貴州某山區(qū)高速公路填方邊坡水毀治理方案研究

王 吉，賀琛方，段建新

（中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢）

貴州山區(qū)地形復雜，地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，在降雨作用下，滑坡等不良地質(zhì)災害常有發(fā)生，帶來了不可估量的損失[1-3]。有關(guān)學者針對滑坡治理開展了相應研究，根據(jù)不同地質(zhì)條件和滑坡特點，研究人員通過數(shù)值仿真等手段，制定了相應的科學治理方案[4-7]。目前在邊坡治理方面研究手段較為豐富，也取得了一定進展，但是關(guān)于貴州山區(qū)特定復雜地形條件下的研究尚不多見。因此，本文以貴州某山區(qū)高速ZK74+640～ZK74+850 段水毀邊坡為研究對象，通過現(xiàn)場調(diào)查、原位監(jiān)測、理論分析等手段，揭示邊坡變形發(fā)展特征，進而提出一種科學合理的邊坡治理方案，以期為今后類似的治理工程提供參考和一種可行方法。

1 工程概況及地質(zhì)條件

1.1 工程概況

本項目位于貴州省羅甸縣沫陽鎮(zhèn)境內(nèi)，原設計高填方路堤邊坡第一、二級按1：1.5、1：1.75 放坡，第三級設置樁板墻，樁上布設2 道錨索。2022 年6 月初羅甸縣遭遇入汛以來影響范圍最大、強度最強的暴雨天氣，已建成的該段路基左、右幅路面出現(xiàn)裂縫，發(fā)生沉降變形，大里程側(cè)有明顯的沉降差坎，且還有繼續(xù)發(fā)展的趨勢，抗滑樁頂發(fā)生明顯變形，部分錨頭崩脫，小里程側(cè)橫向排水管無法正常工作，如圖1 所示。

圖1 水毀情況

1.2 地質(zhì)條件

1.2.1 地形地貌、氣象水文

項目所在區(qū)域?qū)俚蜕絼兾g、侵蝕地貌。路線沿低山斜坡展布，總體地勢起伏較大，路堤切割右側(cè)山坡，左側(cè)山體覆蓋層較厚，右側(cè)山體覆蓋層相對較薄。區(qū)域年平均氣溫20.0 ℃，平均降雨量1 335 mm。

1.2.2 地層巖性

根據(jù)鉆探揭露，測段地層巖性特征如表1 所示。

表1 地層巖性特征

1.2.3 水文地質(zhì)條件

地下水可分為第四系松散巖類孔隙含水巖組和基巖風化帶孔隙裂隙水含水巖組。土體中孔隙較發(fā)育，其中含有上層滯水，補給源為大氣降水、生活及施工用水，排泄方式為蒸發(fā)及下滲。坡體上存在生活及施工亂棄用水，是坡體地下水的主要補給來源。

2 滑坡工程地質(zhì)特征

2.1 滑坡邊界、規(guī)模、形態(tài)特征

滑坡后緣位于填方填平與山體交接處，大小里程兩側(cè)大致以填挖交界為邊界，平面整體呈“U 弧形”，前、后緣高差約39 m。滑坡體長約60 m，寬約150 m，面積10 400 m2，為推移式滑坡。

2.2 滑坡體物質(zhì)組成

據(jù)工程地質(zhì)測繪及現(xiàn)場施工開挖揭露，滑坡體物質(zhì)組成自上而下可分為兩大部分：（1）路基填土，成分較雜，在路堤體內(nèi)空間分布不均，以某鉆孔為例：0～11 m 填土主要為深灰色灰?guī)r，11 m 以下間夾黃綠色強風化泥質(zhì)巖，底部粘粒含量較高，呈可塑～硬塑狀。（2）碎石土，黃灰色，碎石成分主要為泥灰?guī)r碎塊，含量約為55%，粒徑約為1～5 cm，粒間為可塑狀粘性土充填。

2.3 破壞面與滑床特征

據(jù)現(xiàn)場測繪、鉆探揭示填方基底有軟弱帶，滑動帶位置位于巖土結(jié)合面。

3 邊坡變形破壞機制分析

據(jù)補勘鉆孔揭露，路基穩(wěn)定性影響因素分為內(nèi)部條件和外部條件兩類，內(nèi)部條件包括地形地貌、路基填料；外部條件包括降雨、人類工程活動等。本項目降雨是促使路基變形的重要誘發(fā)因素，下面將各因素的影響進行分析。

3.1 地形地貌因素

場區(qū)路線近南北向展布，總體地形上東北高、南西低，自然斜坡平均坡度約36°，局部地段較為陡立，路基填筑后形成陡坡路堤，為填方坡體的變形破壞提供了良好的臨空條件和重力條件。

3.2 路基填料因素

路基填筑界面及下路堤多粘土富集，由于橫向排水管損壞，路面匯水大量進入路基填筑體，形成天然的過水通道，碎石含量高的位置則排水通暢，相對隔水的粘性土則阻隔了地表及地下水的排泄，導致坡體短時富水，降低了巖土界面的承載能力及抗剪強度。

3.3 降雨因素

從圖2 可知區(qū)域5 月份存在間斷性降雨且頻率較高，6 月4 日出現(xiàn)了從5 月1 日至6 月7 日以來的降雨峰值，時間短強度大，直接導致了邊坡的破壞。

圖2 1 小時降雨量

從圖2 分析可得，區(qū)域進入雨季后，降水豐富，對邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生持續(xù)不利影響。在6 月初的短時強降雨作用下，路面匯水沿著小里程側(cè)破損的橫向排水管進入路基內(nèi)部，路基體內(nèi)地下水位顯著上升，含水量及靜水壓力增大，填方體內(nèi)含粘粒較豐富的風化物粒料密實度高，阻滯了大量的水，不能及時排出，導致坡體自重持續(xù)增大，下滑力變大；另一方面，基底巖土界面過渡帶土持續(xù)飽水，抗剪強度減弱，坡體抗滑能力減小，而基底面相對較陡，坡體整體發(fā)生背離路基側(cè)變形，推移導致樁板墻部分發(fā)生偏移并出現(xiàn)錨頭脫落的現(xiàn)象。邊坡變形使路面上出現(xiàn)拉裂縫并不斷擴大，路面裂縫的出現(xiàn)和擴大又使地表水進一步下滲，導致變形加劇。通過現(xiàn)場調(diào)查和變形分析，確定邊坡的主滑方向為垂直路線走向即路基橫斷面向外側(cè)，滑動面主要為填方體基底的覆蓋層與基巖的過渡界面，滑體為填方路基體。

4 邊坡穩(wěn)定性評價及發(fā)展趨勢預測

4.1 作用于抗滑樁上的力系

作用于抗滑樁上的外力包括：填方體及基底碎石土推力、受荷段地層（滑體）抗力、錨固段地層抗力、樁側(cè)摩阻力等，這些力均為分布力?；峦屏ψ饔糜诨嬉陨喜糠值臉侗成?，假定與滑面平行。由于樁后路堤填方體及其基底覆蓋層碎石土層成分較雜，且監(jiān)測顯示坡體內(nèi)入滲積水分布不均勻，而樁間土拱對滑坡推力的影響不甚清楚，故假定每根樁所承受的滑坡推力等于樁距范圍內(nèi)的滑坡推力。

本段路堤在填筑過程中經(jīng)過強夯補強并設置有6 層鋼塑土工格柵，滑體剛度、密實度較大，從頂層至底層的滑動速度基本一致，故可假定滑面以上滑體作用于樁背的推力按照矩形分布。從現(xiàn)場觀察來看，該段填方體整體滑動而其兩級坡面未發(fā)現(xiàn)明顯變形，也可以印證這一假設比較符合實際情況。樁身與樁周地層間的摩阻力對樁的平衡彎矩有利而計算復雜，忽略不計對計算偏安全，對設計影響不大。本工點原抗滑樁布置如圖3 所示，樁徑2×3 m，樁矩5 m，樁長20～28 m，樁背側(cè)布置78 根縱向受拉鋼筋。根據(jù)樁檢資料以及現(xiàn)場樁體變形情況，選擇9＃樁所在ZK74+740 剖面為典型斷面，計算得到樁后滑體剩余下滑水平推力約為2 500 kN。

圖3 原抗滑樁布置示意圖

4.2 滑坡穩(wěn)定性定量分析

4.2.1 計算剖面確定

選取ZK74+740 剖面為典型控制斷面進行穩(wěn)定性計算，如圖4 所示。

圖4 ZK74+740 計算剖面

鑒于邊坡破壞模式主要為覆蓋層沿基巖面滑動，滑面為基巖面，呈折線形，因此根據(jù)工程地質(zhì)條件和破壞模式，采用極限平衡理論的不平衡推力傳遞系數(shù)法進行穩(wěn)定性驗算。

4.2.2 計算參數(shù)選擇

邊坡穩(wěn)定性計算參數(shù)選取時通常有以下三種途徑：①極限平衡反算法：假定邊坡處于極限平衡狀態(tài)（穩(wěn)定系數(shù)K=1.00），反演計算飽和抗剪指標；②經(jīng)驗值；③試驗指標。本次計算主要根據(jù)經(jīng)驗指標，并結(jié)合抗滑樁受力反演結(jié)果綜合分析確定。邊坡穩(wěn)定性分析的物理力學計算參數(shù)如表2 所示。

表2 計算參數(shù)

4.2.3 計算工況

本次計算目的在于模擬現(xiàn)場實際的強降雨，因此選擇工況為強降雨工況，即土體處于飽和狀態(tài)。

4.2.4 安全系數(shù)確定

本文計算對象為高速公路路堤邊坡，因此參考《公路路基設計規(guī)范》中相關(guān)規(guī)定確定安全系數(shù)為1.15。

4.2.5 穩(wěn)定性系數(shù)計算結(jié)果

根據(jù)滑坡現(xiàn)場的破壞邊界條件和失穩(wěn)方式，采用覆蓋層沿基巖面折線滑動的破壞模式，邊坡穩(wěn)定性系數(shù)選擇《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》中傳遞系數(shù)法計算，結(jié)果如表3 所示。

表3 邊坡穩(wěn)定系數(shù)和剩余下滑力

由表3 可知，當穩(wěn)定性系數(shù)取0.98 時，計算所得剩余下滑力為2 580.95 kN，與現(xiàn)場受力和樁基檢測較為符合，當穩(wěn)定性系數(shù)取1.15 時計算得到樁后剩余下滑力4 076.04 kN。由此可見，原抗滑樁的安全儲備不足，需要增設支擋措施以提供足夠抗力。

5 治理方案

本次邊坡變形破壞是在強降雨作用下突然發(fā)生，且在暴雨結(jié)束后仍有蠕滑變形的現(xiàn)象，邊坡處于臨界失穩(wěn)的極限平衡狀態(tài)?；谶@一實際情況，確定綜合治理措施由搶險方案與永久處治方案兩部分組成。首先進行搶險方案施工，此方案特點為施工快速便捷，目的在于控制邊坡蠕滑變形，防止邊坡由緩慢變形發(fā)

展為大規(guī)?；瑒拥氖Х€(wěn)破壞；待雨季過后，開始永久處治方案施工，此方案通過有效設置支擋結(jié)構(gòu)，顯著提高邊坡穩(wěn)定性，保證其在以后類似暴雨工況下安全穩(wěn)固，確保通行安全。

5.1 搶險方案

通過以上分析，制定應急搶險方案如下。

5.1.1 封水

清除靠山側(cè)填平區(qū)的雜草和低矮灌木，然后用混凝土進行硬化封閉；將開裂的路面用瀝青進行灌縫封堵，第一級填方平臺開裂處用水泥砂漿抹補，并用防水彩條布遮蓋。對失效的超高排水段橫向排水進口和集水井進行封堵，使路面超高段匯水沿縱向排出。后續(xù)根據(jù)降雨情況巡檢，對仍有變形發(fā)展的裂縫及時封堵。

5.1.2 排水

據(jù)現(xiàn)場觀察，橫向排水管出口在排水量較大的時候，會激躍至路堤坡面并形成沖刷，需對橫向排水出口順接大直徑PVC 管至一級平臺截水溝；坡體上滲水豐富的區(qū)域及樁板墻間擋板的滲水部位，增設108 mm 無縫鋼管泄水孔，間距及加密程度根據(jù)現(xiàn)場出水的情況調(diào)整。

5.1.3 臨時加固

根據(jù)基樁檢測成果及監(jiān)測數(shù)據(jù)，對路堤邊坡體變形較大的兩處區(qū)域進行臨時加固，利用一級填方平臺作為工作平臺，設置三排鋼管樁，如圖5 所示，嵌巖深度按6 m 控制，為了更準確地貼合現(xiàn)場地質(zhì)情況，具體樁長參數(shù)采用動態(tài)設計確定。施工過程中要避免施工器具、堆載對未達到強度的樁產(chǎn)生不利影響。

圖5 鋼管樁布置示意

5.1.4 補充鉆孔

由于坡體上滲水的區(qū)域、樁板墻間擋板的滲水部位分布與擋板間泄水孔的排水狀況不盡相同，表明路堤體內(nèi)存在著不同程度的隔水區(qū)和滲水區(qū)，且分布很不均勻，導致滲入路堤體內(nèi)的水不能及時排出，有必要對坡體內(nèi)填料的狀況進一步明確，處置措施實施的時候可以同步進行。

5.2 永久處治方案

根據(jù)計算結(jié)果可知，目前抗滑樁所提供的抗滑力不足，以9＃樁為例，為保證邊坡在暴雨工況下的穩(wěn)定性系數(shù)大于1.15，則還需補充至少1 576.04 KN 的抗滑力，因此需要增設新的支擋結(jié)構(gòu)以提供足夠的抗滑力。根據(jù)分析計算結(jié)合工程經(jīng)驗，制定方案如下：在破壞比較嚴重的原3?！?2＃樁之間設置直徑2×3 m 型抗滑樁，樁距5 m，樁長16～25 m；另外，現(xiàn)場原12＃～20＃樁懸臂段長度普遍在11 m 以上，外傾變形較為明顯，因此在12?！?0?？够瑯锻鈧?cè)布設8 根抗滑樁，樁徑1.8×2.4 m，樁距5 m，樁長9～15 m，如圖6 所示。

圖6 抗滑樁布置平面

為了配合原樁形成有效的支撐體系，同時為了避免施工新開挖樁孔對原樁形成擾動，新樁采用錯孔布置，縱向樁心間距為5 m，橫向排距為3 m。新樁與原樁間采用橫系梁聯(lián)結(jié)。

樁長設置考慮了滑動面的巖土界面埋深、懸臂結(jié)構(gòu)反彎特點及原樁懸臂段樁長條件，采用了懸臂段：嵌固段≈1：1，具體樁長應根據(jù)實際開挖情況進行調(diào)整。因總樁數(shù)較少，抗滑樁施工建議單根樁開挖、澆筑、成形，待樁身混凝土達到80%強度再施工下一根，避免同時開挖削弱原樁抗滑能力，提高施工安全保障。

6 結(jié)論

本文以貴州某山區(qū)高速ZK74+640～ZK74+850 段填方水毀邊坡為研究對象，采用現(xiàn)場調(diào)查、原位監(jiān)測、理論分析等手段，探究了邊坡穩(wěn)定性影響因素，揭示了暴雨作用下邊坡變形破壞機制，并制定了相應的治理方案，得出結(jié)論如下。

（1） 填方邊坡穩(wěn)定性主要受到地形地貌、路基填料和降雨這三個因素的影響。而短時強降雨導致坡體內(nèi)部靜水壓力增高，下滑力變大；巖土持續(xù)飽水，抗剪強度降低，抗滑力變小，是誘發(fā)邊坡破壞的直接因素。

（2） 針對現(xiàn)場邊坡變形所處階段和理論計算結(jié)果，制定了鋼管樁短時搶險和抗滑樁永久處治相結(jié)合的綜合治理方案，經(jīng)過現(xiàn)場施工反饋取得了良好的治理效果。