滑力

4 边坡滑坡处理方案的施工方法和效果评价

4.1 处理方案

为确保该边坡稳定安全，对设计方案调整后，永久处治措施确定为：抗滑桩+第二、三级边坡十字梁锚索+排水系统组合防护。其中，抗滑桩插入滑动面以下的稳定地层，利用锚固力平衡推力，增加稳定性。适用于浅层和中厚层的滑坡，优点是土方量小、工期短、工艺技术成熟。十字梁锚索具有成本低、进度快、施工简单易行的优点，能最大程度上保护生态环境[4]。

（1）边坡YK31+260～YK31+310段右侧分级高度10 m，边坡坡率为1∶0.75、1∶0.75、1∶1、1∶1，平台宽度2 m，设置排水沟。第1级边坡采用菱形窗式护面墙防护，平台处设置抗滑桩支护，尺寸2 m×3 m，桩间距6 m，桩长19 m设置9根，埋入第1级坡脚下为10 m，悬臂9 m。桩前缘反填8 m土石后再进行抗滑桩挖孔施工，压实度≥80%。抗滑桩桩顶设置2 m×3 m冠梁，每3根抗滑桩连接为整体。

（2）第二、三级锚索框架内采用60 cm×45 cm十字梁锚索加固，采用4根6.0 m φ110 PVC管做仰斜排水，框架内喷射12 cm厚的C20混凝土封面。第二级平台浇筑C20混凝土（厚0.5 m、宽2 m）连接二、三级框架。坡口至裂隙1之间，采用坡面喷射C20混凝土（厚12 cm）封面防护。裂隙2处范围内，采用60 cm×60 cm矩形截水沟及喷射C20混凝土（厚12 cm）封面防护。

（3） 完 工 后， 分 别 在 YK31+260、YK31+280、YK31+300断面设置观测点，每个断面有6个观测点，设置于坡脚、每级平台、钢管桩及坡口截水沟，共计18个观测点，动态观测边坡变形情况，评价加固效果。

4.2 施工方法

边坡滑坡加固施工工序：坡脚前缘反填→永久观测点布设→十字梁锚索→仰斜排水管→坡口截水沟→坡体清理喷浆封面→抗滑桩→冠梁→第二级平台C20混凝土连接→平台截水沟→平台绿化池→第一级窗式护面墙→绿化。施工要点如下：

第一，十字梁锚索施工。根据现有框架对应桩号及框架内中心坐标，确定十字梁锚点；锚索孔采用D150钻孔打入，打入角度为30°；锚固段进入中风化层≥8 m，并根据每个工点实际情况调整。

第二，仰斜排水管施工。使用长度6 m的φ100国标PVC排水管，管孔采用D130钻孔打入，打入角度为5°，埋深＜50 cm，间距为40 cm，梅花形布置钻孔；施工时，如果仰斜排水管与框架锚索干扰，适当调整排水管的位置和角度，保证锚索定位准确。

第三，排水施工。坡口截水沟采用M7.5浆砌片石砌筑，沟内进行2.0 cm砂浆抹面；平台截水沟及平台绿化池采用C20混凝土现浇。施工开挖及边坡整治前，先设置好地表排水系统，确保开挖边坡不受雨水的冲刷，减少雨水下渗。如有地下水出露，将地下水引排至相关排水系统，不得封堵[5]。

第四，抗滑桩施工。采用跳两孔开挖，即K1、K4、K7→K3、K6、K9→K2、K5、K8；桩顶钢筋需外露浇筑，便于冠梁钢筋焊接浇筑。抗滑桩基坑开挖后，达不到图中要求，按实际开挖情况调整桩长。开挖作业工序：施工准备（边坡防护完成后）→桩顶平台清理→护筒（锁口）及井口周边防护→第一节桩孔开挖→支模浇筑第一节混凝土护壁→护壁上二次控测标高及定桩位十字线→安装提升系统、照明设施→第二节桩身开挖→第二节混凝土支模、护壁支护→重复第二节造孔、支模、混凝土护壁，循环作业至设计深度→成孔检查验收→钢筋安装→仓内清理、堵排水→仓号验收→浇筑桩身混凝土→桩体检测→桩顶与冠梁连接浇筑→每个混凝土抗滑桩桩顶设置位移观测点。

第五，菱形窗式护面墙施工。现场实测断面，按设计坡率进行支挡及防护工程施工，按设计尺寸挂线放样施工，以保证施工质量。窗格内采用植生袋绿化，重量轻、运输方便，现场铺设简单，而且植物存活率高，能获得稳定的坡面绿化效果[6]。

第六，施工现场设置警戒线，施工期间对边坡进行严密监控，在保证安全的前提下进行施工。如发现异常情况，及时通知有关单位妥善处理。施工使用的所有材料，均在进场时检验，确保技术参数满足规范和标准要求。

4.3 加固效果评价

2020年9月2日，由设计单位对滑坡边坡进行复勘，经过半年持续动态观测（见表4），右侧滑坡趋于稳定，数据在观测误差范围内，无进一步扩大现象。9月降雨多，但没有发生位移，说明边坡沉降位移已达到稳定状态，该次滑坡加固处理取得良好效果。

表4 4#～7#观测点9月观测数据统计表

5 结语

综上所述，高速公路在施工和运营中，在多种因素作用下，局部边坡可能发生滑坡现象，影响通行安全。该文结合工程实例分析滑坡原因，包括不稳定边坡、降雨、锚索框架梁破坏三个因素。根据勘察分析结果，确定采用抗滑桩+第二、三级边坡十字梁锚索+排水系统组合防护方案。结果证实：加固处理后的边坡沉降位移已达到稳定状态，取得良好效果。该文可为类似工程项目提供借鉴，提高边坡稳定性，满足安全运营需求。