某高速公路邊坡滑坡分析及處治設(shè)計(jì)

李艷明

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030032）

1 工程概況

該滑坡位于廣東省新興縣河頭鎮(zhèn)沙坪村境內(nèi)，位于某建高速公路K21+410—K21+515 段左側(cè)，該段高速公路為半挖半填路段，最大開挖高度為8.0 m，最大填方高度為10.0 m。挖方邊坡坡率1∶1.0，挖方坡腳設(shè)置2.5 m 高C20 混凝土擋土墻，以上采用噴播植草防護(hù)。2018 年9 月12 日，該路塹邊坡已出現(xiàn)滑坡，滑坡后緣距塹頂線約70 m，后緣出現(xiàn)錯臺、簸箕裂縫，錯臺高度約80 cm，前緣剪出口位于坡腳墻附近，擋墻變形開裂，開裂處滲水，揭露全風(fēng)化紫紅色泥巖。據(jù)現(xiàn)場觀測，滑坡變形持續(xù)發(fā)展，嚴(yán)重影響公路的運(yùn)營安全，亟需處治邊坡滑坡。

圖1 滑坡處原斷面設(shè)計(jì)圖

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

本路段地處構(gòu)造侵蝕低山丘陵區(qū)，地形起伏較緩，坡體地面標(biāo)高約為80.0～120.0 m，自然坡角最大約為30°。山體植被發(fā)育，生長松樹及各種灌木、蕨類植物。

2.2 地層巖性

根據(jù)野外地質(zhì)調(diào)繪及鉆探資料（ZK1—ZK8）成果，邊坡主要由第四系沖洪積和殘坡積成因粉質(zhì)黏土和寒武系高灘組泥質(zhì)砂巖風(fēng)化物組成。各巖土層分述如下：

a）粉質(zhì)黏土 褐黃色，軟塑- 可塑，土質(zhì)不均，干強(qiáng)度中，塑性中，表層含植物根系。

b）全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖 灰紅色，全風(fēng)化，原巖結(jié)構(gòu)清晰可辨，大部分如粉質(zhì)類土狀，具可塑性，呈柱條狀。

c）強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖 紫紅色為主，強(qiáng)風(fēng)化，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙很發(fā)育，巖芯破碎殘缺，呈1.0～3.0 cm 的碎塊狀，手掰易碎。

d）強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖 紅黃色，強(qiáng)風(fēng)化，粉細(xì)粒結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙很發(fā)育，巖芯破碎呈3～6 cm 的塊狀，偶見短柱狀，局部可見石英脈，錘擊易碎。

e）中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖 黃褐色，中風(fēng)化，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯為碎塊狀或者短柱狀。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造與地震

項(xiàng)目區(qū)位于華南加里東褶皺系粵西隆起帶內(nèi)，大地構(gòu)造位置上處于四會- 吳川斷褶帶中西段。在漫長的地質(zhì)時期經(jīng)歷了多次和多種性質(zhì)的地殼運(yùn)動，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造多呈北東或近北東走向。項(xiàng)目區(qū)地震動峰值加速度值為0.05g，地震動反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度。根據(jù)邊坡專項(xiàng)地質(zhì)調(diào)繪成果，邊坡范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)有影響場地穩(wěn)定的不良地質(zhì)。

3 滑坡變形特征、滑動機(jī)理及穩(wěn)定性分析

3.1 滑坡變形特征

滑動區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為簡單，上部為全新系中更新統(tǒng)粉質(zhì)黏土、全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，下伏強(qiáng)- 中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖?；缕麦w后緣分布張拉下錯裂縫，最大可見下錯深度80 cm，在巖性上以全風(fēng)化覆蓋層為界，在地形上以陡緩交界面為界，滑坡前緣剪出口位于一級邊坡的坡腳，坡腳擋墻外鼓開裂，開裂處滲水，邊坡段落局部出現(xiàn)小的滑塌，滑坡兩側(cè)翼出現(xiàn)明顯的剪切裂縫，坡周界明顯，屬牽引式滑坡。滑坡主滑動方向?yàn)?87°，邊坡坡面產(chǎn)狀：276∠45°，主軸長70 m，橫寬約135 m，滑體平均厚度約8.5 m，屬中層滑坡，滑坡體方量約為9.2 萬m3，屬中型滑坡。

3.2 滑坡滑動機(jī)理分析

滑坡所在區(qū)屬粵西南低緯度地區(qū)，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。雨季長，雨量充沛；季風(fēng)活動明顯，終年受海洋季風(fēng)氣候調(diào)節(jié)，氣象特征表現(xiàn)為風(fēng)害多、雷暴頻。所屬新興縣年平均降雨為1 680.2 mm，每年雨季和旱季明顯，最大日雨量達(dá)400 mm（1976 年9 月20 日），造成山洪暴發(fā)，江河橫溢?；w受到強(qiáng)風(fēng)化巖形成的溝谷控制，易于積水，水加重滑體質(zhì)量，弱化力學(xué)指標(biāo)，持續(xù)不斷的強(qiáng)降雨是工程滑坡的誘發(fā)因素。

滑坡坡體為二元結(jié)構(gòu)，上部為粉質(zhì)黏土、全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，下部為強(qiáng)- 中風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，層間結(jié)合面已經(jīng)泥化，力學(xué)指標(biāo)差，這是滑坡發(fā)生的內(nèi)在因素。

在修建公路時，開挖坡腳，切斷了滑坡前緣，使滑坡具有臨空面，在重力作用下滑坡產(chǎn)生滑動，這是滑坡發(fā)生的主要因素。

3.3 滑坡穩(wěn)定性分析

根據(jù)滑坡變形特征可知，該滑坡危害程度為嚴(yán)重，滑坡防治工程安全等級為Ⅰ級[1]?；麦w變形和滑坡區(qū)裂縫的發(fā)展都可說明滑坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，大氣降雨等因素將對滑坡穩(wěn)定產(chǎn)生較大影響，甚至引起滑坡后緣進(jìn)一步滑動。為保證公路運(yùn)營安全，按照一次根治滑坡的原則，對滑坡體進(jìn)行穩(wěn)定分析計(jì)算，并采用綜合處治方法[2-3]對其治理。

根據(jù)鉆探資料（ZK1—ZK8）成果，分Ⅰ-Ⅰ（ZK1—ZK4）和Ⅱ-Ⅱ（ZK5—ZK8）兩個斷面反算滑面C、Φ 值，考慮邊坡已經(jīng)滑動，滑坡穩(wěn)定系數(shù)取0.98，經(jīng)反算，綜合考慮暴雨工況下C=10，Φ=10。

采用傳遞系數(shù)法[4]對滑坡剩余下滑力進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如式（1）、式（2）。

式中：Fn、Fn-1為第 n、n-1 塊滑塊的剩余下滑力，kN；ψ 為傳遞系數(shù)；γt為安全系數(shù)；Gnt、Gnn為第 n 塊滑塊自重沿滑動面、垂直滑動面的分力，kN；Gn為第n 塊滑塊沿滑動面巖土的內(nèi)摩擦角，（°）；cn為第n 塊滑塊沿滑動面巖土的黏聚力，kPa；ln第n 塊滑塊沿滑動面的長度，m；βn、βn-1為第 n、n-1 塊滑塊與水平線的夾角。

根據(jù)公路抗震規(guī)范，計(jì)算不考慮非正常工況Ⅱ，按式（1）、式（2）計(jì)算結(jié)果如表1。

表1 剩余下滑力計(jì)算表

滑坡推力?、?Ⅱ斷面非正常工況Ⅰ（暴雨）下剩余下滑力值。

4 滑坡處治比選設(shè)計(jì)

根據(jù)滑坡所在的工程地質(zhì)情況及滑坡變形特征、機(jī)理等情況，設(shè)計(jì)提出鋼花管注漿+預(yù)應(yīng)力錨索、抗滑樁+預(yù)應(yīng)力錨索兩個方案進(jìn)行比選設(shè)計(jì)。

4.1 方案一 鋼花管注漿+預(yù)應(yīng)力錨索方案

圖2 鋼花管注漿+預(yù)應(yīng)力錨索方案

在距路基坡腳11.5 m 處設(shè)置4 排Φ89 鋼花管，鋼花管長18 m，排距0.75 m，縱向間距1.5 m，鋼花管頂部設(shè)置40 cm 厚C30 現(xiàn)澆混凝土冠梁，冠梁上部設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索，錨索長度42 m，錨固段長度10 m，錨索縱向間距3 m。在距路基坡腳57.5 m 處（樁號范圍K21+430—K21+506）設(shè)置4 排Φ89 鋼花管，鋼花管長20 m，排距0.75 m，縱向間距1.5 m，鋼花管頂部設(shè)置40 cm 厚C30 現(xiàn)澆混凝土冠梁，冠梁上部設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索，錨索長度28 m，錨固段長度10 m，錨索縱向間距3 m。每根鋼花管抗力100 kN，預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)錨固力500 kN，鎖定錨固力550 kN，考慮剩余下滑力作用下經(jīng)計(jì)算邊坡安全系數(shù)大于1.3，滿足規(guī)范要求。

4.2 方案二 抗滑樁+預(yù)應(yīng)力錨索方案

圖3 抗滑樁+預(yù)應(yīng)力錨索方案

在距路基坡腳11.5 m 處設(shè)置2.5×3.0 m C30抗滑樁，樁間距6 m，同時在抗滑樁頂設(shè)置預(yù)應(yīng)力錨索，錨索長度42 m，錨固段長度10 m，錨索縱向間距3 m。預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)錨固力500 kN，鎖定錨固力550 kN。考慮抗滑樁錨固地層為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，抗滑樁水平位移和內(nèi)力按m 法[5]進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算公式如式（3）～式（6）。

式（3）～（6）中：a 為抗滑樁的變形系數(shù)，1/m；x0、φ0、M0、Q0分別為滑動面處的位移、轉(zhuǎn)角、彎矩及剪力；Aj、Bj、Cj、Dj為隨抗滑樁換算深度變化參數(shù)；EI 為抗滑樁對剛度系數(shù)。

考慮剩余下滑力作用，經(jīng)計(jì)算，抗滑樁樁頂位移小于100 mm，滑面處位移于小于10 mm，邊坡安全系數(shù)大于1.3，滿足規(guī)范要求。

以上兩種方案均可以達(dá)到一次根治滑坡的目的，但考慮該滑坡發(fā)生在公路試運(yùn)營期間，為保證公路運(yùn)營安全、及時搶險、快速防止滑坡的繼續(xù)變形而產(chǎn)生更大的次生災(zāi)害，結(jié)合鋼花管注漿施工方便，能夠較快地加固滑坡體，而抗滑樁采用人工挖孔，施工復(fù)雜且時間相對較長，有效加固滑坡體需要時間較長，經(jīng)比選最終采用鋼花管注漿+預(yù)應(yīng)力錨索方案即方案一。同時，在坡腳處設(shè)置仰斜排水管，仰角14°，孔深20 m，間距3 m，與鋼花管錯開布置；在滑坡后緣裂縫外5 m 處設(shè)置截水溝，完善其他排水設(shè)施，形成通暢的排水通道；采用黏性土封閉裂縫并夯實(shí)，夯實(shí)度不小于90%。

5 結(jié)語

a）可根據(jù)滑坡的變形特性、滑面的深淺、地質(zhì)條件、外部壞境因素等采用分級、分區(qū)域運(yùn)用多種處治方法對滑坡進(jìn)行綜合處治。

b）對于有搶險要求的滑坡處治可以采用施工方便的鋼花管注漿加固等方法進(jìn)行快速加固處治，可以有效地抑制滑坡的繼續(xù)變形，防止產(chǎn)生更大的次生災(zāi)害。

c）對滑坡處治時，應(yīng)進(jìn)行多方案比選，根據(jù)滑坡產(chǎn)生的原因、變形特性及相關(guān)要求等綜合選取最合適最安全的處治方案。