深路塹高邊坡處治方案設(shè)計(jì)

李鳳嶺

（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

某高速公路采用雙向四車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度80 km/h，路基寬度25.5 m?；挛挥贙5+430—K5+670段右側(cè)深挖路塹邊坡處。該段邊坡開挖初始出現(xiàn)過(guò)局部坍塌，并對(duì)病害位置進(jìn)行了清理卸載，成型后為一處深58.5 m的7級(jí)路塹邊坡。邊坡采用折線形式，分級(jí)高度為8 m，坡率均按1∶1開挖。第1級(jí)及第5級(jí)平臺(tái)寬8 m；第2級(jí)、第4級(jí)及第6級(jí)平臺(tái)寬2 m。經(jīng)初期邊坡卸載后，碎落臺(tái)加寬至9.5 m，第3級(jí)平臺(tái)為8～24 m的漸變寬度。路塹邊坡開挖成型后較長(zhǎng)時(shí)間處于穩(wěn)定狀態(tài)，但經(jīng)過(guò)春融期與降雨期，坡體發(fā)生滑動(dòng)，滑坡后緣出現(xiàn)裂縫及錯(cuò)臺(tái)，錯(cuò)臺(tái)最大高度50 cm，前緣邊溝壁出現(xiàn)擠壓裂縫，路基頂面未見隆起。

2 滑坡特征及規(guī)模

2.1 滑坡成因

圖1 處治路段路線總體圖

滑坡體位于黃土丘陵溝壑區(qū)，微地貌為黃土梁、沖溝、陡坎，坡體上部覆蓋大孔隙，垂直節(jié)理發(fā)育的第四系中、上更新統(tǒng)（Q2、Q3）稍密黃土，下部為第三系上新統(tǒng)靜樂(lè)組（N2j）褐紅色可塑-硬塑狀粉質(zhì)黏土，局部夾鈣質(zhì)結(jié)核（層），坡腳為挖方路基。項(xiàng)目所在區(qū)域經(jīng)歷春融期與降雨期后，坡體含水量增加，由于坡體上部黃土層與下部黏土層滲透系數(shù)不同，黏土層具有一定的隔水作用，水流由上至下滲透過(guò)程中受阻，在土層分界面附近形成不穩(wěn)定孔隙潛水，局部土體浸水后呈現(xiàn)軟-可塑狀，形成軟弱面，抗滑力下降，致使坡體失穩(wěn)，形成滑坡。

圖2 地質(zhì)勘查典型斷面圖

2.2 滑坡特征

該滑坡屬于黃土滑坡，處于滑動(dòng)變形階段，形成了后緣張拉裂縫及坡面剪切裂縫，滑體前緣剪出口位于坡腳處，坡腳處可見滲水現(xiàn)象?；驴傮w呈馬蹄形，滑體厚度5～26 m，滑動(dòng)主軸方向約190°，平均長(zhǎng)度85 m，平均寬度160 m，體積約24.7萬(wàn)m3，屬中型滑坡。

滑動(dòng)帶巖土體特征表現(xiàn)為：

a）滑面處土層顏色較暗或明顯與周邊土層顏色有差異；b）滑面處土體含水量明顯較其他部位高，多呈軟-可塑狀；c）取樣試驗(yàn)后，滑面處土層剪切數(shù)據(jù)偏低，工程性質(zhì)差，抗剪強(qiáng)度低。

2.3 滑塌推力計(jì)算

對(duì)滑坡體進(jìn)行地質(zhì)勘探取樣試驗(yàn)得出滑動(dòng)帶物理力學(xué)指標(biāo)。

表1 滑帶土物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合坡體滑動(dòng)情況，首先對(duì)滑坡體進(jìn)行力學(xué)參數(shù)反算，計(jì)算時(shí)取c=9.92 kPa，安全系數(shù)0.98，反算得出滑面處φ=12.66°,根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及參數(shù)反算結(jié)果，該次設(shè)計(jì)中坡體下滑力計(jì)算參數(shù)取值如表2所示。

表2 滑面處主要計(jì)算參數(shù)

按上述參數(shù)采用傳遞系數(shù)法進(jìn)行剩余下滑力計(jì)算[1]。

式中：Ti、Ti-1為第i和i-1滑塊剩余下滑力，kN/m；Ks為穩(wěn)定安全系數(shù)；Wi為第i滑塊的自重力，kN/m；αi、αi-1為第i和第i-1滑塊對(duì)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/m2；Li為第i滑塊滑面長(zhǎng)度，m；ψi為傳遞系數(shù)。

原狀坡體在不經(jīng)過(guò)任何處治措施的情況下，經(jīng)計(jì)算坡體剩余下滑力為3 696 kN。

3 滑坡處治方案設(shè)計(jì)

該段滑坡剩余下滑力較大，不利于抗滑支擋工程的設(shè)計(jì)，如僅采用抗滑設(shè)施進(jìn)行坡體加固，應(yīng)考慮在坡體內(nèi)布設(shè)多排抗滑樁。該方案不僅施工難度大而且工程造價(jià)較高，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，此邊坡開挖成型后坡口位置已經(jīng)接近自然坡體頂部，坡體周邊無(wú)重要建筑物，干擾因素較小，具有較好的坡體卸載條件，故該次處治采用局部卸載+抗滑樁加固的設(shè)計(jì)思路。

3.1 邊坡卸載

圖3 卸載典型斷面圖（單位：cm）

根據(jù)滑動(dòng)面的位置、坡體裂縫情況及卸載后剩余下滑力的大小，該次設(shè)計(jì)中利用加寬邊坡二級(jí)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)滑坡上部土體進(jìn)行卸載。為減小卸載工程量，在保證安全的前提下將卸載后的上部邊坡坡率由原來(lái)的1∶1調(diào)整為1∶0.75，僅在邊坡開口位置處維持1∶1開挖方案，具體卸載方案如表3。

表3 卸載方案表

3.2 抗滑樁

3.2.1 高位抗滑樁方案

圖4 高位抗滑樁典型斷面圖（單位：cm）

邊坡開挖已經(jīng)成型，路基頂面未見隆起，坡腳處僅有長(zhǎng)約50 m邊溝有剪切裂縫，一級(jí)邊坡及路基部位保存完整。在保證邊坡形態(tài)，且對(duì)路基其他工程影響較小的情況下，擬在邊坡一級(jí)平臺(tái)處設(shè)置一排全埋式抗滑樁，并分別對(duì)圓樁及方樁方案進(jìn)行比選設(shè)計(jì)。邊坡上部土體進(jìn)行卸載后，計(jì)算設(shè)樁處剩余下滑力為520 kN，按該下滑力分別對(duì)圓樁及方樁兩種樁型進(jìn)行樁身驗(yàn)算及樁位布置，具體設(shè)計(jì)方案如下：

a）圓樁 樁身直徑為2.5 m，樁中心距4.0～5.0 m，布樁34根，總樁長(zhǎng)為914 m。

b）方樁 矩形斷面1.8 m×2.5 m，樁中心距4.0～5.0 m，布樁34根，總樁長(zhǎng)為914 m。

3.2.2 低位抗滑樁方案

圖5 低位抗滑樁典型斷面圖（單位：cm）

該段邊坡進(jìn)行前期滑塌處治時(shí)，采用了碎落臺(tái)加寬的卸載方案，邊坡成型后，碎落臺(tái)寬度增加為9.5 m，邊坡坡腳處滑動(dòng)面埋深較淺，土體下滑角度小，所以碎落臺(tái)處具有較好的抗滑樁布設(shè)條件。在確保不侵占路基建筑限界，不影響行車安全的情況下，擬在距坡腳4 m的碎落臺(tái)處設(shè)置一排懸臂式抗滑樁，懸臂端高出地面6 m，樁后采用反壓回填處治。在坡體進(jìn)行上部卸載和坡腳反壓的情況下，樁體需承受的剩余下滑力為425 kN，按該下滑力分別對(duì)圓樁及方樁兩種樁型進(jìn)行樁身驗(yàn)算及樁位布置，具體設(shè)計(jì)方案如下：

a）圓樁樁身直徑為2.0 m，樁中心距4.0 m，布樁42根，總樁長(zhǎng)為1 008 m。

b）方樁矩形斷面1.5×2.0 m，樁中心距4.5 m，布樁38根，總樁長(zhǎng)為912 m。

3.3 方案比選

上述4種處治方案的工程規(guī)模比較情況如表4所示。

表4 工程規(guī)模比較表

經(jīng)比較可知同一位置圓形抗滑樁方案比方形抗滑樁方案更經(jīng)濟(jì)，而且方形樁多為人工開挖成孔，樁體成型需配合護(hù)壁、鎖口等防護(hù)措施，工序復(fù)雜，施工進(jìn)度慢，施工過(guò)程中安全隱患較大，所以該次設(shè)計(jì)中在滿足安全需求的前提下，相同位置布設(shè)抗滑樁首先考慮圓形斷面形式。

高位抗滑樁樁位處滑面埋置深度較深，且設(shè)樁位置剛剛進(jìn)入滑體阻滑段，樁體需抵抗的剩余下滑力略大，導(dǎo)致樁身斷面尺寸、樁體配筋量及單樁樁長(zhǎng)都有所增加。樁體施工需利用一級(jí)路塹邊坡平臺(tái)，該處平臺(tái)頂寬僅有8 m，大型機(jī)械施工空間受限，施工組織存在一定困難。采用低位抗滑樁方案在碎落臺(tái)處設(shè)樁，可以利用路基頂面作為施工場(chǎng)地，施工空間充足。低位抗滑樁位于滑體下部阻滑段，滑面位置較淺，還可利用樁后區(qū)域?qū)ζ麦w進(jìn)行回填反壓以減小坡體剩余下滑力，與高位樁相比，低位圓樁直徑減小為2.0 m，單樁最大長(zhǎng)度縮短為24.0 m。雖然低位樁布設(shè)長(zhǎng)度略長(zhǎng)，抗滑樁根數(shù)有所增加，但由于斷面及單根樁長(zhǎng)的優(yōu)化，工程處治費(fèi)用并沒(méi)有增大。低位圓形抗滑樁方案在保證工程安全的前提下既可以減小工程造價(jià)又能便于施工組織的開展，故該次處治方案最終確定為上部坡體卸載+低位圓形抗滑樁+樁后回填反壓方案。

3.4 防排水設(shè)計(jì)

a）邊坡坡腳處設(shè)置矩形邊溝，邊溝尺寸60 cm×60 cm，各級(jí)挖方平臺(tái)處均設(shè)置30 cm×30 cm的矩形平臺(tái)截水溝，其中由于二級(jí)平臺(tái)卸載后寬度加大，為保證坡面及平臺(tái)匯水能快速排出，分別在二級(jí)平臺(tái)內(nèi)外兩側(cè)設(shè)置兩排平臺(tái)截水溝。

b）在抗滑樁樁體后部及回填土底部設(shè)置相互連通的50 cm碎石排水層。

c）分別在邊坡坡腳處及邊溝下方設(shè)置大斷面碎石盲溝，坡腳處盲溝尺寸為100 cm×200 cm，邊溝下盲溝尺寸采用60 cm×1 400 cm矩形斷面。

d）為減小地表水滲入坡體，在坡度較緩的回填反壓區(qū)頂部及因卸載施工寬度增加的二級(jí)平臺(tái)采用50 cm厚6%灰土進(jìn)行隔水封閉處治，對(duì)坡體周邊存在的局部裂縫進(jìn)行灰土回填。

圖6 抗滑樁細(xì)部設(shè)計(jì)圖（單位：cm）

4 結(jié)語(yǔ)

本文以工程實(shí)例為依托，對(duì)高速公路深路塹高邊坡滑坡處治方案的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行了闡述，通過(guò)對(duì)多種方案的比選論證，最終確定了切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)合理的處治措施，取得了良好的坡體加固效果，對(duì)今后類似滑坡工程的治理具有一定的參考借鑒意義。