某高速公路滑坡特征及治理措施研究

張永雨楊 程（.河南省交通規(guī)劃勘察設計院有限責任公司，河南鄭州45005；.安徽六國化工股份有限公司，安徽銅陵44000）

某高速公路滑坡特征及治理措施研究

張永雨1楊 程2
（1.河南省交通規(guī)劃勘察設計院有限責任公司，河南鄭州450052；2.安徽六國化工股份有限公司，安徽銅陵244000）

以河南某高速公路高填方路段滑坡工程為背景，現(xiàn)場勘探了滑坡變形特性，分析了滑坡發(fā)生的誘發(fā)因素，即地形和地層特征以及持續(xù)降雨，在基于強度折減的有限元分析基礎(chǔ)上，提出了采用抗滑樁并輔以錨桿和預應力錨索的處理方案，現(xiàn)場實施效果良好，可為類似工程的設計提供借鑒。

高填方路基；滑坡；降雨；抗滑樁

一、引言

丘陵山區(qū)的高速公路建設往往存在高填方路基，高填方路基由于方案措施不當［1］或在自然災害［2］作用下易發(fā)生滑坡，造成交通中斷，社會影響極大，且后期治理費用高昂。根據(jù)全國290個縣市地質(zhì)災害調(diào)查結(jié)果，滑坡在地質(zhì)災害中所占比例高達51%，大量的滑坡實例表明：降雨特別是暴雨是觸發(fā)滑坡的主要誘因，暴雨誘發(fā)的滑坡比重占滑坡總數(shù)的90%。［3］因此有必要對高填方路基在降雨條件下的滑坡特性和治理措施進行研究，可為今后類似工程的設計和施工提供借鑒。

本文以豫西某高速公路高填方段滑坡為例，對降雨誘發(fā)滑坡的特征進行了現(xiàn)場勘查，揭示了滑坡發(fā)生的內(nèi)在機理，提出了合理的處理措施，其現(xiàn)場實施效果良好。

二、工程概況

1.工程簡介

豫西某高速公路為雙向六車道，設計時速120km／h。本次滑坡廠區(qū)位于K280里程，附近屬低山丘陵區(qū)，海拔300～650m，相對高差50～320m，區(qū)內(nèi)地貌形態(tài)復雜，溝谷縱橫，地形起伏較大，總體呈西北高東南低的特點。2011年8月下旬，該地區(qū)出現(xiàn)50年一遇的連續(xù)降雨，導致K280段公路填方路基發(fā)生明顯沉降滑移。

2.工程地質(zhì)條件

此高速公路沿線主要屬華北地層區(qū)的太行山山系余脈區(qū)。在勘探范圍和深度內(nèi)，場地上覆土層為第四系全新統(tǒng)（Q4pl）洪積成因的黏土及粉質(zhì)黏土為主，夾有卵礫石，下伏基巖為第三系（E）礫巖和三疊系（T）粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖、砂巖、泥巖。

3.水文地質(zhì)條件

場區(qū)地下水包括基巖裂隙孔隙水、第四系松散層孔隙水?；鶐r裂隙孔隙水主要賦存于下第三系（E）礫巖及三疊系（T）粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)砂巖、泥巖及砂巖強風化孔隙和中風化裂隙中，屬孔隙裂隙潛水。第四系松散層孔隙水為第四系中更新統(tǒng)粉質(zhì)黏土孔隙上層滯水和中更系統(tǒng)強風化礫巖孔隙潛水，僅在雨季時存在。

區(qū)內(nèi)第四系粉質(zhì)黏土直接覆蓋于基巖上，第四系孔隙潛水含水層和基巖孔隙裂隙潛水含水層之間無隔水層，地下水水力聯(lián)系密切，相互溝通，由于地形地貌的影響場區(qū)沒有穩(wěn)定的地下水位線，受近期連續(xù)強降雨影響，勘探期間測得地下水位埋深1～5.2m。

三、滑坡特征及規(guī)模

1.場區(qū)布置

K280處附近為高填方路基，北側(cè)填土較高，約32m，設置了雙排樁擋墻，擋墻高約10m，擋墻外側(cè)設置反壓護道，加筋路堤結(jié)構(gòu)，右側(cè)填土高度高約5m，下行車道西南側(cè)設置一處避險車道。地勢總體西北高東南低，呈臺階狀。擋墻下部抗滑樁長15m，單根樁徑1.2m，樁中心間距約3.5m，嵌巖深度約6～8m。擋墻2m以下的填料為砂礫土，2m以上為泥巖、碎石強夯填筑。公路東北羅圈凹村為拆遷安置區(qū)，安置區(qū)地形呈臺階狀，共有5個臺階，相鄰兩個臺階之間高差約3～5m，北部局部用粉質(zhì)黏土回填。

圖1 場區(qū)工程地質(zhì)圖

圖1為該場區(qū)工程地質(zhì)圖。順路東西兩端均為山體，中間為挖填結(jié)合部位。路基為碾壓后的坡積物和碎石填土組成，最大填方高度約32m。填方西側(cè)路基下部設有排水涵洞，北側(cè)填方部位設有抗滑樁及擋土墻。

2.變形破壞情況

2011年8月下旬至9月底，場區(qū)遭遇連續(xù)強降雨，致使大量降水沿路肩南側(cè)排水溝順勢匯聚下滲侵蝕公路路基，造成K280段填方路基產(chǎn)生大面積沉降及側(cè)向推移。受雨水下滲影響，路基護坡坍塌，路面及周圍出現(xiàn)大量裂縫，受已有抗滑樁作用，裂縫自西北向東南方向穿過路面與東南側(cè)山體連接，持續(xù)發(fā)展一段時間后，路基趨于穩(wěn)定。

據(jù)查，滑坡體的變形始于2011年6月28日，9 月16日后變形加劇，主要的變形破壞區(qū)域包括高速公路的填方段和羅圈凹村區(qū)域。

（1）高速公路填方段

a.高速公路路面發(fā)育有橫向拉張裂縫，長35m，寬3-5cm，走向130°，裂縫兩側(cè)錯落約2 cm。

b.高速公路路基下沉約1 m左右，形成的拉張裂縫寬約70cm，貫穿整個路基。

c.縱向拉張裂縫已貫穿高速公路路面，長11 m，寬1 cm左右，走向60°。

d.填方路基東北側(cè)排水渠錯斷，后部排水渠變形嚴重，內(nèi)部排水涵洞出現(xiàn)裂縫；

e.公路路基漿砌石護坡局部坍塌。

（2）羅圈凹村區(qū)域

a.房屋均有不同程度的變形，墻壁開裂，裂縫寬度2-7cm，多數(shù)房屋不再適宜居住。

b.村內(nèi)多處水泥路面出現(xiàn)裂縫，寬約5-7 cm，上下錯落15 cm。

c.滑坡前緣部位出現(xiàn)地下水滲出帶。

d.地面裂縫發(fā)育，在羅圈凹村東南側(cè)發(fā)育走向65°、長約15m、寬約12cm的縱向拉張裂縫，并在前側(cè)臨溝部位發(fā)育寬5-7cm的弧形拉張裂縫，個別裂縫兩側(cè)錯落高度達到7-15cm。

3.滑坡體情況

滑坡平面形態(tài)呈圈椅型，滑坡體縱長370m，寬186m，剖面呈階梯型，由二個臺階組成，一級為高速公路填方路基，寬20m左右，高度為32m；二級臺階由第四紀覆蓋物組成的平緩臺階。路基填方高度約32m，且坡度較陡，有一定的凌空面，坡角土體的軟化失穩(wěn)，使滑坡前緣產(chǎn)生蠕動變形，從而引坡體中部的失穩(wěn)，因此場地滑坡的形態(tài)屬于牽引式。

該地區(qū)屬低山丘陵地貌，高速公路填方路基為填土，在羅圈凹村區(qū)域滑動變形部分為褐黃色粉質(zhì)黏土和棕紅色黏土，據(jù)現(xiàn)場調(diào)查及勘察報告，滑床由紫紅色砂巖及泥巖組成?；麦w后部填方路基厚度為32m，中前部為羅圈凹村居民居住地，厚度為8～12m，體積7.6×104m3，規(guī)模為中型?；轮骰较驗楸逼珫|60°。

四、邊坡穩(wěn)定性分析

1.邊坡穩(wěn)定性計算分析

依據(jù)地質(zhì)勘探和物探勘察成果，路基為下第三系礫巖和三疊系砂巖、泥巖等組成，無明顯的軟弱面存在，路堤為碾壓后的坡積物和碎石填土組成，最大填方高度約32m。路堤和路基不均勻，受抗滑樁作用，下部不存在滑動穩(wěn)定問題，僅抗滑樁西北側(cè)填土體強度降低后，沿填土結(jié)合面向東南產(chǎn)生滑移，邊坡失穩(wěn)，形成滑坡，表現(xiàn)為路面出現(xiàn)裂縫，也即填土體受雨水浸泡后，填土體呈飽和狀態(tài)，其強度降低，綜合分析，建基面為最弱結(jié)構(gòu)面，為滑坡體溫床，滑坡體沿建基面向東北方向產(chǎn)生位移，邊坡失穩(wěn)形成塌滑，其為滑坡體的主滑體；路東北至羅圈凹村，地質(zhì)結(jié)構(gòu)為土巖雙層結(jié)構(gòu)，上部為粉質(zhì)黏土，下部為基巖，依據(jù)勘探成果綜合分析，土巖接觸面即為最弱結(jié)構(gòu)面，滑坡體沿基巖面向東北方向滑移，地表黏土產(chǎn)生裂縫?，F(xiàn)僅以路基滑坡為例，采用瑞典條分法原理［4］，計算滑坡體穩(wěn)定性?？够€(wěn)定驗算示意圖見圖2。

圖2 抗滑穩(wěn)定驗算計算示意簡圖

由計算可知：滑動安全系數(shù)Fs為0.97（填土飽和狀態(tài)下取，C＝0kPa，ф＝15°），基本屬于準穩(wěn)定狀態(tài)。由于填土體屬不均質(zhì)體，各向異性差異顯著，即部分地段穩(wěn)定，部分地段處于不穩(wěn)定，故表現(xiàn)為局部地段產(chǎn)生塌滑，地表出現(xiàn)裂縫。基于以上分析，應對滑坡體進行處理。可采用加固填土，擋墻、預應力錨桿、錨索、加密抗滑樁等［1～2］［5］處理方案提高其穩(wěn)定性。結(jié)合工程實際情況及設計意見，建議采用錨桿+抗滑樁方案。

2.滑坡因素分析

K280段高速公路滑坡的形成主要與地形地貌、地層巖性、人類工程活動和降雨等自然和人工因素有關(guān)。

高速公路修建過程中，該區(qū)段有1.1×104m3填方量，在坡體后部形成堆載，增加了下滑力；填方路基建成后，由于排水不暢等問題，形成一道攔阻路堤上游區(qū)域地表水的隔水帶，造成降雨大量入滲至路基和坡體中，降低了路基的整體穩(wěn)定性；暴雨或持續(xù)降雨期是滑坡形成的主要誘發(fā)因素之一，雨水滲入到坡體中，加大了坡體重量，降低了土體的抗剪強度，使高速公路路基中的填土和坡體中的褐黃色粉質(zhì)黏土、棕紅色黏土軟化甚至泥化。

五、現(xiàn)場治理措施及效果

根據(jù)勘察報告所給出的土層物理力學性質(zhì)和滑坡體情況，決定采取如下處理措施：在擋土墻雙排樁以上部分施作20m長的φ32精軋螺紋錨桿，擋土墻內(nèi)錨桿間距為1.5m×1.5m，擋土墻上方錨桿間距為2m×2m；在原反壓護道開挖之后，在坡腳施作2m×3m的抗滑樁，間距5m，插入地面35m，并在抗滑樁頂斜向打入兩根T＝900kN預應力錨索，錨索錨固段嵌入堅硬的中風化砂巖中。典型剖面如圖7所示。具體施工工序如下：

1.首先卸載避險車道，有利于路堤左上方的減載，并利于排水系統(tǒng)的進一步加強和優(yōu)化；

2.準確測量放樣，自上而下分步開挖反壓護道，開挖一步錨固一排錨桿，直至開挖至承臺頂標高。上一層錨桿未完成施工，不得開挖下一步。

3.坡面破損嚴重區(qū)域，打設錨桿后，墻面鋪設單層φ6焊接鋼筋網(wǎng)+12cm厚噴射混凝土，并預留泄水孔，泄水孔布置間距2m×2m，與錨桿位置錯開布置。

4.擋墻加固過程中，錨桿自上而下逐排打設，逐排澆筑橫向地梁，并及時鎖定。上一排地梁未鎖定之前，不允許開挖下一步。

5.擋墻錨固防護措施完成后，同時開始實施抗滑樁和加筋土邊坡錨固防護?？紤]到施工安全，樁頂位置預留了B≥10m平臺，抗滑樁采用跳槽施工，且在抗滑樁施工過程中保持高速公路右幅封道，左幅通車。

6.抗滑樁跳槽式施工完成50%之后，再對右幅路面進行修復。

7.加筋土坡面錨固需搭設支架后進行施工；錨桿采用φ32預應力精軋螺紋錨桿，L＝20m×2m×2m，預應力T＝50KN.

8.錨索抗滑樁施工完成后，清理場地，做好抗滑樁施工平臺護坡，完成路面施工。

圖3 整治工程平面圖

為確保整治措施安全，在Plaxis 2D巖土工程數(shù)值模擬軟件中建立該滑動土體及加固方案的有限元模型，土體參數(shù)見表1所示，為了避免模型收斂問題，以進行此后的驗算。

表1 土體參數(shù)

根據(jù)計算結(jié)果，放大2倍后的滑坡土體的變形情況如圖4，最大值1.96m出現(xiàn)在滑動土體的頂端，即高速公路填方路基的頂部；二級臺階位置位移超過15cm，數(shù)值模擬結(jié)果與實際情況吻合良好。

圖4 變形網(wǎng)格（放大2.00倍）

使用此模型，根據(jù)強度折減法計算各個施工階段的滑動穩(wěn)定安全系數(shù)，得到的結(jié)果列于表2。

圖5 總位移云圖

表2 各工況安全系數(shù)

雖然滑動前的土體狀態(tài)安全系數(shù)為1.03，略大于通過條分法計算的結(jié)果，但在降水滲入到坡體中后，將會加大坡體重量，軟化填土土體，導致邊坡失穩(wěn)。此外，模型分析可見開挖反壓護道是此次邊坡整治過程中最危險的工況，若一次開挖，極易導致邊坡再次失穩(wěn)，故為了確保工程安全，應自上而下分步開挖反壓護道，每開挖一步，就將一排錨桿進行錨固。加固完成后的邊坡安全系數(shù)已經(jīng)大于1.2，可認為邊坡達到穩(wěn)定狀態(tài)，治理結(jié)果也表明采取以上的措施是具有成效的。

六、結(jié)論與建議

（1）高速公路K280段區(qū)段高速公路高填方，在坡體后部形成堆載，增加了下滑力；填方路基建成后，由于排水不暢等問題，形成一道攔阻路堤上游區(qū)域地表水的隔水帶，造成降雨大量入滲至路基和坡體中，降低了路基的整體穩(wěn)定性。坡角土體的軟化失穩(wěn)，使滑坡前緣產(chǎn)生蠕動變形，從而引坡體中部的失穩(wěn)，形成牽引式滑坡。

（2）滑坡平面形態(tài)呈圈椅型，主滑方向60°，滑坡體縱長370m，寬186m；剖面呈階梯型，由二個臺階組成，一級為高速公路填方路基，寬20m左右，高度為32m；二級臺階是由第四紀覆蓋物組成的平緩臺階，導致大量民房開裂。

（3）對于類似工程，建議在勘察設計階段應當充分重視沿線各類地質(zhì)災害，對于工程地質(zhì)條件復雜的路段，應重點考慮高填方路段滑坡、泥石流等地質(zhì)災害，加強邊坡防護措施；地質(zhì)災害易發(fā)路段，邊坡或路基路段應及時清理和檢修防排水措施，確保其運行良好。

（4）對于高填方或半填半挖路段防護措施，若在基巖為弱膠結(jié)泥巖時，建議樁端入巖深度大于或等于上部覆蓋層厚度。

（5）實踐證明，在既有擋土墻雙排樁的基礎(chǔ)上加抗滑樁，并輔以錨桿和預應力錨索的滑坡處理方案是可行的。

［1］鄧立雄.錨索——框格梁加抗滑樁加固技術(shù)在高速公路邊坡處理中的應用［J］.四川建材，2010，36（4）：149-151.

［2］張力.預應力錨索結(jié)合全粘結(jié)錨桿在高邊坡處理中的應用［J］.鐵道建筑技術(shù)，2014，（4）：99-102.

［3］羅從雙.某高速公路滑坡的成因分析及數(shù)值模擬［J］.中外公路，2014，34（3）：6-8.

［4］《巖土工程手冊》編寫委員會.巖土工程手冊［Z］.北京：中國建筑工業(yè)出版社.1994.

［5］余治武.抗滑樁施工技術(shù)在邊坡處理中的應用［J］.水利水電施工，2010，（5）：71-73.

The Analysis on the Landslide Mechanism in the freeway

Zhang Yong-yu1，Yang Cheng2
（1.Henan Provincial Communications Planning Surver and Design Institute CO.，LTD，Zhengzhou Henan 450052，China；2.Liuguo Chemical Industry Co.Ltd.，Tongling Anhui 244000，China）

Based on an landslide engineering in high embankment of freeway in Henan Province，the deformation characteristics of the landslide was surveyed.The factors that affected the landslide，the characteristics of topography and soil，continuous rainfall，were analyzed.The 2D finite element method with reducedshear strength was used to analyze the management scheme，as anti-slide pile and rockbolt and prestressed anchor lock.The feasibility was verified by the field practice.

High embankment；landslide；rainfall；anti-slide pile

U412.36+6

A

1672-0547（2015）02-0105-04

2015-03-01

張永雨（1979-），男，河南南陽人，河南省交通規(guī)劃勘察設計院有限責任公司工程師，注冊巖土工程師，碩士，研究方向：巖土工程

勘察及設計；

楊 程（1970-），女，安徽合肥人，安徽六國化工股份有限公司工程師，研究方向：工程造價管理。