貴陽市水東路古滑坡治理方案及設(shè)計研究

吳 震，姚勝成

（貴陽市建筑設(shè)計研究院有限公司，貴州貴陽 550002）

0 引言

西南地區(qū)山高坡陡，地質(zhì)條件復(fù)雜，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中應(yīng)該盡量避免出現(xiàn)超高邊坡和滑坡等[1]。但是，在實際工作中，由于種種原因，有時線路穿越滑坡也會成為難以繞避的困難。以貴陽市水東路古滑坡治理工程為背景，研究滑坡的特征和治理方案，供巖土工程師們參考和借鑒。

1 工程概況

貴陽市水東路是城市一級次干路，路面寬度20 m，設(shè)計時速40 km/h。因受地形、地質(zhì)條件限制，該道路 K8+200～K8+540段不得不以填方邊坡高度4～21 m穿越古滑坡體。

1.1 地形、地貌

水東路K8+200～K8+540古滑坡位于貴陽市烏當(dāng)區(qū)御溫泉西側(cè)約500 m處。該古滑坡東臨御溫泉，南臨南明河，北靠松林山，是典型的中山河谷岸坡地貌；坡面局部被墾為旱地，未開墾部分植被發(fā)育；地勢北高南低，坡高60～116 m，坡面向南，坡度一般7°～27°，最大達(dá)47°；填方邊坡腳的外側(cè)為寬4.0 m、高3.5 m的截污溝，截污溝外即為南明河。在古滑坡西側(cè)K8+015和K8+048段有兩處天然陡立巖壁，基巖出露地表。道路走向與南明河走向基本一致，均為東西向。K8+200～K8+540古滑坡平面示意見圖1。

圖1 水東路K8+200～K8+540古滑坡平面地形全貌圖

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

K8+200～K8+540古滑坡地處永樂向斜北西翼，下伏基巖為奧陶系中上統(tǒng)（Q2+3）灰?guī)r夾泥巖，地層產(chǎn)狀正常，巖層的層理平直，地層分布連續(xù)。表層松散巖土層沿基巖層表面的泥化軟弱層滑動形成古滑坡，古滑坡西側(cè)在K8+015和K8+048段有兩處天然陡立巖壁，基巖出露地表，巖層傾向167°，傾角32.8°。巖層傾向與斜坡傾向一致，構(gòu)成順向坡?；挛鱾?cè)出露巖體顯示，基巖內(nèi)有兩組垂直節(jié)理裂隙發(fā)育：一組節(jié)理裂隙傾向與坡向相反，傾向為276°，傾角70°，節(jié)理裂隙密度1～2條/m；另一組產(chǎn)狀為：傾向30°，傾角60°，節(jié)理裂隙密度1條/m。該裂隙位于擬建公路以下地段，對公路邊坡穩(wěn)定性無影響。

1.3 地層巖性

根據(jù)鉆探揭露和地表地質(zhì)調(diào)查，該滑坡體地層由耕植土（Qpl）﹑黏土(Qel+dl)夾碎塊石組成；下伏基巖為奧陶系中上統(tǒng)（O2+3）灰?guī)r夾泥巖，自上而下細(xì)述如下。

（1）耕植土（QPd）：褐黃色，由黏土夾碎石組成，厚度0.5～1.0 m，分布在自然坡面表層，植物根系發(fā)育，結(jié)構(gòu)疏松。

（2）滑坡體(Qdel)：雜色，由黏性土夾泥巖風(fēng)化殘余碎塊和灰?guī)r塊石組成，厚度5.0～7.0 m結(jié)構(gòu)疏松。

（3）硬塑黏土(Qel+dl):黃色，土體結(jié)構(gòu)較松散，含大量泥巖風(fēng)化殘塊，厚度0.5～4.80 m。

（4）泥化軟弱層(Q4dl+el)：紅褐色，紫褐色，硬塑狀，泥化層厚5～10 cm，埋深5～7 m，力學(xué)指標(biāo)僅為 C=20 kPa，Φ=33。

（5）奧陶系中上統(tǒng)(O2+3)灰?guī)r：灰色，薄至中厚層狀夾泥巖，細(xì)晶結(jié)構(gòu)，巖體較完整，巖芯柱狀。中風(fēng)化灰?guī)r飽和單軸抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值frk=46 MPa，屬較硬巖類，巖體較完整，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅲ類。

1.4 氣象水文

場區(qū)屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，年平均氣溫14.6℃，最熱為7月份，極端最高氣溫39.5℃；最冷為1月份，極端氣溫-9.5℃。無霜期260 d以上，年平均降雨量為1 154.26 mm，降水多集中在4～10月，占全年降水量的87.36%。夏季盛行偏南風(fēng)，冬季盛行偏北風(fēng)，春秋兩季風(fēng)向變換頻繁，年平均風(fēng)速小于2.0 m/s。受山區(qū)地形、微地貌控制，區(qū)內(nèi)地表水系較發(fā)育，大氣降水多順坡面逕流，向南往南明河內(nèi)排泄。

1.4.1 地表水

場地處于半山寬緩斜坡中部，地勢較高，有常年地面水流經(jīng)過場地（為農(nóng)用灌溉用，有專用排水溝），大氣降雨時，地表水從坡頂經(jīng)場地排向南明河，對邊坡巖土起沖刷－剝蝕作用。由于場區(qū)地形為緩坡地形，匯水流量相對較小，地表水主要經(jīng)場地東側(cè)槽谷流入南明河，通過球積儀測量，場區(qū)匯水面積約為45 000 m2。

1.4.2 地下水

根據(jù)滑坡區(qū)內(nèi)出露的地層巖性、地下水動力條件及含水介質(zhì)特征，邊坡區(qū)內(nèi)地下水類型主要為碳酸巖巖溶水，賦集于奧陶系中上統(tǒng)(Q2+3)灰?guī)r的巖體溶蝕裂隙中，水量受地形、巖性等因素控制及南明河切割影響，南明河為該區(qū)域的地下水排泄基準(zhǔn)面；區(qū)內(nèi)地下水總體上向南逕流，在地勢低洼部位以泉的形式出露地表。地下水位埋藏較深，水質(zhì)一般為低礦化 HCO3－Ca.Mg型水，中性，對混凝土無侵蝕性。

2 古滑坡變形特征

該古滑坡位于南明河北岸，下伏基巖為奧陶系中上統(tǒng)(O2+3)灰?guī)r夾泥巖，巖層傾向（167°）與坡向相同，傾角較陡（32.8°），巖層間存在軟弱結(jié)構(gòu)面（薄層泥巖夾層），受南明河長期的沖刷、侵蝕，斜坡底部（南明河邊緣）的破碎巖體被河水沖刷流失，形成臨空面；滑坡主軸為8—8’剖面，方向為北面偏東西向31°，滑坡主軸長度356 m；滑坡后緣位于松林山上部，標(biāo)高1 115～1 120 m，未滑動的巖體處呈現(xiàn)出2～4 m高的弧圈狀陡崖；滑坡中部位于松林山中下部，黏土中夾有大量孤石，呈現(xiàn)出臺階狀，大多被當(dāng)?shù)鼐用駢楹档?；滑舌伸入南明河?～10 m。該滑坡主滑段位于滑坡中部（斜坡中部），抗滑段位于滑坡下部（南明河北側(cè)河岸），牽引段位于滑坡上部（斜坡上部）。

該古滑坡類型按滑坡體物質(zhì)成分劃分為巖質(zhì)順層滑坡，淺層巖土體沿巖層間軟弱結(jié)構(gòu)面（薄層泥巖夾層）順層滑動；按發(fā)生后的活動性劃分為死滑坡，滑坡體已停止活動，坡體上有少量植被和居民點；按形成原因、時間和力學(xué)性質(zhì)劃分為自然狀態(tài)下的推移式古滑坡；按滑動體厚度劃分為淺層滑坡，滑動體厚度在6.0 m左右；按滑動體體積劃分為中型滑坡，滑坡體體積5 000～50 000 m3。

由于巖層傾角與坡度角相當(dāng)，加之在該滑坡體上長期未進(jìn)行不利于滑坡穩(wěn)定的人類活動，故該古滑坡已趨穩(wěn)定，但若對該古滑坡進(jìn)行人工開挖邊坡或填筑加載等破壞滑坡體穩(wěn)定的人類活動，則極有可能引起新的滑動[2]。該滑坡從坡腳至坡頂人類工程活動對斜坡破壞不大，道路未施工前，天然狀態(tài)下斜坡總體穩(wěn)定，但施工便道開挖后，局部已有開裂變形等下滑跡象。

3 滑坡穩(wěn)定分析及評價

3.1 滑坡穩(wěn)定性計算

滑坡穩(wěn)定性計算采用文獻(xiàn)[4]《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30—2004）中的 7.2.2-1、7.2.2-2公式進(jìn)行計算。即：

當(dāng)Ti<0時，應(yīng)取Ti=0。

式中：Ti，Ti-1為第 i和 i-1滑塊剩余下滑力，kN/m；Fs為穩(wěn)定系數(shù)；Wi為第 i滑塊的自重力，kN/m；αi-1，αi為第 i和 i-1滑塊對應(yīng)滑面的傾角，（°）；φi為第i滑塊滑面內(nèi)摩擦角，（°）；Ci為第i滑塊滑面巖土黏聚力，kN/m；Li為第 i滑塊滑面長度，m；Ψi為傳遞系數(shù)。

當(dāng)滑坡體最后一條塊的剩余下滑力小于或等于0時，滑坡穩(wěn)定；大于0時，滑坡不穩(wěn)定。此時Ti值可作為設(shè)計支擋工程結(jié)構(gòu)所承受的推力[4]。

3.2 代表性斷剖面檢算

3.2.1 滑坡主軸代表性剖面

滑坡主軸代表性剖面位于K8+360處（即11剖面），故選取該剖面進(jìn)行檢算，見圖2。

根據(jù)制粒原料不同的力學(xué)特性，考慮到物料在喂料過程中的規(guī)律性和?？捉Y(jié)構(gòu)的軸對稱性，可以將?？字械奈锪蟿澐譃闄M觀各向同性材料和各向同性材料。分別如圖2和圖3所示。

圖2 滑坡主軸代表性剖面圖

3.2.2 計算參數(shù)選取

黏土夾碎塊石：γ＝21 kN/m3,C=15 kPa,Φ=35°。

中風(fēng)化灰?guī)r：γ＝25.6 kN/m3；

泥灰?guī)r軟弱結(jié)構(gòu)面（層面）:C=20 kPa，Φ=33°考慮到巖體結(jié)構(gòu)面浸水軟化情況及時間效應(yīng)，根據(jù)《貴州建筑巖土工程技術(shù)規(guī)范》(DB 22/46—2004)，C、Φ 按 0.8折減，設(shè)計取值 C=16 kPa，Φ=26.4°。

3.3 計算結(jié)果及評定標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)K8+200～K8+540段邊坡特征及巖層結(jié)構(gòu)面分析，根據(jù)有關(guān)參數(shù)對 1、3、7、9、11、16剖面按折線滑面計算古滑坡修建道路前（即加載前）的穩(wěn)定性，計算結(jié)果見表1。

表1 加載前古滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

從以上計算結(jié)果可知，各剖面處于臨界平衡狀態(tài)，小于規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)1.3，滑坡屬于不穩(wěn)定狀態(tài)[4]。

4 滑坡治理設(shè)計方案及穩(wěn)定性分析

貴陽市水東路繞避K8+200～K8+540段古滑坡的選線方案，由于徹底避開該古滑坡須兩次跨越南明河，所增加的跨河大橋造價比治理該古滑坡的費用高出數(shù)倍，故選線方案不得不選擇穿越古滑坡體。經(jīng)過再三方案比選和利弊權(quán)衡，該段道路最終選定以道路中心填方高3～15 m的方案通過。該方案選定后的情況是：填方基底以下為傾角32.8°的順層滑坡，加之地面橫坡陡峻，道路路面寬度20 m，所以該段道路左側(cè)出現(xiàn)3～11 m的挖方邊坡，道路右側(cè)出現(xiàn)4～21 m的填方邊坡，填方邊坡外側(cè)為截污溝開挖邊坡，截污溝外側(cè)為南明河。

在該古滑坡體的治理中，道路左側(cè)挖方邊坡塹頂外側(cè)2 m外設(shè)漿砌厚度為0.3 m，溝截面尺寸為0.4 m×0.6 m的M5漿砌片截水溝，將坡面雨水引至兩側(cè)自然溝槽。坡面采用錨索框架梁[3]，逆作法施工[5]，其具有結(jié)構(gòu)安全、施工便捷、造價低廉等優(yōu)點，故在方案比較中，被優(yōu)先采用。道路右側(cè)的填方邊坡，K8+200～K8+303和 K8+457～K8+540兩段道路右側(cè)填方邊坡高度雖然均在10 m以內(nèi)，但其擋墻基底地質(zhì)條件較差，其填方基底以下基巖為薄至中厚層順層狀，順層傾角32.8°，層間夾一層5～10 cm厚的泥化軟弱層，其力學(xué)指標(biāo)僅為：C=16 kPa，Φ=26.4°。若設(shè)普通擋墻則無法滿足設(shè)計要求，故在此兩段采用樁基托梁路肩擋土墻，樁基托梁路基橫斷面見圖3。

圖3 樁基托梁路基橫斷面圖

圖4 K8+360錨索樁板墻斷面圖

道路修建后雖然增加滑坡體自重，但錨索樁板墻和樁基托梁也增強了抗滑力，其穩(wěn)定性計算結(jié)果見表2。

表2 道路修建后滑坡穩(wěn)定性計算結(jié)果

從以上計算結(jié)果可知，道路修建后雖然增加了滑坡體的自重，但道路右側(cè)的錨索樁板墻和樁基托梁擋土墻與道路左側(cè)的錨索框架梁的設(shè)計，增加了抗滑力，使各剖面的穩(wěn)定系數(shù)均處于1.3之上，大于規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)1.3，滑坡體已處于穩(wěn)定狀態(tài)[4],能夠滿足《公路路基設(shè)計規(guī)范》的要求。

5 滑坡治理設(shè)計簡介

在K8+200～K8+540段滑坡治理中，采用錨索樁板墻與樁基托梁路肩檔土墻方案進(jìn)行治理設(shè)計的具體情況是：在K8+200～+303和K8+457～+540兩段道路右側(cè)填方邊坡高度為4～10 m地段，采用樁基托梁路肩擋土墻，墻高4～10 m；擋墻高為3～4 m者，其下部樁基采用1.5 m×1.75 m的矩形樁，樁長不少于8.5 m，且嵌入穩(wěn)定基巖以下長度不少于4 m；擋墻高為6～10 m者，其下部樁基采用1.5m×2.0m的矩形樁，樁長不少于10m，且嵌入穩(wěn)定基巖以下長度不少于5 m。

在K8+303～K8+457段道路右側(cè)填方邊坡高度11～21 m，且邊坡外側(cè)緊臨截污溝與南明河，所以，采用錨索樁板墻。其中，1#～6#樁(K8+304～K8+337)和 20#～25#樁(K8+421～K8+456)樁身截面尺寸為2m×2.75m，樁長26.0m，7#樁(K8+343)、15#～19#樁(K8+391～K8+415)樁身截面尺寸為2 m×2.75 m，樁長28.0 m，且在每根樁中部(從樁頂向下 7 m、9 m和9 m、11 m或11 m、13 m處)增設(shè)2根錨索，錨索間距2 m，自樁頂以下1 m、3 m、5 m處及設(shè)計錨索孔中間都應(yīng)預(yù)留備用錨索孔。9#～13#樁(K8+355～K8+379)樁身尺寸為 2 m×3.25 m，樁長 31.5m，8#樁(K8+349)、14#(K8+385)樁身尺寸為2m×3.25 m，樁長30.0 m，且在每根樁的中部 (從樁頂向下11m、13m、15m處)增設(shè)3根錨索，錨索間距2m，自樁頂以下1 m、3 m、5 m處及設(shè)計錨索孔中間預(yù)留一孔備用錨索孔。在兩樁之間設(shè)外掛式鋼筋混凝土擋土板，其中K8+304(1#樁)～K8+325(4#樁)和 K8+421(20#樁)～K8+456(25#樁)段自樁頂以下0～6 m范圍內(nèi)掛0.38 m×1.0m×6.0 m擋土板，自樁頂以下6～11 m范圍內(nèi)掛0.45 m×1.0 m×6.0 m擋土板；K8+325(4#樁)～K8+421(20#樁)段自樁頂以下0～6 m范圍內(nèi)掛0.32m×0.5m×5.0m擋土板，自樁頂以下6～12m范圍內(nèi)掛0.4m×0.5m×5.0m擋土板；自樁頂以下12～15 m范圍內(nèi)掛0.4 m×0.5 m×5.0 m擋土板，擋土板后設(shè)置0.3 m厚砂卵石反濾層，擋土板中部必須留兩個泄水孔。上述抗滑樁及擋土板均為C30鋼筋混凝土。

樁上錨索設(shè)計最終拉應(yīng)力為1 200 kN，錨索均采用8束(7根鋼絞線，Φ15.2 mm)錨索，鉆孔直徑為130 mm，每孔錨索錨固段長均為8 m，錨頭用C30混凝土封頭。為使路堤填筑不受錨索影響，將錨索設(shè)于抗滑樁中部，錨索自由段全部埋入地面以下。在道路左側(cè)邊坡塹頂外側(cè)2 m外設(shè)漿砌厚度為0.3 m，溝截面尺寸為0.4 m×0.6 m的M5漿砌片截水溝，將坡面雨水引至兩側(cè)自然溝槽。

6 治理效果

K8++200～K8+540段滑坡治理于2009年竣工通車以來，至今已經(jīng)歷3年雨季考驗，在結(jié)構(gòu)方面，未發(fā)現(xiàn)任何開裂變形或位移超標(biāo)現(xiàn)象；在城市道路結(jié)構(gòu)環(huán)境美化方面，也因為結(jié)構(gòu)與環(huán)境和諧而新穎自然，美觀大方；造價低廉，投資節(jié)省，施工簡便，工期較短，通車后運行狀況良好。

7 結(jié)語

通過貴陽市水東路古滑坡治理設(shè)計，積累了一定經(jīng)驗，總結(jié)如下。

（1）穿越古滑坡不是不可能。

在繞避困難地段，當(dāng)?shù)缆凡坏貌淮┰焦呕w時，只要進(jìn)行充分論證和方案比選，選擇適當(dāng)?shù)闹踅Y(jié)構(gòu)治理滑坡是可行的。

（2）科學(xué)選取樁身尺寸和錨索根數(shù)。

在樁身尺寸和錨索根數(shù)的選取時，適當(dāng)減小樁身尺寸，增加錨索根數(shù)，可以降低造價，方便施工，縮短工期。由于貴陽市水東路K8+303～K8+457段道路緊鄰南明河，抗滑樁樁井下挖大部分在南明河水位以下，樁井內(nèi)涌水嚴(yán)重，下挖困難?？紤]到這方面的因素，在設(shè)計時就適當(dāng)減小樁身尺寸，特別是減少樁長，讓更多的抗滑力用錨索承擔(dān)，所以，錨索就需要相應(yīng)增加一些。這樣既能做到結(jié)構(gòu)安全可靠，又能節(jié)省部分投資，還可使施工方便快捷,縮短工期。

（3）支擋結(jié)構(gòu)要考慮城市景觀。

城市道路的邊坡支擋，不僅需要結(jié)構(gòu)安全可靠，也需要做到美觀大方。樁板墻的樁與板通常采用板在樁后擋土，這種結(jié)構(gòu)雖然安全可靠，但在兩樁之間有一個很大的凹槽，在視覺上不美觀。為了解決這個問題，K8+303～+457段樁板墻采用外掛式擋土板，只在樁上的兩板之間留下寬和深均僅0.5 m“伸縮縫”兼視覺美化豎條，這樣支擋結(jié)構(gòu)的視覺效果就大為改觀。

[1]李海光.新型支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計與工程實例[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]李安洪，周德培，馮君，等.順層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析與支擋防護(hù)設(shè)計[M].北京：人民交通出版社，2011.

[3]GB 50330-2002，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范 [S].

[4]JTB D30-2004，公路路基設(shè)計規(guī)范 [S].

[5]DB22/46-2004，貴州建筑巖土工程技術(shù)規(guī)范 [S].