鹤大高速公路路基边坡古滑坡的研究与处理

茅晓东，王 强

（1.山西省临汾市交通勘察设计院，山西 临汾 041000；2.山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

0 引言

在晚更新世、或者河流阶地侵蚀时期出现的滑坡，即为古滑坡。但就具体地质勘察方面来看，往往认为出现于现阶段之前，且当前状态相对稳定的滑坡体，均可被认为是古滑坡。

暂时稳定的古滑坡体，并不表示其使命已经终结，伴随着外部因素的作用，会导致滑动重新开始。在公路工程的建设方面，常常会出现雨水侵蚀或者是边坡的大量开挖现象，会让其稳定性以及平衡性出现较大改变，进而导致破坏性更大，且治理较为困难的新滑坡，此时还有可能对施工的进度以及安全产生影响，对项目工期和施工成本造成严重损失。

鹤大高速ZT08标K673+118—K673+206段在进行路基挖方施工时路基边坡突然滑塌，具体原因在于，扰动了原始的古滑坡体，影响了其稳定性。所以，在针对公路工程开展的地质调查活动之中，有必要对其规模、可能滑动的方向进行正确的探究和判断，这对于公路线路的确定以及防护、边坡设计等方面而言，有着极为重要的作用。

1 古滑坡的形成机理与原因分析

在正确对古滑坡进行判断之前，对其形成机理、形态特征、性质有所了解，为基础条件,结合相关文献[1]，分析如下。

1.1 自然因素

1.1.1 地质构造因素

基岩破碎、节理发育、具有弱蚀性的断裂破碎带、软弱结构面等不利地质条件。

1.1.2 岩层岩性因素

岩层岩性是滑坡发生的物质基础，地层岩性软弱、岩土体松散、强度不高、亲水性好、渗透性较大，则易在雨水和地下水作用下因强度降低而形成滑动带，为古滑坡的复活创造了条件[2]。

1.1.3 降水与地下水的影响

古滑坡在遇到连续或强降雨时，雨水顺地表岩土体空隙渗入转化为地下潜水，进入滑坡体内部，弱化岩体的力学性质，同时是滑坡带过度饱和产生滞水，长时间浸润岩体，使岩土体间的有效正应力和摩阻力降低。

1.1.4 地震影响

地震产生的动能使滑坡体产生滑动，其累计作用导致滑坡体滑动面强度降低。

1.2 人为因素

1.2.1 古滑坡体上的建设

滑坡体上的建设活动产生的荷载给古滑坡体增添了附加下滑力，其累计将打破原有的平衡，形成滑动。

1.2.2 坡脚挖空

坡脚开挖卸载而产生的附加应力会改变滑坡土体的平衡条件，降低斜坡的支撑能力。

2 鹤大高速公路ZT08标古滑坡

2.1 古滑坡状态

该滑坡位于鹤大高速公路ZT08标段K673+118—K673+206主线右侧，该滑坡体位于山前坡积体上，高速公路以路堑形式从坡的中前部通过，公路边坡最大挖深17.6 m。坡体地形相对较缓，坡度约14°。地势西北高东南低，平面上呈“舌状”，两侧冲沟成圆椅状地貌特征。滑坡影响路线长度88 m，纵向长度约65 m，滑塌体面积约3 480 m2，浅层滑面体积约4.2×104m3。滑动方向与公路近似垂直。

后经在施工临空面前方进行临时反压措施，坡体逐渐达到平衡状态。

图1 鹤大ZT08古滑坡卫星图

图2 滑坡牵引张拉裂缝图

图3 临空面临时反压图

2.2 古滑坡复活原因

该段公路勘察设计阶段未发现古滑坡，施工图按碎石土路堑设计，该段边坡2015年9月以来实施开挖，边坡从二级边坡顶部向下开挖，距一级平台2 m左右时，随着开挖深度的增加，古滑坡前缘逐渐被切除，破坏了古滑坡的自然平衡状态，连续多天降雨，诱发古滑坡复活。坡体前缘开挖台地出现反翘隆起现象，坡体向前位移2～4 m，坡面出现鼓胀式裂缝；坡体中后部形成由数条裂缝、沉陷带组成的宽约16 m的洼陷裂缝带，错台高差约2～3 m，可见光滑的滑动面；后部有牵引式张拉裂缝出现，裂缝错台约80 cm高。

2.3 稳定性分析

2.3.1 稳定性计算及推力计算

2.3.1.1 参数选用及推力计算

由于潜在滑面与浅层滑面物质基本一致，性质略有差异，浅层滑面土为可塑-软塑状，潜在滑面土为可塑，在饱水状态下，潜在滑坡滑面力学参数在强降雨状态下参照浅层滑面的力学参数选取。

根据反演计算值，结合有关经验值，综合分析有关影响因素后选取计算参数。具体如表2。

表1 浅层滑面设计计算岩土参数表

表2 潜在滑面设计计算岩土参数表

2.3.1.2 稳定性计算

考虑到该滑坡都是在工程状态下进行的，因此，滑坡的稳定性定量计算皆是在边坡开挖到位后的滑坡稳定性计算结果。这里仅对浅层滑坡的滑面和潜在滑坡的潜在滑面在天然状态和饱水状态等两种工况下的稳定性用传递系数法进行计算。

a）正常工况 天然状态下，滑体自重按天然含水量状态重度取值。

b）非正常工况Ⅰ 暴雨或连续降雨状态下，即滑体自重按饱和重度取值（考虑滑体物质松散，滑体重度按全部饱和最不利状况取值）。

根据《滑坡防治工程勘查规范》（DZ/T 0218—2006），稳定分级划分标准如下：当稳定系数K≥Kf为稳定，Kf＞K≥1.05基本稳定，1.05＞K≥1.0为欠稳定，K＜1.0为不稳定。

根据上述指标值，经计算，滑块1-1（图1中圆椅状古滑坡）纵断面在天然状态下、饱水状态下和地震状态下的稳定系数如表3。

表3 主滑1-1断面滑坡稳定性计算结果一览表

根据稳定性计算结果，该滑坡目前在边坡开挖后在天然及饱水状态下整体处于不稳定状态，会发生整体滑移，威胁高速公路的建设和运营安全。

因此，必须及时对浅层滑坡及潜在滑体进行必要的治理措施提高其当前稳定性，使其在最不利工况下达到设计安全标准，确保滑坡稳定。

2.3.1.3 推力计算方法

滑坡体推力计算时，采用碎裂面为折线形模型的传递系数法[3]。公式为：

式中：Ei为第i块块体产生的推力，kN/m；Ei-1为第i-1块块体产生的推力，kN/m；Ri为第i块的抗滑分力，kN/m，Ri=Wisinαitgφi+ciLi；Ti为第i块的下滑分力，kN/m，Ti=Wicosαi；K为推力计算安全系数，取1.20。Ψi为第i-1块推力传递给第i块时的推力传递系数，ψi=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tgφi，αi、αi-1分别为第i块、第i-1 块的滑面倾角，（°）；φi、ci为第i块破裂面的抗剪强度指标；Li为第i块破裂面的长度，m。

按路基设计规范设定安全系数，经计算，各滑块主滑断面在各工况条件下的剩余滑坡推力计算结果如表4，并以其中的大值作为设计滑坡推力。

表4 安全系数及剩余推力表

滑坡推力取在非正常工况下的潜在滑坡的推力F=1 472 kN/m为设计推力。

2.4 滑坡防治设计

该段滑坡既有现已滑动的浅层滑坡，同时在边坡开挖到位后影响潜在滑坡，目前，浅层滑坡滑动形成裂缝带，将坡体表面分割成七零八落，由于边坡开挖形成的临空面及强降雨很容易引起潜在滑动面的滑动。因此，根据其工程地质条件、坡体滑塌变形原因和稳定性分析结论，结合现场实际情况和工程实施的可行性，采用抗滑桩对滑塌体进行治理[4]。

所有抗滑桩断面均为矩形，桩截面为2.6 m×2.0 m，桩间距为 5 m，1～17号桩长为 25 m，18～25号桩长为22 m，混凝土采用C30钢筋混凝土。桩顶用连系梁连为一个整体，以增加抗滑桩的整体性。桩基主筋采用32 mm的钢筋。

图4 抗滑桩布置平面图

由于本段线路的设计理念是绿色工程，为了减少混凝土等大面积外露，将抗滑桩桩位向坡体里移动，使得抗滑桩尽量埋入坡体中，待抗滑桩支挡工程完工后，恢复二级坡面，达到整个一级、二级边坡与整个线路边坡坡率一致，绿化方案一致的效果。具体方案是：

设计推力：采用在连续强降雨工况下的潜在滑坡剩余下滑力作为设计推力：F=1 472 kN/m.

a）应急反压措施 为了尽量减少滑坡的位移，为下一步治理措施的实施提供一个安全的平台，对坡体实施反压措施，反压填实要求——密实度要求达到85%。

b）坡面裂缝带夯填、坡面平整，由于坡面凹凸不平，裂缝深浅不一，不利于坡面水的顺利排泄。对于深度较深的裂缝，可采用三七灰土夯填捶面；裂缝夯填后进行坡面平整，裂缝夯填面积约1 665 m2。对坡面进行整理顺坡，使坡面水能够顺利排走。坡面平顺后，对坡面夯实捶面。

c）边坡设计为二级边坡，一级边坡坡率1∶1.0，坡高10 m，采用拱形骨架防护；二级边坡坡率1∶1.0，一坡到顶，采用拱形骨架护坡。在二级边坡高6 m、距路中线46.2 m设施工平台，施工平台坡脚距路中线19.55 m。平台宽度最小3.6 m。待抗滑桩工程完成后，回填平台、恢复二级边坡。

d）支挡措施 在二级平台距路中心36.2 m、坡脚19.55 m处设置一排抗滑桩，抗滑桩桩径为：2.0×2.6 m，桩间距 5 m，桩深 25 m（22 m），共设置钢筋混凝土抗滑桩25根。

e）排水工程 地下水往往是诱发滑坡的重要因素，为降低地下水位，消除或减轻静、动水压力或地下水对软弱带的影响，必须有效地设置截排水工程。

f）坡面防护 在一级、二级和桩顶上一级平台的坡面，由于滑坡滑塌冲击以及抗滑桩工程施工工程中对坡体的扰动，在边坡的开挖过程中，可能产生边坡溜塌等现象，恢复坡面采用拱形骨架进行防护，拱形骨架内植草绿化。

g）滑坡地表位移监测 在滑坡上设置观测标墩网，对滑坡进行位移观测，来监测滑坡的变形趋势和滑坡治理的效果。观测次数在施工周期内以1周1次，在施工完成后1月1次，观测周期为滑坡治理工程开始后至治理工程完成后2年。

3 结语

因为出现滑坡的原因、形成年代、大小以及地形等条件存在诸多不同，由此滑坡也体现出了各种形态特征。就具体应用方面来看，许多古滑坡并不具备如上的判断特征，在不同状况下，各类特征的表现也并不相同。所以，有必要充分运用多种方式，综合性地对古滑坡进行识别以及判断，提前对疑似的地段进行准确判断，古滑坡的防治要通过地调、地勘结果进行综合分析，针对不同的滑坡治理采取科学合理的措施，就项目施工生产安全控制方面，有着极为关键的作用。