湖南某高速公路邊坡滑坡穩(wěn)定性分析與治理

王訓波，趙玉寶

(湖南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司 長沙市 410008)

湖南地處我國長江中下游區(qū)域，山嶺峻、河流急，在山區(qū)高速公路的建設(shè)中，路線往往沿半山腰布設(shè)，形成了大量路塹高邊坡，邊坡水毀災(zāi)害時有發(fā)生。以湖南省常德至吉首高速公路K177+040～K177+115段左側(cè)路塹邊坡為例，采用鉆探、地質(zhì)調(diào)繪等分析方法，對該滑坡的滑坡機理、破壞機制進行了研究，并提出了相應(yīng)的滑坡治理措施。

1 工程概況

進入2012年以來，湖南瀘溪地區(qū)遭遇罕見的連續(xù)降雨極端天氣，2012年5月25日7時10分，常德至吉首高速公路K177+040～K177+115段左幅上邊坡發(fā)生山體滑坡，滑體依次覆蓋了D匝道和主線，造成雙向交通中斷，并存在山體再次滑移及導致高壓電力線路中斷等嚴重安全隱患，見圖1：

圖1 現(xiàn)場照片

設(shè)計人員趕赴現(xiàn)場完成了12個地表監(jiān)測點布設(shè)工作，形成了“先搶險臨時保安全，后加固保長期穩(wěn)定”的處治原則，初步確定了搶險處治及加固方案，提出的兩個系統(tǒng)加固設(shè)計方案(方案一，錨桿加固方案；方案二，錨索+錨桿方案)，經(jīng)過與專家討論，原則同意按照推薦方案二(錨索+錨桿方案)進行施工圖設(shè)計，勘察布置并完成了鉆孔3個，鉆孔編號分別為CX-1、CX-2、CX-3，該邊坡工程地質(zhì)平面圖，見圖2。

圖2 K177+040～K177+115段工程地質(zhì)平面圖

2 工程地質(zhì)條件

該山體所處地貌類型為丘陵地貌，最高點海拔188m，路面設(shè)計高程約147.5～148.8m，相對高差最大40余米，自然山體坡度多在25°～30°之間。坡面植被較發(fā)育，以灌木為主，覆蓋層較薄。山體巖層傾向與路線走向呈近90°夾角，為順向坡。根據(jù)本次調(diào)繪及勘察所獲的資料，山體地層巖性由新到老分述如下：

(1)種植土：灰褐、棕褐色，系殘坡積成因，層厚小于0.5m，山體表面廣泛分布。

(2)鈣泥質(zhì)粉砂巖：薄～中厚層、夾巨厚層狀，鈣質(zhì)膠結(jié)；全風化多呈硬塑黏土狀，局部夾少量強風化巖塊，厚度一般小于0.5m；強風化呈紫紅色，陡傾角節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖體破碎，巖質(zhì)軟弱，該層厚度一般小于6.0m； 中風化層呈紫灰色、紫黑色，巖體較完整，巖質(zhì)較軟，本次鉆探未揭露鉆穿該層。

(3)鈣質(zhì)砂巖：薄～中厚層狀，鈣質(zhì)膠結(jié)；全風化多呈褐灰色，硬塑土狀，夾少量強風化巖塊，層厚小于0.50m；強風化層呈褐黃色、褐色，陡傾角節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，巖質(zhì)軟；中風化層呈淺灰紅色，巖體較完整，巖質(zhì)較軟，本次勘察未鉆穿該層。

其中路塹邊坡B～B′剖面工程地質(zhì)橫斷面圖，見圖3。

圖3 路塹邊坡 B～B′剖面工程地質(zhì)橫斷面圖

本次設(shè)計收集了該邊坡臨近工點的巖石力學實驗數(shù)據(jù)，整理結(jié)果如表1所示：

表1 巖石單軸極限抗壓強度試驗成果分析表

3 滑坡體特征、成因及其穩(wěn)定性評價

3.1 滑坡體特征

已滑坡體里程樁號K177+040～K177+115，類型為順層平面滑坡?；w周界明顯，平面上呈三角形(圖1)。滑體橫向長度約50m，剪出口順路線長度約75m，滑體厚度約8～11m，主要由強～中風化鈣泥質(zhì)砂巖、粉砂巖組成，滑動方向約340°，滑體體積約3.5萬立方米，屬中型滑坡。 此外滑坡所在山體頂部有220kV變電站的三座基塔共四回110kV出線，承擔著瀘溪縣境內(nèi)全部電力供應(yīng)，一旦坡體變形破壞，將會產(chǎn)生重大的社會影響。

據(jù)調(diào)查，該段邊坡原設(shè)計為2級邊坡，坡腳采用9m高漿砌塊石擋墻防護，在施工期間，因坡體前端產(chǎn)生了局部滑塌，業(yè)主曾兩次委托其它勘察設(shè)計單位于2004年對該邊坡進行了錨桿+擋墻(K177+000～K177+230左側(cè))加固，于2006年進行了錨索(K177+090～K177+155左側(cè))加固。

3.2 滑坡成因

該坡體為典型的水毀邊坡，極端氣候是造成滑坡發(fā)生的主要原因。連續(xù)的大氣降水不斷地沿淺部張開的節(jié)理裂隙滲入到坡體內(nèi)，并在節(jié)理裂隙內(nèi)蓄積，形成靜水壓力，迫使節(jié)理裂隙進一步張開，張開的節(jié)理裂隙又成為新的滲水通道和蓄水空間，為坡體的變形破壞形成了惡性循環(huán)；同時，沿節(jié)理面下滲的水體對巖層間所夾的頁巖起到浸泡、軟化的作用，使得頁巖的物理力學性質(zhì)不斷降低，從而形成軟弱面；據(jù)現(xiàn)場實地調(diào)查，現(xiàn)坡體前端的擋土墻雖然布設(shè)了泄水孔，但未起到很好的泄水作用，使得坡體內(nèi)的地下水位在坡體前端不能順利排泄，隨降雨不斷滲入，坡體內(nèi)地下水位上升，在坡體內(nèi)形成了高的揚壓力。在上述幾個因素共同作用的情況下，坡體的平衡狀態(tài)被破壞，滑坡的產(chǎn)生便不可避免。

3.3 已滑坡體穩(wěn)定性評價

目前對滑體已進行了部分清除，剩余滑體暫時反壓在坡腳；根據(jù)滑面推測，目前滑體前端剪出口位于D匝道路面以上約1～2m，滑體清除后，由于該段邊坡前端還存在臨空面，且坡面延伸較長，故該段坡體仍會存在順層滑移的可能，應(yīng)進行適當加固。

4 擬加固山體工程地質(zhì)條件

4.1 加固范圍

擬加固山體平面上呈倒梯形，縱向長度約55m(K177+115～K177+170)，中部寬度約140m，橫向長度約75m，體積約7萬立方米，潛在滑面同巖層層面。

4.2 穩(wěn)定性分析

該段坡體的地質(zhì)情況與已滑動坡體的地質(zhì)情況完全相似，之所以目前未發(fā)生破壞是因為2006年變更設(shè)計施做的錨索起到了一定的穩(wěn)定作用，據(jù)變更資料，原變更設(shè)計設(shè)置錨索共21根，分為兩排，水平間距4m，長度為20m，傾角25°，設(shè)計張拉力600kN。根據(jù)斷面測量，下部第一排11根錨索已延伸至潛在的滑面以下；潛在滑面從上部第二排錨索的錨固段中部通過。地表變形監(jiān)測表明，上部第二排錨索的錨頭部分已經(jīng)出現(xiàn)約4mm的變形，表明該段錨索已經(jīng)受力。

圖4 地表監(jiān)測點布置圖

“5.25”水毀事故發(fā)生后，為確保公路運營及搶險加固施工安全，即對該坡體布設(shè)了地表變形監(jiān)測網(wǎng)，在擬加固坡體上共布設(shè)監(jiān)測點12個(圖4)，同時也進行搶險加固樹根樁施工，根據(jù)施工進度、天氣情況結(jié)合坡體的變形曲線，可以看出，6月1日至7日，在降雨及施工的共同作用下，該邊坡出現(xiàn)了變形跡象，6月7日至6月13日暫停樹根樁施工，期間坡體經(jīng)歷了6月8日、10日兩場大雨，位移監(jiān)測表明坡體均出現(xiàn)了變形，降雨過后，坡體趨于穩(wěn)定狀態(tài)；6月13日樹根樁恢復(fù)施工，之后的監(jiān)測結(jié)果表明，坡體未發(fā)生變形，這也從另一方面說明了降雨對坡體的變形起到了重要的作用。

綜上所述，該邊坡目前處于極限平衡狀態(tài)，為確保高速公路運營及電力線路運營安全，需要對該坡體進行加固。

4.3 參數(shù)反算及選用

4.3.1計算依據(jù)

(1)破壞模式：按照平面破壞模式，對擬加固山體整體進行計算，計算公式采用平面滑動公式計算。

(2)計算工況：非正常工況I。

(3)結(jié)構(gòu)面傾角：同巖層傾角，25°。

(4)原設(shè)計錨索：21根，傾角25°，長20m，錨固段長度6m(經(jīng)計算，取其極限狀態(tài)下抗拔力979kN)，穩(wěn)定性分析中已將該部分力充分考慮。

(5)擬加固坡體體積：63736m3，重度取22kN/m3。

(6)滑面面積：6660m2。

(7)擬布設(shè)錨桿(索)傾角：30°。

(8)現(xiàn)坡體穩(wěn)定系數(shù)：Fs=1.05。

(9)擬加固安全系數(shù)：Fs=1.20。

4.3.2參數(shù)反算及選用

經(jīng)過反算，設(shè)計采用的主要參數(shù)如表2所示：

表2 設(shè)計采用參數(shù)表

經(jīng)過計算，該坡體加固至安全系數(shù)為1.2時所需的錨固力為100621kN。

5 搶險處治設(shè)計

為了保證工程安全，按照《公路路基設(shè)計規(guī)范》對于高速公路滑坡應(yīng)進行動態(tài)設(shè)計的原則，本次設(shè)計擬采用“動態(tài)設(shè)計法”，通過施工過程中坡體的變形監(jiān)測情況，指導施工，必要時可對設(shè)計內(nèi)容作適當調(diào)整。

5.1 搶險應(yīng)急加固

搶險應(yīng)急加固設(shè)計主要采用樹根樁對坡體后緣進行加固，目前搶險應(yīng)急加固樹根樁施工已經(jīng)完成，正在進行樁頂系梁施工。樹根樁設(shè)計參數(shù)如下：

(1)在坡頂2個電塔(電塔1、2)塔基下方5～8m內(nèi)，平行于路線走向，布置3排樹根樁。

(2)樹根樁排間距1.5m，孔距3.0m，梅花形布置。

(3)樹根樁樁孔內(nèi)徑130mm，樁長20m，內(nèi)置3Φ32鋼筋籠，灌注速凝、早強混凝土，要求水泥砂漿28d無側(cè)限抗壓強度不小于20MPa。

(4)樹根的鋼筋為3根Φ32mmHRB335鋼筋，縱向錯位焊接；橫向用8mmHRB335鋼筋焊接呈品字形。

(5)樹根樁施工完成后，對每排樁頂以系梁連接，系梁采用C25混凝土系梁，尺寸40cm×30cm。

(6)樹根樁布置范圍應(yīng)延伸到兩電塔塔基外側(cè)各10m。

(7)采用孔底注漿法，直至將孔內(nèi)的鉆探泥漿全部排出為止。

5.2 系統(tǒng)加固

系統(tǒng)加固設(shè)計由：一期加固錨桿、二期錨索、三期錨桿、主動網(wǎng)防護、平式泄水孔、坡腳擋墻等部分組成。

(1)一期加固錨桿

共102根，錨孔孔徑D=150mm，桿體采用2根Φ32HRB335鋼筋，錨桿傾向166°，傾角30°，間距5.0m×6.0m(行×列，下同)，矩形布置，灌注水泥砂漿，要求水泥砂漿28d無側(cè)限抗壓強度不小于20MPa；每列錨桿采用C25混凝土豎梁連接，錨桿長度24～28m。

(2)二期錨索

共101根，錨索孔孔徑D=150mm，桿體采用7束Φj15.24鋼絞線，每根錨索設(shè)計抗拔力750kN，設(shè)計鎖定力375kN；錨索傾向166°、傾角30°，間距5.0m×6.0m，矩形布置，注漿材料采用水泥漿，要求水泥漿28d無側(cè)限抗壓強度不小于20MPa；每列錨索采用C25混凝土豎梁連接；錨索設(shè)計長度24～28m，其中錨固段長度不小于10m。

(3)三期錨桿

共60根，單根長9m，共540m。錨孔孔徑D=130mm，桿體采用1根Φ28 HRB335鋼筋，錨桿長度9m，錨桿傾向166°，傾角30°，間距4.0 m×4.0 m，梅花形布置，灌注水泥砂漿，要求水泥砂漿28d無側(cè)限抗壓強度不小于20MPa；每列錨桿采用C25混凝土豎梁連接。具體施工方案見圖5。

圖5 B-B′剖面設(shè)計施工方案橫剖面圖

(4)錨桿噴射混凝土防護

錨索施工完成后，對現(xiàn)滑坡形成的陡坎上的危巖體進行清除，設(shè)計采用1∶0.1放坡；放坡后對后緣陡坎(滑體后緣至L5列錨索正下方)采用間距4m×4m、傾角40°、長度9m的點式錨桿進行加固。點式錨桿施工后，采用錨桿噴射混凝土對整體陡坎坡面進行錨噴防護。

(5)平式泄水孔

坡體系統(tǒng)加固完成后，在坡體下部及現(xiàn)擋墻中部施工兩排平式泄水孔，泄水孔長度15m。

(6)坡腳擋墻

在已被滑坡體剪斷的擋墻基礎(chǔ)上，修筑坡腳矮墻，矮墻高度1.5m，墻背設(shè)置縱向排水盲溝，墻身預(yù)留泄水孔。

(7)坡面綠化

坡面綠化：自然綠化。

5.3 監(jiān)測方案

為確保施工安全，檢驗加固效果，掌握坡體動態(tài)，要求建立監(jiān)測系統(tǒng)，對坡體進行監(jiān)測，用監(jiān)測結(jié)果指導安全施工，并把監(jiān)測獲得的信息及時反饋到設(shè)計方，以便完善設(shè)計工作。

5.4 施工順序

安全預(yù)警措施建立→測量放樣→樹根樁施工→深部位移監(jiān)測孔施工→一期錨桿施工→二期錨索施工→三期錨桿施工→陡坎放坡并進行錨桿噴射混凝土→平式泄水孔施工→截水溝施工→清除滑體→坡面綠化→坡腳擋墻施工→損毀路面恢復(fù)→開通車道。

6 結(jié)語

公路因雨水造成的沖刷水毀是最為常見的和多發(fā)的病害之一，是造成公路路基損壞的主要因素。本段巖質(zhì)高邊坡穩(wěn)定性差，逐漸發(fā)展成了滑坡，經(jīng)過對滑坡的治理，通車運營至今，本段邊坡未見失穩(wěn)跡象，表明該治理措施合理，現(xiàn)場效果證明了該方案的有效性。