深路堑高边坡处治方案设计

李凤岭

（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

某高速公路采用双向四车道高速公路标准建设，设计速度80 km/h，路基宽度25.5 m。滑坡位于K5+430—K5+670段右侧深挖路堑边坡处。该段边坡开挖初始出现过局部坍塌，并对病害位置进行了清理卸载，成型后为一处深58.5 m的7级路堑边坡。边坡采用折线形式，分级高度为8 m，坡率均按1∶1开挖。第1级及第5级平台宽8 m；第2级、第4级及第6级平台宽2 m。经初期边坡卸载后，碎落台加宽至9.5 m，第3级平台为8～24 m的渐变宽度。路堑边坡开挖成型后较长时间处于稳定状态，但经过春融期与降雨期，坡体发生滑动，滑坡后缘出现裂缝及错台，错台最大高度50 cm，前缘边沟壁出现挤压裂缝，路基顶面未见隆起。

2 滑坡特征及规模

2.1 滑坡成因

图1 处治路段路线总体图

滑坡体位于黄土丘陵沟壑区，微地貌为黄土梁、冲沟、陡坎，坡体上部覆盖大孔隙，垂直节理发育的第四系中、上更新统（Q2、Q3）稍密黄土，下部为第三系上新统静乐组（N2j）褐红色可塑-硬塑状粉质黏土，局部夹钙质结核（层），坡脚为挖方路基。项目所在区域经历春融期与降雨期后，坡体含水量增加，由于坡体上部黄土层与下部黏土层渗透系数不同，黏土层具有一定的隔水作用，水流由上至下渗透过程中受阻，在土层分界面附近形成不稳定孔隙潜水，局部土体浸水后呈现软-可塑状，形成软弱面，抗滑力下降，致使坡体失稳，形成滑坡。

图2 地质勘查典型断面图

2.2 滑坡特征

该滑坡属于黄土滑坡，处于滑动变形阶段，形成了后缘张拉裂缝及坡面剪切裂缝，滑体前缘剪出口位于坡脚处，坡脚处可见渗水现象。滑坡总体呈马蹄形，滑体厚度5～26 m，滑动主轴方向约190°，平均长度85 m，平均宽度160 m，体积约24.7万m3，属中型滑坡。

滑动带岩土体特征表现为：

a）滑面处土层颜色较暗或明显与周边土层颜色有差异；b）滑面处土体含水量明显较其他部位高，多呈软-可塑状；c）取样试验后，滑面处土层剪切数据偏低，工程性质差，抗剪强度低。

2.3 滑塌推力计算

对滑坡体进行地质勘探取样试验得出滑动带物理力学指标。

表1 滑带土物理力学性质指标统计表

根据试验数据结合坡体滑动情况，首先对滑坡体进行力学参数反算，计算时取c=9.92 kPa，安全系数0.98，反算得出滑面处φ=12.66°,根据试验数据、现场实际情况及参数反算结果，该次设计中坡体下滑力计算参数取值如表2所示。

表2 滑面处主要计算参数

按上述参数采用传递系数法进行剩余下滑力计算[1]。

式中：Ti、Ti-1为第i和i-1滑块剩余下滑力，kN/m；Ks为稳定安全系数；Wi为第i滑块的自重力，kN/m；αi、αi-1为第i和第i-1滑块对应滑面的倾角，（°）；φi为第i滑块滑面内摩擦角，（°）；ci为第i滑块滑面岩土黏聚力，kN/m2；Li为第i滑块滑面长度，m；ψi为传递系数。

原状坡体在不经过任何处治措施的情况下，经计算坡体剩余下滑力为3 696 kN。

3 滑坡处治方案设计

该段滑坡剩余下滑力较大，不利于抗滑支挡工程的设计，如仅采用抗滑设施进行坡体加固，应考虑在坡体内布设多排抗滑桩。该方案不仅施工难度大而且工程造价较高，结合现场情况，此边坡开挖成型后坡口位置已经接近自然坡体顶部，坡体周边无重要建筑物，干扰因素较小，具有较好的坡体卸载条件，故该次处治采用局部卸载+抗滑桩加固的设计思路。

3.1 边坡卸载

图3 卸载典型断面图（单位：cm）

根据滑动面的位置、坡体裂缝情况及卸载后剩余下滑力的大小，该次设计中利用加宽边坡二级平台实现对滑坡上部土体进行卸载。为减小卸载工程量，在保证安全的前提下将卸载后的上部边坡坡率由原来的1∶1调整为1∶0.75，仅在边坡开口位置处维持1∶1开挖方案，具体卸载方案如表3。

表3 卸载方案表

3.2 抗滑桩

3.2.1 高位抗滑桩方案

图4 高位抗滑桩典型断面图（单位：cm）

边坡开挖已经成型，路基顶面未见隆起，坡脚处仅有长约50 m边沟有剪切裂缝，一级边坡及路基部位保存完整。在保证边坡形态，且对路基其他工程影响较小的情况下，拟在边坡一级平台处设置一排全埋式抗滑桩，并分别对圆桩及方桩方案进行比选设计。边坡上部土体进行卸载后，计算设桩处剩余下滑力为520 kN，按该下滑力分别对圆桩及方桩两种桩型进行桩身验算及桩位布置，具体设计方案如下：

a）圆桩 桩身直径为2.5 m，桩中心距4.0～5.0 m，布桩34根，总桩长为914 m。

b）方桩 矩形断面1.8 m×2.5 m，桩中心距4.0～5.0 m，布桩34根，总桩长为914 m。

3.2.2 低位抗滑桩方案

图5 低位抗滑桩典型断面图（单位：cm）

该段边坡进行前期滑塌处治时，采用了碎落台加宽的卸载方案，边坡成型后，碎落台宽度增加为9.5 m，边坡坡脚处滑动面埋深较浅，土体下滑角度小，所以碎落台处具有较好的抗滑桩布设条件。在确保不侵占路基建筑限界，不影响行车安全的情况下，拟在距坡脚4 m的碎落台处设置一排悬臂式抗滑桩，悬臂端高出地面6 m，桩后采用反压回填处治。在坡体进行上部卸载和坡脚反压的情况下，桩体需承受的剩余下滑力为425 kN，按该下滑力分别对圆桩及方桩两种桩型进行桩身验算及桩位布置，具体设计方案如下：

a）圆桩桩身直径为2.0 m，桩中心距4.0 m，布桩42根，总桩长为1 008 m。

b）方桩矩形断面1.5×2.0 m，桩中心距4.5 m，布桩38根，总桩长为912 m。

3.3 方案比选

上述4种处治方案的工程规模比较情况如表4所示。

表4 工程规模比较表

经比较可知同一位置圆形抗滑桩方案比方形抗滑桩方案更经济，而且方形桩多为人工开挖成孔，桩体成型需配合护壁、锁口等防护措施，工序复杂，施工进度慢，施工过程中安全隐患较大，所以该次设计中在满足安全需求的前提下，相同位置布设抗滑桩首先考虑圆形断面形式。

高位抗滑桩桩位处滑面埋置深度较深，且设桩位置刚刚进入滑体阻滑段，桩体需抵抗的剩余下滑力略大，导致桩身断面尺寸、桩体配筋量及单桩桩长都有所增加。桩体施工需利用一级路堑边坡平台，该处平台顶宽仅有8 m，大型机械施工空间受限，施工组织存在一定困难。采用低位抗滑桩方案在碎落台处设桩，可以利用路基顶面作为施工场地，施工空间充足。低位抗滑桩位于滑体下部阻滑段，滑面位置较浅，还可利用桩后区域对坡体进行回填反压以减小坡体剩余下滑力，与高位桩相比，低位圆桩直径减小为2.0 m，单桩最大长度缩短为24.0 m。虽然低位桩布设长度略长，抗滑桩根数有所增加，但由于断面及单根桩长的优化，工程处治费用并没有增大。低位圆形抗滑桩方案在保证工程安全的前提下既可以减小工程造价又能便于施工组织的开展，故该次处治方案最终确定为上部坡体卸载+低位圆形抗滑桩+桩后回填反压方案。

3.4 防排水设计

a）边坡坡脚处设置矩形边沟，边沟尺寸60 cm×60 cm，各级挖方平台处均设置30 cm×30 cm的矩形平台截水沟，其中由于二级平台卸载后宽度加大，为保证坡面及平台汇水能快速排出，分别在二级平台内外两侧设置两排平台截水沟。

b）在抗滑桩桩体后部及回填土底部设置相互连通的50 cm碎石排水层。

c）分别在边坡坡脚处及边沟下方设置大断面碎石盲沟，坡脚处盲沟尺寸为100 cm×200 cm，边沟下盲沟尺寸采用60 cm×1 400 cm矩形断面。

d）为减小地表水渗入坡体，在坡度较缓的回填反压区顶部及因卸载施工宽度增加的二级平台采用50 cm厚6%灰土进行隔水封闭处治，对坡体周边存在的局部裂缝进行灰土回填。

图6 抗滑桩细部设计图（单位：cm）

4 结语

本文以工程实例为依托，对高速公路深路堑高边坡滑坡处治方案的设计思路进行了阐述，通过对多种方案的比选论证，最终确定了切实可行、经济合理的处治措施，取得了良好的坡体加固效果，对今后类似滑坡工程的治理具有一定的参考借鉴意义。