多级路堑高边坡滑坡综合治理方案探讨

■杨 勃

（南平延顺高速公路有限责任公司，南平 353204）

福建南平属丘陵地带，公路建设中常存在高挖低填，大填大挖，形成较多的高陡边坡，边坡的稳定性成为影响高速公路建设和保障公路正常通行的重要因素之一[1]。 边坡失稳破坏是一种公路常见的地质灾害，会导致道路堵塞，甚至引发交通事故[2-3]。本研究以海西高速公路网南平至顺昌高速公路A5合同段顺昌互通A 匝道AK0+550～AK0+677.247 及CK0+000～CK0+050 段右侧多级路堑滑坡治理为例，通过分析路堑边坡工程地质条件，调研滑坡病害发展过程，对滑坡成因进行分析，在此基础上提出滑坡治理方案，通过边坡稳定性分析和加固后边坡变形监测，论证处置效果的有效性，为公路边坡处治技术提供参考。

1 路堑边坡工程地质条件

南平至顺昌高速公路A5 合同段顺昌互通A匝道AK0+550～AK0+677.247 及CK0+000～CK0+050 段右侧边坡原设计为四级边坡， 第一级设计坡率为1∶1.0，采用路堑CS 混合纤维植灌防护；第二级设计坡率为1∶1.25，采用路堑CS 混合纤维植灌防护；第三级设计坡率为1∶1.25，采用路堑拱型骨架喷草防护；第四级设计坡率为1∶1.25，采用路堑机械液压客土喷草防护。 边坡地处剥蚀丘陵地貌，沟谷多呈“U”形，标高为160～280 m，丘陵与河谷相对高差100～120 m，谷坡坡度20°～25°，场地属山坡地，线路纵向地形起伏较大， 横向坡面由右向左倾斜，横向坡度15°～20°。

根据工程地质调绘及勘察成果，场地上覆土层为第四系坡积层、残积层，下伏基岩为麻源群石英片岩。 岩层产状330°∠40°， 各岩土层工程特征如下：（1）坡积粉质粘土：灰色，灰黄色，可塑～硬塑，稍湿，成分以粉粘粒为主，石英颗粒含量10%～20%，局部碎石含量5%～15%，干强度中等，韧性中等～差，表层夹根系。（2）残积砂质粘性土：褐黄色，可塑～硬塑，稍湿，原岩为石英片岩，除石英外矿物风化呈土，大于2 mm 石英颗粒含量约10%，干强度中等，韧性中等，具有遇水软化、崩解特点。 （3）全风化石英片岩：灰黄色，砂土状，除石英外其余矿物均风化呈土，砾粒含量10%～15%，岩芯手搓即散，遇水软化崩解，局部风化不均可见少量碎块。 （4）砂土状强风化石英片岩：灰黄色，散体状，除石英外其余矿物大多风化呈土，砾粒含量15%～20%，岩芯手搓即散，遇水软化崩解。 （5）碎块状强风化石英片岩：浅灰色，变晶结构，片状构造，岩石风化强烈，岩芯破碎，岩芯呈碎块状，块径2～4 cm，岩质较软，锤击易碎。（6）中风化石英片岩：灰白色，青灰色，变晶结构，片状构造，岩石较新鲜，岩质坚硬，岩体较完整，岩体节理裂隙较发育，岩芯多短柱～柱状，节长5～25 cm，锤击声脆，不易击碎。 RQD=35%～60%。

2 滑坡病害发展过程及成因分析

2.1 滑坡病害发展过程

该边坡地质情况复杂，由于未进行专项地质勘察，前期地质勘察成果存在局限性，原边坡支护设计方案偏弱。 此外，边坡开挖、支护施工期间持续强降雨，导致南平至顺昌高速公路A5 合同段顺昌互通A 匝道AK0+550～AK0+677.247 及CK0+000～CK0+050 段右侧多级路堑在施工过程中出现阶段性的滑坡病害。 2014 年11 月24 日，路堑边坡开挖至一级边坡时，受连续降雨影响，一、二阶边坡坡面局部溜塌，二阶、三阶边坡坡面及坡顶出现了多道裂缝， 裂缝宽度约3～10 mm， 边坡后山裂缝长约20 m，宽约25 cm，见图1（a)和图1（b)。

图1 边坡病害

为避免病害进一步发展，对一阶和二阶增设预应力锚索框架，并增加泄水孔排水。 但2015 年3 月进入雨季，受连续强降雨影响，锚固工程施工进度较为缓慢，随雨量增多，坡体变形进一步加剧，2015年4 月至5 月该边坡出现局部坍塌，裂缝范围加大，路基隆起（图2）。

图2 路基床隆起

2015 年5 月25 日起，根据坡体变形情况，在一级边坡脚（路床）进行回填反压，减缓变形；同时加快二阶坡面锚索框架施工进度并及时对已施工框架锚索进行预张拉，做好临时排水措施，防止坡脚积水。 但由于持续强降雨，坡脚反压工作进展缓慢，坡体变形进一步加剧。2015 年6 月13 日，路基隆起范围进一步加大，坡顶多处见张拉、下错裂缝（图3），最大高度约2.5 m，部分裂缝已贯通，第一阶部分已施作的框架梁损坏，部分锚索垫板破坏，边坡对侧水沟出现挤压破坏，局部隆起高度约20 cm，坡脚水量丰富（图4）。

图3 裂缝下错图

图4 坡脚地下水出露

2.2 滑坡成因分

2.2.1 地质原因

边坡主体为坡积土、残积土及风化岩，边坡地质条件较差，坡体风化深度大，从上到下分别为第四系松散坡积层、可塑状残积粘性土层、全～强风化层，厚度较大，此类地层遇水易软化、崩解，呈软～塑状，此类地层接受地表降雨补给能力强，持水能力强。 碎块状强风化层较厚，该地层连通性好，渗透性大，地下水很发育。 以上土体渗透性较好，降雨时雨水会直接渗入坡体，水位迅速抬升，造成坡体自重增加，全强风化岩遇水软化，土体的粘聚力及内摩擦角等力学指标降低，坡体稳定性降低。

2.2.2 降雨影响

工程场地位于福建省北部南平市延平区顺昌县，属内属亚热带季风气候，受季风影响，温和潮湿、雨量充沛，年平均降雨量1 833.4 mm，最多2 455.9 mm。 施工期间，2014 年11 月、2015 年3 月至6 月持续降雨，一方面加大边坡上部坡积粉质粘土及石英片岩残积砂质粘性土重力， 增加下滑力，另一方面地下水位的上升起到软化作用，使其力学强度明显降低，从而诱发工程病害。

2.2.3 人工活动影响

公路路堑边坡开挖形成高差达23～30 m 临空面，失去了自然坡体的前缘支撑，边坡总体抗滑力减低，开挖破坏了山体原有平衡状态，此外开挖施工对土体扰动大， 同时开挖后边坡暴露时间较长，且受降雨影响，使得坡体稳定性进一步降低。

3 滑坡综合治理

3.1 治理方案

结合钻孔揭示的地质情况和施工期坡体变形情况，在总结施工期已实施滑坡治理措施的基础上，提出采用“坡脚反压+锚固工程原位加固+抗滑桩支挡”的处理方案，滑坡治理典型断面见图5。 具体方案如下：（1）第一阶采用加厚护面墙+锚索框架，第二阶采用预应力锚索框架。 （2）第一阶平台设置预应力锚索抗滑桩，桩头设置3 根预应力锚索，抗滑桩露出第一阶平台2 m，平台以下部分采用圆桩，桩径2 m，平台以上采用方桩，桩身采用C30 砼浇筑，桩间距4～6 m。 （3）为了确保锚索抗滑桩顶与坡体之间的连接密贴和桩间填土稳定，在桩顶与坡体之间采用C15 混凝土进行回填，抗滑桩间增设C15 混凝土护脚，形成与桩顶齐平的平台，施工应确保美观。 （4）考虑该滑坡施工过程中已产生较大位移，已施工完成的锚索预应力损失较大，将新做框架与原设计锚索位置错位布置，并将已施工锚索作为边坡支护安全储备考虑，采用锚墩构造。 （5）考虑已施工的一级边坡部分框架由于滑坡体位移较大已倾入路线范围，且锚索预应力损失较大，锚索框架严重损坏，将一级边坡小里程方向4 榀锚索框架酌情利用，剩余框架梁进行凿除并调整为加厚护面墙。 （6）第一、二阶设置排水平孔，长20～30 m，间距4 m，可以根据现场情况适当调整间距及打设长度，但应确保出水率不小于50%。（7）为改善边坡的排水系统，在坡口线外增设树枝状截水沟。

图5 AK0+620 滑坡治理断面图

3.2 稳定性分析

利用Geoslope 软件对边坡的稳定性进行验算。该软件具有强大的土质边坡稳定性分析功能，能针对复杂的土层和滑坡面形状及多种孔隙水压力状况建立2D 计算模型，且可以考虑土体裂缝和坡体堆载等因素，成为了全国许多大型工程边坡分析软件的首选[4-5]。 分别建立边坡加固前、后计算模型，结合稳定性计算结果，对设计方案进行调整和优化。 AK0+620 断面土层参数和计算模型见图6， 计算中采用的最危险滑动面系通过将现场滑裂面情况和钻探获取的边坡实际滑动位置进行拟合后确定。

图6 AK0+620 断面稳定性分析

AK0+620 断面加固前后边坡稳定性计算结果表明，加固前正常工况下边坡稳定性系数为0.924，不满足稳定性要求。 加固后正常工况下边坡稳定性系数为1.204，不利工况1 对应的稳定性系数为1.114，满足JTG D30-2015《公路路基设计规范》要求。 稳定性计算结果表明，本路堑边坡采用“坡脚反压+锚固工程原位加固+抗滑桩支挡” 的处置方案可以满足要求。

4 边坡稳定监测

为掌握顺昌互通AK0+550～AK0+677.247 及CK0+000～CK0+050 段右侧多级边坡实际变形情况，共布置18 个监测点（图7），长期监测加固后边坡的深层水平位移。

图7 监测点平面布置

边坡处置施工完毕至2017 年1 月， 边坡总体处于稳定状态。 其中2016 年3 月到至5 月，该地区出现强降雨，边坡深部出现一定程度的滑移变形迹象，中前部累计位移较大，具体见表1 和图8，但总体稳定。 延平高速于2015 年12 月26 日建成通车，迄今已运营将近7 年，期间该边坡未再出现失稳现象，表明综合处置是成功的。

表1 各监测孔位移和变形情况

图8 ZK17# 处深度—位移曲线

5 结语

（1）边坡开挖减少了坡体抗滑力，对原有土层造成扰动，这是滑坡产生的主要原因。 降雨导致地下水下渗，边坡重力增大，滑坡面力学强度降低，进而引发边坡失稳，这是滑坡的诱因。 （2）本项目采用“坡脚反压+锚固工程原位加固+抗滑桩支挡” 的方案进行综合治理， 稳定性计算和变形监测结果表明，该方案处置效果良好。 （3）边坡滑坡治理应严格实行动态化设计和管理，根据开挖揭示的地质条件和边坡变形情况，及时调整治理方案，避免大规模地质灾害的发生。