霍永高速公路滑坡治理设计

张宗战

（山西省交通科学研究院，山西 太原030006）

0 引言

随着我国高速公路事业的迅猛发展，尤其是山区高速公路的大力发展，高填深挖边坡路段不断出现，大量的路基、边坡地质灾害也不断涌现，其中“滑坡”是山区高速公路建设中最常见，也是危害最大的地质灾害。但“滑坡”因产生条件、影响因素、破坏机理的复杂性和多变性，一直是世界各国研究的主要地质和工程问题之一。边坡如果失稳，就形成滑坡、崩塌等地质灾害，轻则增加投资、延长工期，重则导致建筑物倒塌，甚至造成人员伤亡，因此山区高速公路“滑坡”灾害的防治技术尤其值得公路工作者在实际工作中不断探讨研究。下面就以霍永高速公路“滑坡”路段的实际设计案例进行初步的探讨，供大家分享。

1 项目概述

霍永高速公路是《山西省高速公路网规划》“三纵十二横十二环”第九横的重要组成部分，是山西省中部地区西接陕西省通往延安市，达陕、甘、宁等地，东经霍州接黎城高速公路（规划）至河北省邯郸市，进而抵达冀、鲁、豫等地的重要通道。霍州至永和关高速公路由东、西两段组成。本项目采用四车道高速公路标准建设，设计速度采用80km/h，路基宽24.5m，设计汽车荷载等级为公路—Ⅰ级。

2 公路边坡滑坡出现的主要原因

滑坡是在重力作用下，物质由高处向低处下滑的一种运动形式。因此，“滑动”的速度受地形坡度的制约，即地形坡度较缓时，滑坡速度较慢；地形坡度较陡时，滑坡速度较快。滑坡的速度快时，人们往往猝不及防，造成巨大的生命、财产损失。在山区公路建设中，路基边坡滑坡现象虽然不可避免，但设计中通过采取积极防御措施可以把危害降到最低。通过国内外工程实际案例分析研究可知，公路工程滑坡的形成，是由其地形地貌、地质构造、地层岩性、水及人类工程活动共同作用的结果。公路路基施工时前缘开挖，使土体形成临空面，后缘地表水渗入，降低了土体的抗剪强度，增加了土体的重度，造成整个土体向临空面滑移，属工程诱发的牵引式滑坡。

（1）公路边坡在改建过程中，土壤内部原有的应力状态随着改造过程的进行渐渐发生了变化，有的边坡经过自身调整变得越来越稳定，最终形成稳定边坡；有的经过应力调整，失去平衡，最终发生崩塌、滑坡、剥落现象。

（2）滑坡土体的透水性总体较差，地下水多沿泥岩顶面和强风化、中风化的界面地表径流，连日暴雨使本已丰富的地下水更加充盈，软弱面的渗水量骤增，加速了滑坡体的运动速度。

（3）斜坡中部的裂缝为地表水的渗入提供了方便。滑体中含水率大增，最终达到饱和状态，岩体被软化，边坡变形失稳，滑体顺坡向路堑滑移。

3 滑坡治理设计技术

3.1 综合排水防护设计

本项目区内不良地质现象主要为湿陷、土溜、滑坡、崩塌，要使路基边坡长期稳定，首先需要做好边坡的综合排水防护设计。项目区滑坡危害主要为土质滑坡，前期野外踏勘调查时发现，土质滑坡主要分布在黄土梁峁地带，其原理是黄土沿着基岩面下滑。因此，施工期间在边坡下方增设排水边沟（见图1），增加地表排水量；临时在坡体增设排水孔，排出的地表水尽量减少渗到地下的可能；增设坡体排水沟，同时和地下排水措施紧密配合；在滑坡后部修建截水沟，拦截、排导坡面径流。

图1 边坡排水边沟设计图

截、排水沟的断面尺寸可参考以下公式计算：

式中：Q洪为洪峰流量（m3/s）；k为径流系数；i为按20年一遇平均1h暴雨强度（mm/h）；F为山坡集水面积（km2）。

式中：Q设为截、排水沟设计流量（过水能力）（m3/s）；A为截、排水沟过水断面面积（m2）；C为谢才系数，按取值；R为水力半径，按R=A/χ取值（m）；χ为截排水沟过水断面湿周（m）；i为排水沟比降。

3.2 生态防护措施设计

在滑坡路段设计中积极采取植树种草等生态防护措施，控制边坡水土流失，防治滑坡灾害发生。植被主要通过以下几个方面来实现对边坡土体的防护功能（见图2）。

图2 植被护坡设计图

（1）植物以自己的繁密枝叶来消弱雨滴动能，达到对边坡土体的保护，枝叶吸附了降落到其上的雨水，通过物理蒸发形式返回到大气中，这样消弱了边坡表面的径流量。

（2）植物腐烂，在边坡表面形成大量的腐殖质，一方面提高了边坡土体的渗透性能，改善了土壤的结构；另一方面使边坡表面变得粗糙，减缓径流动能。

（3）植物根系起到了对边坡土体“加筋”的作用，有效提高了土体抗剪切的能力，防止边坡水土流失和滑坡灾害出现的可能性，同时也对边坡起到美化的景观效果。

3.3 护面墙工程措施设计

在边坡土质条件不佳、地质条件恶劣的易发滑坡等灾害路段，不太适合采用生态防护措施对边坡表面进行防护，本设计采用坡面护面墙工程措施。护面墙措施是指采用浆砌石砌筑或者水泥浆封堵地表裂缝等工程措施，尤其对于边坡上裂缝处的处理。当裂缝内有基岩出露时，首先把块石、碎石填入做成反滤层，或采用地下岩石爆破回填，然后上覆黏土夯实，再进行浆砌石砌筑或者水泥浆封堵边坡坡面，完成边坡表面硬性防护。本设计采用护面墙防护的典型工程设计，如图3所示。

图3 护面墙技术设计图

3.4 抗滑桩及锚杆挡墙综合设计

以上三种防护措施基本都是基于防护滑坡路段边坡表面的措施，当边坡稳定性出现比较明显的问题时，就需要考虑采取积极的措施改变边坡岩土体的力学强度。通过一定的工程技术措施，改善边坡岩土体的力学强度，提高其抗滑力，减小滑动力，例如修筑挡土墙、锚杆护墙等支挡不稳定岩体，钢筋混凝土抗滑桩或钢筋桩作为阻滑支撑工程等，有裂隙或软弱结构面的岩质边坡适用预应力锚杆或锚索加固等。

本设计采取后缘卸荷、前缘反压的边坡分级开挖形式，可根据设计计算后，确定需减小的下滑力大小，同时在其上部进行部分减重和在下部反压。减重和反压后，应检算滑面从残存的滑体薄弱部位及反压体底面剪出的可能性。在开挖面完成的基础上，采用抗滑桩和锚杆挡墙相结合的工程措施（见图4）。

边坡抗滑桩具有适应性强，对滑坡稳定性和地质环境干扰小，可多桩同时施工，工期短，见效快的优点。目前抗滑桩在要求边坡不发生大滑动的情况下，仍然是较好的加固措施，同时配合边坡锚杆挡墙措施，改变边坡的岩土力学强度，通过外力保持边坡稳定。锚杆挡墙由锚杆、肋柱和挡板3部分组成，滑坡推力作用在挡板上，由挡板将滑坡推力传于肋柱，再由肋柱传至锚杆上，最后通过锚杆传到滑动面以下的稳定地层中，靠锚杆的锚固力来维持整个结构的稳定。

图4 抗滑桩及锚杆挡墙综合措施设计图（单位：mm）

这些措施的放样定位在设计图中提供坐标要求，初步定位。设计要求施工单位实际施工前应先清除桩位附近表层易滑塌部分，同时做好桩位附近地表水拦截工作；然后开挖抗滑桩基坑，用钢筋混凝土浇筑抗滑桩，待浇筑好的抗滑桩达到设计强度后才可进行相邻隔桩基坑的开挖。在开挖桩孔过程中，地质人员需详细记录地层岩性、含水率、接触面等情况，若发现与设计情况不符，要及时与有关部门沟通，以便根据实际边坡条件及时做出设计变更。

4 结语

综上所述，边坡地表和地下水是引起高速公路边坡滑坡失稳下滑的主要原因，因此在滑坡治理工程设计计算和工程布设中首先要充分考虑这一因素，并以疏排地表及地下水的综合排水措施作为治理工程设计的前提与重点。另外，滑坡治理是一项复杂的工程，为得到边坡稳定，不再出现滑坡现象，常常不是某一种措施能够解决得了的，滑坡必须经过放缓边坡、分台阶卸载、生态防护措施、抗滑挡土墙锚杆支挡等治理技术，因此，滑坡治理中经常使用多种措施相结合来实现对滑坡的整治，这样才能取得较好的治理效果。

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