高速公路邊坡滑坡勘察設(shè)計研究

馬仲智

（貴州省公路勘察設(shè)計院有限公司,貴州 貴陽 550001）

0 引言

滑坡是一種常見的地質(zhì)災(zāi)害，是指斜坡上的巖土體受到多種因素的影響，在重力作用下沿著軟弱面向下滑動[1]。明確邊坡滑坡的原因，并采取積極有效的預(yù)防處理措施，能提高邊坡的穩(wěn)定性，更好地服務(wù)于交通出行。該文結(jié)合實際案例，探討了邊坡滑坡的勘察設(shè)計要點和加固處理措施。

1 工程概況

1.1 公路及邊坡現(xiàn)狀

某高速公路項目，YK31+260～YK31+310右側(cè)挖方邊坡，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為雙向六車道，單幅路基寬度為16.75 m，設(shè)計速度為100 km/h，荷載等級為公路Ⅰ級。該段全長50 m，線路走向68°，開挖坡向338°，原設(shè)計邊坡第一、二、三級邊坡坡率為1∶0.75、1∶0.75、1∶1，最大坡高32.4 m，最高為3級，防護形式為18 m長錨索框架植草防護。近期在極端天氣的影響下，出現(xiàn)下錯滑動險情。

3月16日，第一級開挖過程中發(fā)現(xiàn)二、三級錨索框架錨索出現(xiàn)向下滑動錯位。坡口處出現(xiàn)不同程度的拉裂，裂縫長50 m，寬度10～30 cm，暫停施工并動態(tài)觀察。3月17—22日，在降雨影響下坡口裂隙進一步發(fā)展擴大，出現(xiàn)局部塌方，繼續(xù)動態(tài)觀察。3月23日，組織設(shè)計單位、施工單位、監(jiān)理單位對滑坡邊坡進行復(fù)勘。針對現(xiàn)場滑坡情況，對滑坡范圍內(nèi)裂隙進行封閉裂隙，第一級邊坡停止開挖施工；并對坡腳進行臨時反壓防護，繼續(xù)進行實時動態(tài)觀測；同時進行布孔鉆探勘察，確定滑坡成因機制及錨索預(yù)應(yīng)力是否失效。

1.2 地質(zhì)特點

勘察區(qū)地形起伏變化大，兩岸為中緩坡地形，植被較發(fā)育。場區(qū)海拔1 041～1 150.0 m，相對高差109.0 m；軸線通過段地面高程在1 072.5～1 082.6 m之間，相對高差10.1 m。地貌類型屬侵蝕剝蝕—構(gòu)造型低中山地貌。

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料及現(xiàn)場調(diào)查、鉆探揭露情況，滑坡段邊坡地層覆蓋層是第四系殘坡積層（Q4el+dl）碎石土，總厚度達到2.0～5.8 m；出露及下伏基巖是寒武系下統(tǒng)明心寺組（∈1m）深灰色、黑色頁巖，結(jié)合鉆探基巖劃分為全～強風(fēng)化、中風(fēng)化兩層。

2 邊坡滑坡原因分析

通過現(xiàn)場勘察，確定邊坡滑坡的主要原因有三個：一是不穩(wěn)定邊坡，二是降雨，三是錨索框架梁破壞。

2.1 不穩(wěn)定邊坡

從已開挖邊坡面可知YK31+170～YK31+260、YK31+310～YK31+370段右側(cè)一級坡巖體完整至較破碎為中風(fēng)化，YK31+260～YK31+310右側(cè)中間段一級坡巖體已經(jīng)風(fēng)化為全～強風(fēng)化層，即該段屬地質(zhì)突變地段，綜合地形形態(tài)及勘察結(jié)果可知該段為殘坡積層較厚的不穩(wěn)定邊坡。從已開挖邊坡面至裂隙后緣山體揭露及鉆探芯樣均可發(fā)現(xiàn)該段路基邊坡巖體產(chǎn)狀傾向邊坡為逆向坡，角度25°，全～強風(fēng)化層較厚（1.4～13.4 m），均為薄層狀，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，層理構(gòu)造。當(dāng)坡腳開挖臨空后，導(dǎo)致應(yīng)力重新分布，牽引造成2、3級滑坡，形成坡腳至坡口裂隙1處的主滑面，因較厚的碎石土層（2.0～5.8 m）順延裂隙1至裂隙2造成2次牽引滑移，而長期降雨及雨水下滲加劇裂隙面擴張，因此形成的分離面分布于碎石土至全～強風(fēng)化范圍中，形成沿碎石土層至強風(fēng)化層的軟弱界面的折線形牽引滑坡。

2.2 降雨因素

項目施工期間，3月1日至22日有15天為小雨或陣雨。長期降雨及雨水下滲，加劇滑移面裂隙擴張，對邊坡滑坡進一步造成影響。

2.3 錨索框架梁破壞

結(jié)合觀測數(shù)據(jù)，3月份第二級平臺最大位移為：垂直位移253 mm，水平位移78 mm；第三級平臺最大位移為：垂直位移373 mm，水平位移117 mm，可見位移值過大。綜合勘察鉆探結(jié)果，因邊坡開挖外露雨水下滲至坡體較厚的碎石土層與頁巖層，導(dǎo)致其遇水易軟化，失水易分解，黏聚力（C）、內(nèi)摩擦角（φ）值下降，第二、三級邊坡框架錨索應(yīng)力損失，部分錨固端失效，導(dǎo)致滑坡位移。錨索框架有效性統(tǒng)計見表1。

表1 錨索框架有效性統(tǒng)計表

綜合以上因素，首先，該段邊坡位于凹槽內(nèi)，殘坡積層較厚，工程地質(zhì)性能差。其次，長期降雨導(dǎo)致地表水匯集，滲入碎石土層及全～強風(fēng)化頁巖層后，土層遇水軟化、失水分解，C、φ值下降，加劇裂隙面擴張[2]。最后，邊坡開挖臨空后，加上坡面混凝土框架自重，坡體在垂直方向無支撐，導(dǎo)致應(yīng)力重新分布，邊坡沿軟弱面產(chǎn)生直線形牽引滑動，造成滑坡塌方。

3 邊坡滑坡處理方案的設(shè)計要點

3.1 處理原則

針對滑坡進行處理，遵循以下原則：①一次根治，以穩(wěn)定、加固為主，同時考慮到排水和防護；②樹立綠色理念，滑坡治理過程中，考慮到道路的綠化和美化；③因地制宜、就地取材，采用科學(xué)化、信息化的設(shè)計與施工方案，既能控制造價，又具有較強的可行性[3]；④注重變形檢測，尤其是深層變形；⑤分級治理，開挖一級、防護一級，根據(jù)開挖后的實際情況調(diào)整防護方案。

3.2 設(shè)計工況參數(shù)

正常工況，即自重+現(xiàn)有錨索框架+天然狀態(tài)，設(shè)計安全系數(shù)K為1.30。非正常工況，即自重+現(xiàn)有錨索框架+暴雨（或連續(xù)降雨），設(shè)計安全系數(shù)K為1.20。該項目中，滑動面位于碎石土層及全～強風(fēng)化層形成的軟弱層，需根據(jù)坡面地形、地質(zhì)條件和開挖開裂情況，反算軟弱層面地質(zhì)參數(shù)。采用直線滑動法，對坡體的穩(wěn)定性系數(shù)進行反算，結(jié)果見表2。

表2 YK31+280主滑斷面的穩(wěn)定性系數(shù)

3.3 設(shè)計推力計算

邊坡巖體類型為二類，破壞嚴(yán)重，為小型淺層折線形牽引式滑坡。安全等級為Ⅰ級，現(xiàn)存錨索框架自重及仍有部分防護作用，故對應(yīng)安全系數(shù)正常工況取值1.30，暴雨工況取值1.20。目前滑塌剪出口為邊坡坡腳至第一級邊坡平臺處，現(xiàn)還有第一級邊坡未全部開挖，故設(shè)計中按邊坡原設(shè)計坡率處理考慮，剩余下滑力計算結(jié)果見表3。可見，在暴雨或連續(xù)降雨工況下，沿主滑方向的剩余下滑力達到2 020.529 kN，因下滑力較大需設(shè)置抗滑樁支擋。

表3 YK31+280主滑斷面剩余下滑力

4 邊坡滑坡處理方案的施工方法和效果評價

4.1 處理方案

為確保該邊坡穩(wěn)定安全，對設(shè)計方案調(diào)整后，永久處治措施確定為：抗滑樁+第二、三級邊坡十字梁錨索+排水系統(tǒng)組合防護。其中，抗滑樁插入滑動面以下的穩(wěn)定地層，利用錨固力平衡推力，增加穩(wěn)定性。適用于淺層和中厚層的滑坡，優(yōu)點是土方量小、工期短、工藝技術(shù)成熟。十字梁錨索具有成本低、進度快、施工簡單易行的優(yōu)點，能最大程度上保護生態(tài)環(huán)境[4]。

（1）邊坡YK31+260～YK31+310段右側(cè)分級高度10 m，邊坡坡率為1∶0.75、1∶0.75、1∶1、1∶1，平臺寬度2 m，設(shè)置排水溝。第1級邊坡采用菱形窗式護面墻防護，平臺處設(shè)置抗滑樁支護，尺寸2 m×3 m，樁間距6 m，樁長19 m設(shè)置9根，埋入第1級坡腳下為10 m，懸臂9 m。樁前緣反填8 m土石后再進行抗滑樁挖孔施工，壓實度≥80%?？够瑯稑俄斣O(shè)置2 m×3 m冠梁，每3根抗滑樁連接為整體。

（2）第二、三級錨索框架內(nèi)采用60 cm×45 cm十字梁錨索加固，采用4根6.0 m φ110 PVC管做仰斜排水，框架內(nèi)噴射12 cm厚的C20混凝土封面。第二級平臺澆筑C20混凝土（厚0.5 m、寬2 m）連接二、三級框架。坡口至裂隙1之間，采用坡面噴射C20混凝土（厚12 cm）封面防護。裂隙2處范圍內(nèi)，采用60 cm×60 cm矩形截水溝及噴射C20混凝土（厚12 cm）封面防護。

（3） 完 工 后， 分 別 在 YK31+260、YK31+280、YK31+300斷面設(shè)置觀測點，每個斷面有6個觀測點，設(shè)置于坡腳、每級平臺、鋼管樁及坡口截水溝，共計18個觀測點，動態(tài)觀測邊坡變形情況，評價加固效果。

4.2 施工方法

邊坡滑坡加固施工工序：坡腳前緣反填→永久觀測點布設(shè)→十字梁錨索→仰斜排水管→坡口截水溝→坡體清理噴漿封面→抗滑樁→冠梁→第二級平臺C20混凝土連接→平臺截水溝→平臺綠化池→第一級窗式護面墻→綠化。施工要點如下：

第一，十字梁錨索施工。根據(jù)現(xiàn)有框架對應(yīng)樁號及框架內(nèi)中心坐標(biāo)，確定十字梁錨點；錨索孔采用D150鉆孔打入，打入角度為30°；錨固段進入中風(fēng)化層≥8 m，并根據(jù)每個工點實際情況調(diào)整。

第二，仰斜排水管施工。使用長度6 m的φ100國標(biāo)PVC排水管，管孔采用D130鉆孔打入，打入角度為5°，埋深＜50 cm，間距為40 cm，梅花形布置鉆孔；施工時，如果仰斜排水管與框架錨索干擾，適當(dāng)調(diào)整排水管的位置和角度，保證錨索定位準(zhǔn)確。

第三，排水施工。坡口截水溝采用M7.5漿砌片石砌筑，溝內(nèi)進行2.0 cm砂漿抹面；平臺截水溝及平臺綠化池采用C20混凝土現(xiàn)澆。施工開挖及邊坡整治前，先設(shè)置好地表排水系統(tǒng)，確保開挖邊坡不受雨水的沖刷，減少雨水下滲。如有地下水出露，將地下水引排至相關(guān)排水系統(tǒng)，不得封堵[5]。

第四，抗滑樁施工。采用跳兩孔開挖，即K1、K4、K7→K3、K6、K9→K2、K5、K8；樁頂鋼筋需外露澆筑，便于冠梁鋼筋焊接澆筑?？够瑯痘娱_挖后，達不到圖中要求，按實際開挖情況調(diào)整樁長。開挖作業(yè)工序：施工準(zhǔn)備（邊坡防護完成后）→樁頂平臺清理→護筒（鎖口）及井口周邊防護→第一節(jié)樁孔開挖→支模澆筑第一節(jié)混凝土護壁→護壁上二次控測標(biāo)高及定樁位十字線→安裝提升系統(tǒng)、照明設(shè)施→第二節(jié)樁身開挖→第二節(jié)混凝土支模、護壁支護→重復(fù)第二節(jié)造孔、支模、混凝土護壁，循環(huán)作業(yè)至設(shè)計深度→成孔檢查驗收→鋼筋安裝→倉內(nèi)清理、堵排水→倉號驗收→澆筑樁身混凝土→樁體檢測→樁頂與冠梁連接澆筑→每個混凝土抗滑樁樁頂設(shè)置位移觀測點。

第五，菱形窗式護面墻施工?，F(xiàn)場實測斷面，按設(shè)計坡率進行支擋及防護工程施工，按設(shè)計尺寸掛線放樣施工，以保證施工質(zhì)量。窗格內(nèi)采用植生袋綠化，重量輕、運輸方便，現(xiàn)場鋪設(shè)簡單，而且植物存活率高，能獲得穩(wěn)定的坡面綠化效果[6]。

第六，施工現(xiàn)場設(shè)置警戒線，施工期間對邊坡進行嚴(yán)密監(jiān)控，在保證安全的前提下進行施工。如發(fā)現(xiàn)異常情況，及時通知有關(guān)單位妥善處理。施工使用的所有材料，均在進場時檢驗，確保技術(shù)參數(shù)滿足規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3 加固效果評價

2020年9月2日，由設(shè)計單位對滑坡邊坡進行復(fù)勘，經(jīng)過半年持續(xù)動態(tài)觀測（見表4），右側(cè)滑坡趨于穩(wěn)定，數(shù)據(jù)在觀測誤差范圍內(nèi)，無進一步擴大現(xiàn)象。9月降雨多，但沒有發(fā)生位移，說明邊坡沉降位移已達到穩(wěn)定狀態(tài)，該次滑坡加固處理取得良好效果。

表4 4#～7#觀測點9月觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

5 結(jié)語

綜上所述，高速公路在施工和運營中，在多種因素作用下，局部邊坡可能發(fā)生滑坡現(xiàn)象，影響通行安全。該文結(jié)合工程實例分析滑坡原因，包括不穩(wěn)定邊坡、降雨、錨索框架梁破壞三個因素。根據(jù)勘察分析結(jié)果，確定采用抗滑樁+第二、三級邊坡十字梁錨索+排水系統(tǒng)組合防護方案。結(jié)果證實：加固處理后的邊坡沉降位移已達到穩(wěn)定狀態(tài)，取得良好效果。該文可為類似工程項目提供借鑒，提高邊坡穩(wěn)定性，滿足安全運營需求。