某山區(qū)高速公路滑坡分析與處治方案研究

雷鵬、呂全綱、祝廷尉

（中交第二公路勘察設(shè)計研究院有限公司，湖北武漢430056）

1 滑坡概況

某山區(qū)高速公路位于喀斯特地貌區(qū)，該高速公路ZK18+873—ZK19+079 段路基左側(cè)為四級挖方邊坡。左側(cè)挖方邊坡完成第四級和第三級開挖，正在進(jìn)行第二級邊坡開挖過程中，引發(fā)邊坡坡頂和第二、三級邊坡平臺處開裂，裂縫寬度2～10cm。隨著時間推移，該邊坡坡頂外出現(xiàn)了大范圍的裂縫，縫寬一般為3～15cm。因此，必須對該滑坡進(jìn)行針對性的處治，以免滑動加劇，威脅山頂居民的生命財產(chǎn)安全。

2 滑坡特征及變形機(jī)制分析

2.1 滑坡體地形地貌特征

ZK18+873—ZK19+079 段路基左側(cè)滑坡前緣高程約1500m，后緣高程約1536m，相對高差36m，滑坡主要滑動方向為242o，自然坡面坡度25～35o。滑坡體沿主滑方向長約155m，橫向?qū)捈s175m，滑層厚度約15m，滑坡體體積約30 萬m3，為中層中型牽引式巖土混合滑坡[1]。

2.2 滑坡體、滑帶物質(zhì)特征

ZK18+873—ZK19+079 段路基左側(cè)山體上覆層主要為第四系殘坡積紅黏土和含礫粉質(zhì)黏土，下伏基巖為泥盆系中統(tǒng)古木組（D2g）泥灰?guī)r?；麦w主要為第四系殘坡積土體紅黏土、含礫粉質(zhì)黏土以及泥盆系中統(tǒng)古木組（D2g）強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r，滑體內(nèi)含礫粉質(zhì)黏土的巖心多呈土柱狀，少部分為散體狀，黏性一般。

2.3 滑床巖土體特征

ZK18+873—ZK19+079 段路基左側(cè)山體滑坡的滑床主要為強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r，該層裂隙發(fā)育，巖心呈碎塊和短柱狀，手掰不易折斷。

2.4 滑坡體地表、地下水特征

滑坡區(qū)地表水主要為大氣降水。由于斜坡坡腳開挖，導(dǎo)致地表水和地下水排泄至坡腳產(chǎn)生淤積，形成集水坑，使坡腳巖體軟化，其抗剪強(qiáng)度和阻抗作用減弱。

滑坡區(qū)域地下水埋藏深度、地下水徑流強(qiáng)度、巖溶水等十分明顯地隨地形變化而產(chǎn)生規(guī)律性的演變。

2.5 滑坡體變形破壞過程

該滑坡屬于牽引式滑坡，整個滑坡體上形成二級剪出口，上層剪出口滑面為第二個臺階，下側(cè)剪出口為擬建道路路面位置處?；麦w的中上部出現(xiàn)多層類似階梯的大裂縫，巖土體松散，特別在雨季，雨水滲入松散堆積體后，易發(fā)生表層滑動。

2.6 滑坡變形機(jī)制分析

ZK18+873—ZK19+079 段路基左側(cè)滑坡巖體為泥灰?guī)r，屬于軟巖，薄層狀構(gòu)造，巖體破碎，裂隙發(fā)育，受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響，為順層滑坡（滑坡主滑方向為242o，泥灰?guī)r產(chǎn)狀為240o∠14o）。另外，由于高速公路修建，斜坡坡腳開挖，形成高陡臨空面，且坡腳長期受水浸泡，斜坡處于極限平衡狀態(tài)。坡體上覆土層以松散的殘坡積紅黏土和含礫粉質(zhì)黏土為主，孔隙率較大，雨水易下滲。在大氣降水的作用下，一部分地表水沿斜坡坡面流至坡腳，另一部分地表水下滲轉(zhuǎn)化為地下水。雨水滲透至滑坡體內(nèi)，改變了本已處于極限平衡狀態(tài)的斜坡體內(nèi)的受力，增加了斜坡的下滑力，最終導(dǎo)致斜坡失穩(wěn)破壞[2]。

綜上所述，該滑坡失穩(wěn)機(jī)理為：該區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造、地層結(jié)構(gòu)、巖土特性和沉積形成的地形地貌，是滑坡發(fā)生變形失穩(wěn)的決定性因素和內(nèi)在原因，而該區(qū)域的人類工程活動和大氣降水是誘發(fā)斜坡發(fā)生滑動的重要外在原因[3]。

3 滑坡穩(wěn)定性分析

穩(wěn)定性計算：以推測滑動面為滑面，用傳遞系數(shù)法計算不穩(wěn)定斜坡推力，建立滑帶計算模型。計算時，選用最危險的3-3’和4-4’滑坡典型剖面作為計算剖面，進(jìn)行穩(wěn)定性計算。在計算中需考慮自重、暴雨和地震幾種工況[4]（見表1）。

表1 滑坡穩(wěn)定性及推力計算匯總表

根據(jù)計算可知：滑坡在現(xiàn)階段處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，整體發(fā)生滑動的可能性不大，但由于土體松散，施工該段路基分臺階法放坡開挖，形成新的臨空面，會產(chǎn)生新的滑移變形。

4 滑坡處治分析

4.1 滑坡加固方案選擇

分析可知，滑坡的最不利工況為暴雨工況，因此選取3-3′的下層滑動面在暴雨工況時，最大的剩余下滑力作為滑坡外力，進(jìn)行滑坡處治分析?？紤]滑坡下滑力較大，常規(guī)的錨桿框架、坡腳擋墻等防護(hù)不能提供足夠的抗滑力，因此推薦在第一級挖方平臺采用抗滑樁進(jìn)行強(qiáng)支護(hù)。另外，為保證抗滑樁施工期間邊坡不發(fā)生滑動，對邊坡作清方減載處理，采用人工挖孔的矩形抗滑樁加固方案[5]。

4.2 抗滑樁結(jié)構(gòu)計算

采用傳遞系數(shù)法，選定3-3′下層滑動面暴雨工況，擬定在E9 滑塊處設(shè)置矩形抗滑樁，抗滑樁的抗力為1380kN，并代入計算，則剩余下滑力為0，穩(wěn)定安全系數(shù)為1.152，因此抗滑樁抗力的水平分力為：

1380×cos13.14o=1343.868kN

4.2.1 內(nèi)力及配筋計算

擬定抗滑樁參數(shù)為尺寸2m×3m，樁長20m，間距8.0m，樁頂與第一級挖方平臺齊平。采用理正抗滑樁計算模塊，計算得背側(cè)最大彎矩=65684.422(kN·m)，距離樁頂10.400m；最大位移78mm；嵌固段上部附近土反力最大-2103.797kPa，距離樁頂8.400m。

4.2.2 地基橫向容許承載力校核

為避免地基在橫向被抗滑樁擠壓破壞，應(yīng)在抗滑樁頂部增設(shè)錨索，降低抗滑樁對橫向地基的壓應(yīng)力。采用6 索預(yù)應(yīng)力壓力分散性錨索進(jìn)行坡面加固，單根鋼絞線公稱直徑15.24mm，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值不小于1860MPa。預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)錨固在第二級滑動面以下的穩(wěn)定巖層中，該巖層為強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r?？紤]該處錨固體的承載能力由注漿體與錨孔壁的黏結(jié)強(qiáng)度控制，則錨索的設(shè)計錨固力為：

Pd=3.14 × 0.15 × 5 ×（180 + 200 + 220）/2.2=642.3kN，取為600kN。

錨索能提供的抗滑力為：

E=600×[sin（13+25）×tan11.9+cos（13+25）]=550.6kN

則抗滑樁需提供的抗力至少為：1343.868-550.6=793.268kN

由理正抗滑樁計算模塊對抗滑樁的地基橫向容許承載力進(jìn)行計算，得出嵌固段上部附近土反力最大值為-1241.844kPa，距離樁頂8.400m。[σH]=0.9×0.45×3880=1571.4kPa＞1241.844kPa，滿足規(guī)范要求。綜上，第一級平臺采用抗滑樁，樁頂設(shè)置6 索錨索加固。

4.3 滑坡處治設(shè)計方案

根據(jù)以上分析計算，確定滑坡處治設(shè)計方案如下：

4.3.1 刷坡和平臺寬度：第一級邊坡高度10m，其余邊坡分級高度均為8m；第一級邊坡坡率1∶1，第二級邊坡坡率1∶2.5，第三級邊坡坡率1∶2.75，第四級邊坡坡率1∶2.75，第五級邊坡坡率1∶3.0；第一、二、四級挖方平臺寬度5m，第三級挖方平臺寬度10m。

4.3.2 坡面防護(hù)：第一、二級邊坡采用40cm 等厚的漿砌片石封閉，第三級邊坡采用錨桿框架防護(hù)，第四、五級邊坡采用拱形框格+空心六棱塊植草防護(hù)；第一級挖方平臺設(shè)置尺寸2m×3m 矩形抗滑樁，樁長為18～22m，樁間距8.0m，抗滑樁頂增設(shè)6 索預(yù)應(yīng)力錨索，抗滑樁頂部之間用3m×1m 橫梁連接；在平臺往大樁號方向的斜坡上，也采用同樣的抗滑樁+錨索支護(hù)。

4.3.3 排水措施：坡頂設(shè)置截水溝，要求所有平臺均采用20cm 厚C20 混凝土硬化處理，以防雨水下滲。另外，在第一、二級邊坡設(shè)置深層導(dǎo)水孔，排除坡體內(nèi)地下水[6]。

由于坡體已出現(xiàn)開裂及滑塌，應(yīng)自上而下進(jìn)行刷方，通過坡率及平臺寬度調(diào)整，徹底清除表層松散土方。抗滑樁施工前應(yīng)完成滑坡體清方減載，抗滑樁施工過程中應(yīng)加強(qiáng)邊坡監(jiān)測，并做好應(yīng)急預(yù)案。

5 結(jié)語

綜上所述，在滑坡處治設(shè)計中，應(yīng)充分考慮滑坡的形成原因和機(jī)理，并通過定量分析與計算，確定安全、經(jīng)濟(jì)、合理的處治方案設(shè)計。