某高速公路边坡滑坡分析及处治设计

李艳明

（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030032）

1 工程概况

该滑坡位于广东省新兴县河头镇沙坪村境内，位于某建高速公路K21+410—K21+515 段左侧，该段高速公路为半挖半填路段，最大开挖高度为8.0 m，最大填方高度为10.0 m。挖方边坡坡率1∶1.0，挖方坡脚设置2.5 m 高C20 混凝土挡土墙，以上采用喷播植草防护。2018 年9 月12 日，该路堑边坡已出现滑坡，滑坡后缘距堑顶线约70 m，后缘出现错台、簸箕裂缝，错台高度约80 cm，前缘剪出口位于坡脚墙附近，挡墙变形开裂，开裂处渗水，揭露全风化紫红色泥岩。据现场观测，滑坡变形持续发展，严重影响公路的运营安全，亟需处治边坡滑坡。

图1 滑坡处原断面设计图

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

本路段地处构造侵蚀低山丘陵区，地形起伏较缓，坡体地面标高约为80.0～120.0 m，自然坡角最大约为30°。山体植被发育，生长松树及各种灌木、蕨类植物。

2.2 地层岩性

根据野外地质调绘及钻探资料（ZK1—ZK8）成果，边坡主要由第四系冲洪积和残坡积成因粉质黏土和寒武系高滩组泥质砂岩风化物组成。各岩土层分述如下：

a）粉质黏土 褐黄色，软塑- 可塑，土质不均，干强度中，塑性中，表层含植物根系。

b）全风化泥质砂岩 灰红色，全风化，原岩结构清晰可辨，大部分如粉质类土状，具可塑性，呈柱条状。

c）强风化泥质砂岩 紫红色为主，强风化，细粒结构，厚层状构造，节理裂隙很发育，岩芯破碎残缺，呈1.0～3.0 cm 的碎块状，手掰易碎。

d）强风化泥质砂岩 红黄色，强风化，粉细粒结构，厚层状构造，节理裂隙很发育，岩芯破碎呈3～6 cm 的块状，偶见短柱状，局部可见石英脉，锤击易碎。

e）中风化泥质砂岩 黄褐色，中风化，细粒结构，层状构造，节理裂隙发育，岩芯为碎块状或者短柱状。

2.3 地质构造与地震

项目区位于华南加里东褶皱系粤西隆起带内，大地构造位置上处于四会- 吴川断褶带中西段。在漫长的地质时期经历了多次和多种性质的地壳运动，区内地质构造多呈北东或近北东走向。项目区地震动峰值加速度值为0.05g，地震动反应谱特征周期为0.35 s，抗震设防烈度为Ⅵ度。根据边坡专项地质调绘成果，边坡范围内未发现有影响场地稳定的不良地质。

3 滑坡变形特征、滑动机理及稳定性分析

3.1 滑坡变形特征

滑动区地质结构较为简单，上部为全新系中更新统粉质黏土、全风化泥质砂岩，下伏强- 中风化泥质砂岩。滑坡坡体后缘分布张拉下错裂缝，最大可见下错深度80 cm，在岩性上以全风化覆盖层为界，在地形上以陡缓交界面为界，滑坡前缘剪出口位于一级边坡的坡脚，坡脚挡墙外鼓开裂，开裂处渗水，边坡段落局部出现小的滑塌，滑坡两侧翼出现明显的剪切裂缝，坡周界明显，属牵引式滑坡。滑坡主滑动方向为287°，边坡坡面产状：276∠45°，主轴长70 m，横宽约135 m，滑体平均厚度约8.5 m，属中层滑坡，滑坡体方量约为9.2 万m3，属中型滑坡。

3.2 滑坡滑动机理分析

滑坡所在区属粤西南低纬度地区，属南亚热带季风气候区。雨季长，雨量充沛；季风活动明显，终年受海洋季风气候调节，气象特征表现为风害多、雷暴频。所属新兴县年平均降雨为1 680.2 mm，每年雨季和旱季明显，最大日雨量达400 mm（1976 年9 月20 日），造成山洪暴发，江河横溢。滑体受到强风化岩形成的沟谷控制，易于积水，水加重滑体质量，弱化力学指标，持续不断的强降雨是工程滑坡的诱发因素。

滑坡坡体为二元结构，上部为粉质黏土、全风化泥质砂岩，下部为强- 中风化泥质砂岩，层间结合面已经泥化，力学指标差，这是滑坡发生的内在因素。

在修建公路时，开挖坡脚，切断了滑坡前缘，使滑坡具有临空面，在重力作用下滑坡产生滑动，这是滑坡发生的主要因素。

3.3 滑坡稳定性分析

根据滑坡变形特征可知，该滑坡危害程度为严重，滑坡防治工程安全等级为Ⅰ级[1]。滑坡体变形和滑坡区裂缝的发展都可说明滑坡处于不稳定状态，大气降雨等因素将对滑坡稳定产生较大影响，甚至引起滑坡后缘进一步滑动。为保证公路运营安全，按照一次根治滑坡的原则，对滑坡体进行稳定分析计算，并采用综合处治方法[2-3]对其治理。

根据钻探资料（ZK1—ZK8）成果，分Ⅰ-Ⅰ（ZK1—ZK4）和Ⅱ-Ⅱ（ZK5—ZK8）两个断面反算滑面C、Φ 值，考虑边坡已经滑动，滑坡稳定系数取0.98，经反算，综合考虑暴雨工况下C=10，Φ=10。

采用传递系数法[4]对滑坡剩余下滑力进行计算，计算公式如式（1）、式（2）。

式中：Fn、Fn-1为第 n、n-1 块滑块的剩余下滑力，kN；ψ 为传递系数；γt为安全系数；Gnt、Gnn为第 n 块滑块自重沿滑动面、垂直滑动面的分力，kN；Gn为第n 块滑块沿滑动面岩土的内摩擦角，（°）；cn为第n 块滑块沿滑动面岩土的黏聚力，kPa；ln第n 块滑块沿滑动面的长度，m；βn、βn-1为第 n、n-1 块滑块与水平线的夹角。

根据公路抗震规范，计算不考虑非正常工况Ⅱ，按式（1）、式（2）计算结果如表1。

表1 剩余下滑力计算表

滑坡推力取Ⅱ-Ⅱ断面非正常工况Ⅰ（暴雨）下剩余下滑力值。

4 滑坡处治比选设计

根据滑坡所在的工程地质情况及滑坡变形特征、机理等情况，设计提出钢花管注浆+预应力锚索、抗滑桩+预应力锚索两个方案进行比选设计。

4.1 方案一 钢花管注浆+预应力锚索方案

图2 钢花管注浆+预应力锚索方案

在距路基坡脚11.5 m 处设置4 排Φ89 钢花管，钢花管长18 m，排距0.75 m，纵向间距1.5 m，钢花管顶部设置40 cm 厚C30 现浇混凝土冠梁，冠梁上部设置预应力锚索，锚索长度42 m，锚固段长度10 m，锚索纵向间距3 m。在距路基坡脚57.5 m 处（桩号范围K21+430—K21+506）设置4 排Φ89 钢花管，钢花管长20 m，排距0.75 m，纵向间距1.5 m，钢花管顶部设置40 cm 厚C30 现浇混凝土冠梁，冠梁上部设置预应力锚索，锚索长度28 m，锚固段长度10 m，锚索纵向间距3 m。每根钢花管抗力100 kN，预应力锚索设计锚固力500 kN，锁定锚固力550 kN，考虑剩余下滑力作用下经计算边坡安全系数大于1.3，满足规范要求。

4.2 方案二 抗滑桩+预应力锚索方案

图3 抗滑桩+预应力锚索方案

在距路基坡脚11.5 m 处设置2.5×3.0 m C30抗滑桩，桩间距6 m，同时在抗滑桩顶设置预应力锚索，锚索长度42 m，锚固段长度10 m，锚索纵向间距3 m。预应力锚索设计锚固力500 kN，锁定锚固力550 kN。考虑抗滑桩锚固地层为碎块状强风化泥质砂岩，抗滑桩水平位移和内力按m 法[5]进行计算，计算公式如式（3）～式（6）。

式（3）～（6）中：a 为抗滑桩的变形系数，1/m；x0、φ0、M0、Q0分别为滑动面处的位移、转角、弯矩及剪力；Aj、Bj、Cj、Dj为随抗滑桩换算深度变化参数；EI 为抗滑桩对刚度系数。

考虑剩余下滑力作用，经计算，抗滑桩桩顶位移小于100 mm，滑面处位移于小于10 mm，边坡安全系数大于1.3，满足规范要求。

以上两种方案均可以达到一次根治滑坡的目的，但考虑该滑坡发生在公路试运营期间，为保证公路运营安全、及时抢险、快速防止滑坡的继续变形而产生更大的次生灾害，结合钢花管注浆施工方便，能够较快地加固滑坡体，而抗滑桩采用人工挖孔，施工复杂且时间相对较长，有效加固滑坡体需要时间较长，经比选最终采用钢花管注浆+预应力锚索方案即方案一。同时，在坡脚处设置仰斜排水管，仰角14°，孔深20 m，间距3 m，与钢花管错开布置；在滑坡后缘裂缝外5 m 处设置截水沟，完善其他排水设施，形成通畅的排水通道；采用黏性土封闭裂缝并夯实，夯实度不小于90%。

5 结语

a）可根据滑坡的变形特性、滑面的深浅、地质条件、外部坏境因素等采用分级、分区域运用多种处治方法对滑坡进行综合处治。

b）对于有抢险要求的滑坡处治可以采用施工方便的钢花管注浆加固等方法进行快速加固处治，可以有效地抑制滑坡的继续变形，防止产生更大的次生灾害。

c）对滑坡处治时，应进行多方案比选，根据滑坡产生的原因、变形特性及相关要求等综合选取最合适最安全的处治方案。