抗滑桩在高速公路滑坡治理中的应用

郝飞

（邢台路桥建设总公司，河北 邢台 054000）

0 引言

近几年，我国的经济建设取得了快速发展，特别是西部大开发战略的设施，加快了我国西部地区的发展。但是，在西部大开发中，由于土地资源受限逐渐开始向山坡地带发展。在路基防护工程的组成中，公路挡土墙具有重要作用，是不可缺少的关键部分。西部地区地形较为复杂多变，地势跌宕起伏，在高速公路建设中，为了保证路基的稳固，就需要积极建设挡土墙。同时，在山区公路开通运行多年后，在暴雨侵袭、山洪以及重载交通影响等不利条件下，往往存在挡土墙破坏失稳以及路段局部滑坡等迹象，对过往通行车辆的安全性带来较大的潜在隐患，需要对此类情况进行及时处理，保证交通安全。

铁路、堤坝以及矿山施工中，挡土墙建设常发生失稳的情况，影响工程建设安全，由此，在施工过程中，挡土墙施工成了重中之重[1]。为了稳固挡土墙，常会采用预应力锚固法、后垛式扶臂墙以及重力式翼墙等进行加固。其中的后垛式扶臂墙与重力式翼墙属于被动承载的加固形式，施工周期较久，且需要更多的土地占用，工程造价较大，同时其对斜坡路基的深层滑动问题无法有效解决，在实践中应用受限较多[2]。从加固效果方面考虑，预应力锚固方法较前两种更好，能够充分恢复挡土墙原有的承载力甚至在一定程度上超过原有支承能力，特别是在挡土墙存在外鼓或局部破裂的情况下，加固效果更加显著[3]。但在路基的深层滑动治理方面仍存在一定不足，也不太适用于某些特定情形，如加锚处距离滑坡后缘较近，滑床岩性不良以及锚索受横向力较大等条件下[4]。

当挡土墙位于陡坡路堤附近时，若其发生失稳现象，则大概率是受边坡滑移所致，另外也可能是频繁受重载交通影响导致。由此，挡土墙加固施工中，要求对滑坡问题进行修缮，否则将难以取得长效，且挡土墙随着时间推进也会更容易再次失稳破坏。

本文基于我国西南地区某高速公路的地灾治理案例，根据其既有的滑坡路段挡土墙，提出了一种新型的加固设计方法，即在挡土墙下方增设人工挖孔桩作为抗滑桩，对路基的深层滑动问题进行彻底控制，同时使抗滑桩超出地面一定长度，用于对加固挡土墙进行支护，从而标本兼治，保证路基的稳定性。本文主要按照上述方案设计思路，阐述抗滑桩桩长的设计优化对策。

1 工程概况

1.1 工程地质及水文地质情况分析

据现场勘察发现，该路段未出现基岩露出现象，由钻孔资料揭露显示，该地带表层主要为人工填土结构，下方位置从上到下依次为粉质黏土、灰岩、岩石破碎以及节理裂隙发育。相关土层的主要物理力学特性见表1。

表1 地段内主要土层的物理力学指标

路段表层为人工填土，杂色，青灰，主要包括碎石与块石。块石主要呈现块柱状，直径在110mm以上，约占3/4；碎石直径50～60mm，大多为棱角状，成分多为灰岩，结构松散，约占1/4，可以作为挡土墙施工中填方使用。

粉质黏土呈黄褐色，湿后的黏性佳，切面较光顺，土质较均匀，同时包括少量的铁锰氧化物以及泥岩风化碎屑，87%采取率。

灰岩的颜色为浅灰黑色，中厚层构造，隐晶质，极发育有岩石节理裂隙，黄褐色氧化膜可见于节理面，岩体取芯多为6～8cm，较破碎，呈短柱及块柱状，其10～15cm柱状可见少量，岩石坚硬。采取率为75%。

根据现场调查可知，该段公路的地势相对周边环境较低，遭遇降水气候时，在此斜坡位置会有大量雨水存储。钻孔资料表面，该路段地下水位埋藏较深，可以达到12m左右。同时，此处滑坡为浅层滑坡，地下水不会对其造成太大的影响。此外，因地下水较多，能够直接渗透到土壤中，并于滑坡体内长期滞留，滑坡体内的土体等经受长期雨水浸泡出现软化情况，进而路基有滑动的情况发生。

1.2 路基破坏特点

所述路段路基出现严重下沉开裂，较多裂缝可见于路面，大多为弧形状，宽达1m，长至26m，沉降量约60cm，在裂缝周边1.5m范围内，路基出现了下沉的状态，下沉宽度为5.9m，由此，此路段只有半幅路基能够正常使用。

路基外侧位置挡土墙为4.2m高，0.8m宽，材料为浆砌片石挡墙，3条5cm宽斜向缝隙。

此处路基位置处于滑坡后缘处，民房区域存在的简易小挡墙（由当地居民所砌）也发生有倒塌状况。根据调查，民房外观上没有明显的裂缝，滑坡周界明晰，见图1。

图1 路段的滑坡周界示意

1.3 影响因素及破坏机理分析

对于滑坡的形成，往往是多因素共同作用所致，如地形地貌、地层岩性、人类活动以及水文地质等。经分析该路段的地质调查报告以及钻孔材料，可推断出该路基滑坡以及挡墙失稳的影响因素，其中主要包括下列原因：

1.3.1 该处为填方路基，填方中的块石与碎石较多，整体较为松散，强度不高。在修建路基工程时，碾压与强夯工作未到位，由此，下伏土体密实度无法达到施工的要求，且固结性较低。因地基较软，其强度就会受到影响。

1.3.2 由于该路段为市区通行方向的主干道，日常通行量较大，且大多为重载车辆，在路基自重以及外界动荷载影响下，边坡就会受到影响，当其压力超过浆砌片石最大强度时，就会导致出现安全隐患。

1.3.3 滑坡出现的根本原因在于此处降雨量较多，降雨后该斜坡地带由于标高较低将汇聚大量雨水，同时，因植被种类丰富，多数雨水会直接进入植物的根部为主，坡体的含水量就会急剧上升，导致地层容重与自重均极大增加，导致下滑力变大。另外，受滞留水体的长期浸泡后，滑动面上的土体的抗剪强度下降，这会直接影响其稳定性，导致滑坡发生率升高。

2 加固方案设计

2.1 路基整体稳定性分析

对于常规的陡坡路堤，其破坏形式主要有以下几种：一是基底为岩层或稳定山坡，在山坡坡度较大时，路堤沿着与山坡的交界面处发生整体滑动；二是路基沿着倾斜基岩面，连着山坡面覆盖层发生同步滑动；三是路基沿某一圆弧滑动面，连同下卧软弱土体发生整体滑动；四是路基沿着某一软弱岩层面，连同其下的岩层一起发生滑动。

对照上述滑动规律与现场地勘情况，借助计算机进行最危险滑面的搜索（安全系数≤1的路基破坏模式），发现其显示的最危险滑面不同于现场调查所发现的滑面，调查的滑面更加浅，原因是在上覆压力作用下，深部土层固结后的力学性能相比浅部土层更佳，而计算机搜索时的假定条件是土体为均一的匀质模型。另外，大气降雨对表层土的影响较深层土体更大，因此导致实际滑面位于更浅处。鉴于深处土体在受地下滞留水体的浸泡以及上层土体破坏发展的影响，其性能也将逐渐劣化，且在加固措施采取之后，更深层的滑动也有可能发生，因此该项目滑坡体加固设计计算的依据采取如图2所示的破坏模式。

图2 路基M-M’剖面的调查及潜在破坏模式（单位：m）

2.2 挡墙段局部稳定性分析

根据现场实际的地质调查可知，路基外侧的浆砌片石挡墙上发生了竖条斜向发展明显的裂缝，表明该挡墙段路基的局部失稳破坏现象已经产生，由此导致挡墙受到较大的土体主动土压力而产生裂纹。另外，现场考察认为原有挡墙的施工质量不佳，强度较为薄弱。从计算机搜索的路基挡墙段局部破坏模式可以看出，挡墙段的路基稳定性较差，需要采取支挡措施。本文验算了原有挡土墙的稳定性，并根据库仑土压力理论，得出挡墙所受的主动土压力值。

当地基土摩擦因数是0.5时，则地基土层水平向的滑移力总计达到156.157kN，而相应的抗滑力仅为163.481kN，由此可见，地基土层水平向的抗滑移安全系数约为1.047≤1.300，由此证明，滑移验算无法满足预计要求，路基稳定性较差，为了提升路基稳定性，则需要加固挡土墙。

2.3 抗滑桩加固方案策略

基于以上分析发现，路基发生滑面可能性较大，加之浅部的挡土墙局部稳定性较差，由此需要重点对其进行加固处理。因此，为了既消除深层滑面的潜在隐患，又有效加强挡墙稳定性，实现标本兼治，本文提出抗滑桩的设计治理方案，具体如图3所示。

图3 抗滑桩支挡加固设计方案（单位：m）

本文所设计的抗滑桩方案主要思路如下：通过在挡土墙的下方设置相应的人工挖孔桩作为抗滑桩，将其桩身嵌入弱风化灰岩作为嵌固段，保证桩体的抗剪强度，阻止路基深层滑动趋向。同时，将该抗滑桩的桩顶伸出地面一定长度，起到支护挡土墙的作用，控制挡土墙的破坏，避免其进一步失稳加剧[5]。

2.4 桩长优化设计

在抗滑桩设计方案设计中，采取将抗滑桩桩顶设计为与挡土墙顶部标高相平，从而起到支护挡土墙的作用的设计思路，较为保守。但由分析可知，主动土压力的合力作用点并不在挡土墙的顶部，而是位于挡土墙底部往上的2.08m位置，因而据此将抗滑桩的冠梁顶部标高设置到挡土墙底部朝上2.5m处位置即能实现有效支护，能控制挡土墙发生进一步的破坏失稳。在确定抗滑桩的顶部标高后，即能反算出抗滑桩的悬臂长度，由此可进一步根据相关计算确定抗滑桩的嵌固深度[6]。通过上述方法进行抗滑桩的设计，可减小所需的桩长，在优化桩长设计的同时，达到节省工程量与施工成本的目的。

3 结语

山区公路的挡土墙容易受到各种不利环境因素的影响而发生破坏失稳，其往往同时存在路基深层滑坡的不良迹象。本文基于实际案例分析，发现将人工挖孔桩放置在受损挡土墙下方位置，可以作为抗滑桩使用，此种设计方法能够借助抗滑桩稳固岩层，起到嵌固作用，减少因路基深层滑动带来的不良影响。同时，为了支护挡土墙，要求抗滑桩施工过程中，高出地面一定高度。通过分析优化其设计桩长，保证了挡土墙的有效支护，避免其进一步破坏，达到标本兼治的应用效果。本文通过对挡土墙所受主动土压力的合力作用点位置进行分析，继而确定抗滑桩桩顶标高的思路，可为业内同行提供一种新的抗滑桩桩长设计思路。