贵阳市水东路古滑坡治理方案及设计研究

吴 震，姚胜成

（贵阳市建筑设计研究院有限公司，贵州贵阳 550002）

0 引言

西南地区山高坡陡，地质条件复杂，在基础设施建设中应该尽量避免出现超高边坡和滑坡等[1]。但是，在实际工作中，由于种种原因，有时线路穿越滑坡也会成为难以绕避的困难。以贵阳市水东路古滑坡治理工程为背景，研究滑坡的特征和治理方案，供岩土工程师们参考和借鉴。

1 工程概况

贵阳市水东路是城市一级次干路，路面宽度20 m，设计时速40 km/h。因受地形、地质条件限制，该道路 K8+200～K8+540段不得不以填方边坡高度4～21 m穿越古滑坡体。

1.1 地形、地貌

水东路K8+200～K8+540古滑坡位于贵阳市乌当区御温泉西侧约500 m处。该古滑坡东临御温泉，南临南明河，北靠松林山，是典型的中山河谷岸坡地貌；坡面局部被垦为旱地，未开垦部分植被发育；地势北高南低，坡高60～116 m，坡面向南，坡度一般7°～27°，最大达47°；填方边坡脚的外侧为宽4.0 m、高3.5 m的截污沟，截污沟外即为南明河。在古滑坡西侧K8+015和K8+048段有两处天然陡立岩壁，基岩出露地表。道路走向与南明河走向基本一致，均为东西向。K8+200～K8+540古滑坡平面示意见图1。

图1 水东路K8+200～K8+540古滑坡平面地形全貌图

1.2 地质构造

K8+200～K8+540古滑坡地处永乐向斜北西翼，下伏基岩为奥陶系中上统（Q2+3）灰岩夹泥岩，地层产状正常，岩层的层理平直，地层分布连续。表层松散岩土层沿基岩层表面的泥化软弱层滑动形成古滑坡，古滑坡西侧在K8+015和K8+048段有两处天然陡立岩壁，基岩出露地表，岩层倾向167°，倾角32.8°。岩层倾向与斜坡倾向一致，构成顺向坡。滑坡西侧出露岩体显示，基岩内有两组垂直节理裂隙发育：一组节理裂隙倾向与坡向相反，倾向为276°，倾角70°，节理裂隙密度1～2条/m；另一组产状为：倾向30°，倾角60°，节理裂隙密度1条/m。该裂隙位于拟建公路以下地段，对公路边坡稳定性无影响。

1.3 地层岩性

根据钻探揭露和地表地质调查，该滑坡体地层由耕植土（Qpl）﹑黏土(Qel+dl)夹碎块石组成；下伏基岩为奥陶系中上统（O2+3）灰岩夹泥岩，自上而下细述如下。

（1）耕植土（QPd）：褐黄色，由黏土夹碎石组成，厚度0.5～1.0 m，分布在自然坡面表层，植物根系发育，结构疏松。

（2）滑坡体(Qdel)：杂色，由黏性土夹泥岩风化残余碎块和灰岩块石组成，厚度5.0～7.0 m结构疏松。

（3）硬塑黏土(Qel+dl):黄色，土体结构较松散，含大量泥岩风化残块，厚度0.5～4.80 m。

（4）泥化软弱层(Q4dl+el)：红褐色，紫褐色，硬塑状，泥化层厚5～10 cm，埋深5～7 m，力学指标仅为 C=20 kPa，Φ=33。

（5）奥陶系中上统(O2+3)灰岩：灰色，薄至中厚层状夹泥岩，细晶结构，岩体较完整，岩芯柱状。中风化灰岩饱和单轴抗压强度标准值frk=46 MPa，属较硬岩类，岩体较完整，岩体基本质量等级为Ⅲ类。

1.4 气象水文

场区属亚热带湿润季风气候区，年平均气温14.6℃，最热为7月份，极端最高气温39.5℃；最冷为1月份，极端气温-9.5℃。无霜期260 d以上，年平均降雨量为1 154.26 mm，降水多集中在4～10月，占全年降水量的87.36%。夏季盛行偏南风，冬季盛行偏北风，春秋两季风向变换频繁，年平均风速小于2.0 m/s。受山区地形、微地貌控制，区内地表水系较发育，大气降水多顺坡面迳流，向南往南明河内排泄。

1.4.1 地表水

场地处于半山宽缓斜坡中部，地势较高，有常年地面水流经过场地（为农用灌溉用，有专用排水沟），大气降雨时，地表水从坡顶经场地排向南明河，对边坡岩土起冲刷－剥蚀作用。由于场区地形为缓坡地形，汇水流量相对较小，地表水主要经场地东侧槽谷流入南明河，通过球积仪测量，场区汇水面积约为45 000 m2。

1.4.2 地下水

根据滑坡区内出露的地层岩性、地下水动力条件及含水介质特征，边坡区内地下水类型主要为碳酸岩岩溶水，赋集于奥陶系中上统(Q2+3)灰岩的岩体溶蚀裂隙中，水量受地形、岩性等因素控制及南明河切割影响，南明河为该区域的地下水排泄基准面；区内地下水总体上向南迳流，在地势低洼部位以泉的形式出露地表。地下水位埋藏较深，水质一般为低矿化 HCO3－Ca.Mg型水，中性，对混凝土无侵蚀性。

2 古滑坡变形特征

该古滑坡位于南明河北岸，下伏基岩为奥陶系中上统(O2+3)灰岩夹泥岩，岩层倾向（167°）与坡向相同，倾角较陡（32.8°），岩层间存在软弱结构面（薄层泥岩夹层），受南明河长期的冲刷、侵蚀，斜坡底部（南明河边缘）的破碎岩体被河水冲刷流失，形成临空面；滑坡主轴为8—8’剖面，方向为北面偏东西向31°，滑坡主轴长度356 m；滑坡后缘位于松林山上部，标高1 115～1 120 m，未滑动的岩体处呈现出2～4 m高的弧圈状陡崖；滑坡中部位于松林山中下部，黏土中夹有大量孤石，呈现出台阶状，大多被当地居民垦为旱地；滑舌伸入南明河边5～10 m。该滑坡主滑段位于滑坡中部（斜坡中部），抗滑段位于滑坡下部（南明河北侧河岸），牵引段位于滑坡上部（斜坡上部）。

该古滑坡类型按滑坡体物质成分划分为岩质顺层滑坡，浅层岩土体沿岩层间软弱结构面（薄层泥岩夹层）顺层滑动；按发生后的活动性划分为死滑坡，滑坡体已停止活动，坡体上有少量植被和居民点；按形成原因、时间和力学性质划分为自然状态下的推移式古滑坡；按滑动体厚度划分为浅层滑坡，滑动体厚度在6.0 m左右；按滑动体体积划分为中型滑坡，滑坡体体积5 000～50 000 m3。

由于岩层倾角与坡度角相当，加之在该滑坡体上长期未进行不利于滑坡稳定的人类活动，故该古滑坡已趋稳定，但若对该古滑坡进行人工开挖边坡或填筑加载等破坏滑坡体稳定的人类活动，则极有可能引起新的滑动[2]。该滑坡从坡脚至坡顶人类工程活动对斜坡破坏不大，道路未施工前，天然状态下斜坡总体稳定，但施工便道开挖后，局部已有开裂变形等下滑迹象。

3 滑坡稳定分析及评价

3.1 滑坡稳定性计算

滑坡稳定性计算采用文献[4]《公路路基设计规范》（JTG D30—2004）中的 7.2.2-1、7.2.2-2公式进行计算。即：

当Ti<0时，应取Ti=0。

式中：Ti，Ti-1为第 i和 i-1滑块剩余下滑力，kN/m；Fs为稳定系数；Wi为第 i滑块的自重力，kN/m；αi-1，αi为第 i和 i-1滑块对应滑面的倾角，（°）；φi为第i滑块滑面内摩擦角，（°）；Ci为第i滑块滑面岩土黏聚力，kN/m；Li为第 i滑块滑面长度，m；Ψi为传递系数。

当滑坡体最后一条块的剩余下滑力小于或等于0时，滑坡稳定；大于0时，滑坡不稳定。此时Ti值可作为设计支挡工程结构所承受的推力[4]。

3.2 代表性断剖面检算

3.2.1 滑坡主轴代表性剖面

滑坡主轴代表性剖面位于K8+360处（即11剖面），故选取该剖面进行检算，见图2。

根据制粒原料不同的力学特性，考虑到物料在喂料过程中的规律性和模孔结构的轴对称性，可以将模孔中的物料划分为横观各向同性材料和各向同性材料。分别如图2和图3所示。

图2 滑坡主轴代表性剖面图

3.2.2 计算参数选取

黏土夹碎块石：γ＝21 kN/m3,C=15 kPa,Φ=35°。

中风化灰岩：γ＝25.6 kN/m3；

泥灰岩软弱结构面（层面）:C=20 kPa，Φ=33°考虑到岩体结构面浸水软化情况及时间效应，根据《贵州建筑岩土工程技术规范》(DB 22/46—2004)，C、Φ 按 0.8折减，设计取值 C=16 kPa，Φ=26.4°。

3.3 计算结果及评定标准

根据K8+200～K8+540段边坡特征及岩层结构面分析，根据有关参数对 1、3、7、9、11、16剖面按折线滑面计算古滑坡修建道路前（即加载前）的稳定性，计算结果见表1。

表1 加载前古滑坡稳定性计算结果

从以上计算结果可知，各剖面处于临界平衡状态，小于规范规定的安全系数1.3，滑坡属于不稳定状态[4]。

4 滑坡治理设计方案及稳定性分析

贵阳市水东路绕避K8+200～K8+540段古滑坡的选线方案，由于彻底避开该古滑坡须两次跨越南明河，所增加的跨河大桥造价比治理该古滑坡的费用高出数倍，故选线方案不得不选择穿越古滑坡体。经过再三方案比选和利弊权衡，该段道路最终选定以道路中心填方高3～15 m的方案通过。该方案选定后的情况是：填方基底以下为倾角32.8°的顺层滑坡，加之地面横坡陡峻，道路路面宽度20 m，所以该段道路左侧出现3～11 m的挖方边坡，道路右侧出现4～21 m的填方边坡，填方边坡外侧为截污沟开挖边坡，截污沟外侧为南明河。

在该古滑坡体的治理中，道路左侧挖方边坡堑顶外侧2 m外设浆砌厚度为0.3 m，沟截面尺寸为0.4 m×0.6 m的M5浆砌片截水沟，将坡面雨水引至两侧自然沟槽。坡面采用锚索框架梁[3]，逆作法施工[5]，其具有结构安全、施工便捷、造价低廉等优点，故在方案比较中，被优先采用。道路右侧的填方边坡，K8+200～K8+303和 K8+457～K8+540两段道路右侧填方边坡高度虽然均在10 m以内，但其挡墙基底地质条件较差，其填方基底以下基岩为薄至中厚层顺层状，顺层倾角32.8°，层间夹一层5～10 cm厚的泥化软弱层，其力学指标仅为：C=16 kPa，Φ=26.4°。若设普通挡墙则无法满足设计要求，故在此两段采用桩基托梁路肩挡土墙，桩基托梁路基横断面见图3。

图3 桩基托梁路基横断面图

图4 K8+360锚索桩板墙断面图

道路修建后虽然增加滑坡体自重，但锚索桩板墙和桩基托梁也增强了抗滑力，其稳定性计算结果见表2。

表2 道路修建后滑坡稳定性计算结果

从以上计算结果可知，道路修建后虽然增加了滑坡体的自重，但道路右侧的锚索桩板墙和桩基托梁挡土墙与道路左侧的锚索框架梁的设计，增加了抗滑力，使各剖面的稳定系数均处于1.3之上，大于规范规定的安全系数1.3，滑坡体已处于稳定状态[4],能够满足《公路路基设计规范》的要求。

5 滑坡治理设计简介

在K8+200～K8+540段滑坡治理中，采用锚索桩板墙与桩基托梁路肩档土墙方案进行治理设计的具体情况是：在K8+200～+303和K8+457～+540两段道路右侧填方边坡高度为4～10 m地段，采用桩基托梁路肩挡土墙，墙高4～10 m；挡墙高为3～4 m者，其下部桩基采用1.5 m×1.75 m的矩形桩，桩长不少于8.5 m，且嵌入稳定基岩以下长度不少于4 m；挡墙高为6～10 m者，其下部桩基采用1.5m×2.0m的矩形桩，桩长不少于10m，且嵌入稳定基岩以下长度不少于5 m。

在K8+303～K8+457段道路右侧填方边坡高度11～21 m，且边坡外侧紧临截污沟与南明河，所以，采用锚索桩板墙。其中，1#～6#桩(K8+304～K8+337)和 20#～25#桩(K8+421～K8+456)桩身截面尺寸为2m×2.75m，桩长26.0m，7#桩(K8+343)、15#～19#桩(K8+391～K8+415)桩身截面尺寸为2 m×2.75 m，桩长28.0 m，且在每根桩中部(从桩顶向下 7 m、9 m和9 m、11 m或11 m、13 m处)增设2根锚索，锚索间距2 m，自桩顶以下1 m、3 m、5 m处及设计锚索孔中间都应预留备用锚索孔。9#～13#桩(K8+355～K8+379)桩身尺寸为 2 m×3.25 m，桩长 31.5m，8#桩(K8+349)、14#(K8+385)桩身尺寸为2m×3.25 m，桩长30.0 m，且在每根桩的中部 (从桩顶向下11m、13m、15m处)增设3根锚索，锚索间距2m，自桩顶以下1 m、3 m、5 m处及设计锚索孔中间预留一孔备用锚索孔。在两桩之间设外挂式钢筋混凝土挡土板，其中K8+304(1#桩)～K8+325(4#桩)和 K8+421(20#桩)～K8+456(25#桩)段自桩顶以下0～6 m范围内挂0.38 m×1.0m×6.0 m挡土板，自桩顶以下6～11 m范围内挂0.45 m×1.0 m×6.0 m挡土板；K8+325(4#桩)～K8+421(20#桩)段自桩顶以下0～6 m范围内挂0.32m×0.5m×5.0m挡土板，自桩顶以下6～12m范围内挂0.4m×0.5m×5.0m挡土板；自桩顶以下12～15 m范围内挂0.4 m×0.5 m×5.0 m挡土板，挡土板后设置0.3 m厚砂卵石反滤层，挡土板中部必须留两个泄水孔。上述抗滑桩及挡土板均为C30钢筋混凝土。

桩上锚索设计最终拉应力为1 200 kN，锚索均采用8束(7根钢绞线，Φ15.2 mm)锚索，钻孔直径为130 mm，每孔锚索锚固段长均为8 m，锚头用C30混凝土封头。为使路堤填筑不受锚索影响，将锚索设于抗滑桩中部，锚索自由段全部埋入地面以下。在道路左侧边坡堑顶外侧2 m外设浆砌厚度为0.3 m，沟截面尺寸为0.4 m×0.6 m的M5浆砌片截水沟，将坡面雨水引至两侧自然沟槽。

6 治理效果

K8++200～K8+540段滑坡治理于2009年竣工通车以来，至今已经历3年雨季考验，在结构方面，未发现任何开裂变形或位移超标现象；在城市道路结构环境美化方面，也因为结构与环境和谐而新颖自然，美观大方；造价低廉，投资节省，施工简便，工期较短，通车后运行状况良好。

7 结语

通过贵阳市水东路古滑坡治理设计，积累了一定经验，总结如下。

（1）穿越古滑坡不是不可能。

在绕避困难地段，当道路不得不穿越古滑体时，只要进行充分论证和方案比选，选择适当的支挡结构治理滑坡是可行的。

（2）科学选取桩身尺寸和锚索根数。

在桩身尺寸和锚索根数的选取时，适当减小桩身尺寸，增加锚索根数，可以降低造价，方便施工，缩短工期。由于贵阳市水东路K8+303～K8+457段道路紧邻南明河，抗滑桩桩井下挖大部分在南明河水位以下，桩井内涌水严重，下挖困难。考虑到这方面的因素，在设计时就适当减小桩身尺寸，特别是减少桩长，让更多的抗滑力用锚索承担，所以，锚索就需要相应增加一些。这样既能做到结构安全可靠，又能节省部分投资，还可使施工方便快捷,缩短工期。

（3）支挡结构要考虑城市景观。

城市道路的边坡支挡，不仅需要结构安全可靠，也需要做到美观大方。桩板墙的桩与板通常采用板在桩后挡土，这种结构虽然安全可靠，但在两桩之间有一个很大的凹槽，在视觉上不美观。为了解决这个问题，K8+303～+457段桩板墙采用外挂式挡土板，只在桩上的两板之间留下宽和深均仅0.5 m“伸缩缝”兼视觉美化竖条，这样支挡结构的视觉效果就大为改观。

[1]李海光.新型支挡结构设计与工程实例[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]李安洪，周德培，冯君，等.顺层岩质边坡稳定性分析与支挡防护设计[M].北京：人民交通出版社，2011.

[3]GB 50330-2002，建筑边坡工程技术规范 [S].

[4]JTB D30-2004，公路路基设计规范 [S].

[5]DB22/46-2004，贵州建筑岩土工程技术规范 [S].