G7212柳北高速公路某病害边坡成因及处治设计分析

摘要：文章以G7212柳北高速公路某路堑病害边坡为例，在研究该病害边坡工程地质条件的基础上，对病害边坡的成因和病害机理进行了分析，提出了采用棚架式结构的微型桩对边坡进行固脚支档，并对边坡后缘采用挖方卸载的处治措施，同时采用岩土工程GE05设计软件进一步验证了该病害边坡处治设计的合理性和安全可靠性，可为同类工程的处治提供借鉴经验。

关键词：病害边坡；棚架式结构微型桩；成因分析；处治设计；设计验证

U416.1+4A140452

0 引言

随着我国经济的快速发展，对交通需求也在急剧增长，而高速公路的修建里程也越来越多。高速公路边坡在日积月累过程中和恶劣天气等不利因素的影响下，边坡的病害问题日益突出，病害边坡问题逐渐演变为崩塌、滑坡等地质灾害问题，严重危及高速公路的通行和行车安全。本文以该G7212柳北高速公路某路堑病害边坡的处治为例，结合场地的工程地质条件，分析了病害边坡的成因和病害机理，提出了处治设计方案及建议，为高速公路同类型病害边坡的处治提供可借鉴的经验。

1 工程地质条件

1.1 地形地貌

该路堑病害边坡区属中低山～丘陵地貌区，地面高程为125～310 m，相对高差约为200 m。山坡地势较陡，坡度为20°～35°。山体坡面分布有残坡积覆盖层，山体上植被较发育，主要为杂树及松树、桉树经济林木等。

1.2 地层岩性

根据地质调查和钻探揭露，病害边坡区的地层主要是由残坡积（Qel+dl）覆盖层和泥盆系下统（D1）泥质粉砂岩组成，病害路段的地层岩性分述如下：

含碎石粉质黏土：棕黄色，棕红色，硬塑，约含15%～20%砂岩、粉砂岩风化碎石，棱角状，粒径多为5～50 mm之间，干强度高，韧性差。

强风化泥质粉砂岩：褐色、褐灰色，强风化，粉砂质结构，中厚层状构造，岩体风化强烈，节理、裂隙呈网状发育，裂隙面多被铁锰质浸染，岩体破碎～极破碎，岩芯多呈砂状、碎块状，综合判定岩体基本质量等级为Ⅴ级。

中风化泥质粉砂岩：灰色、褐灰色，中风化，粉砂质结构，中厚层状构造，节理、裂隙较发育～稍发育，浅部裂隙面多被铁锰质浸染，岩体较破碎～完整，岩芯多呈短柱状、碎块状，少部分呈长柱状，综合判定岩体基本质量等级为Ⅳ级。

1.3 地质构造

根据区域地质资料，病害路段位于广西山字型构造的前弧东南翼，路段附近的地质构造主要为莲花山背斜，轴向北东，为一长轴背斜。受褶皱构造挤压等构造影响，构造带及附近区域的岩体较破碎。测得岩层产状为271°/SW∠20°。

1.4 水文地质

根据勘察报告及现场调查的成果并结合相关规范综合确定病害区边坡体各岩土层物理力学性质参数如表1所示：

2 路堑病害边坡综合分析

2.1 路堑病害边坡成因分析

根据现状路堑病害边坡的变形破坏特征分析，病害边坡是受地质条件、人类工程活动以及大气降水等三方面的因素作用形成的。

2.1.1 地质环境条件

根据现场调查及工程地质勘察成果分析可知，病害边坡的地层主要是有上覆土层为含碎石粉质黏土，下覆岩层为泥质粉砂岩，上覆土层和下覆基岩的物理力学性质以及岩土层的透水性均存在较大的差别。因此，在雨水下渗浸泡影响下雨水极易在上覆土层中聚集，在岩土交界面处形成软弱滑动面，为路堑病害边坡的形成提供了有利地质环境条件。

2.1.2 人类活动

人类工程活动主要是深挖路堑边坡为边坡滑塌的形成提供非常不利的临空条件。路堑边坡开挖完成后改变了边坡原来的受力状态，产生了应力重分布；同时，开挖坡面亦改变了其地表水与地下水的渗透排泄路径。大气降雨直接下渗至岩土交界面处并沿岩土交界面向坡前排泄，使得岩土交界面处的岩土体有了充分软化的条件，进一步降低了岩土层的物理力学指标，为路堑病害边坡的形成提供了有利的动力条件。

2.1.3 气象水文因素是病害边坡形成的外动力

降雨对病害边坡的影响主要表现为：大气降雨沿上覆含碎石粉质黏土层直接下渗至岩土交界面处并沿岩土交界面向坡前排泄，使得岩土交界面处的岩土体有了充分软化的条件，进一步降低了岩土层的物理力学指标，打破了现状路堑边坡的平衡状态，使得边坡沿软化后的岩土交界面产生滑移变形。由此可见，气象因素对路堑病害边坡的形成起到加剧诱发的作用，是病害边坡形成的主要诱因之一。

综上所述，路堑病害边坡的形成主要是在地质因素、人类活动、气候条件等共同作用产生的，而强降雨等恶劣天气是加剧诱发病害边坡的主要外动力。

2.2 路堑病害边坡破坏机理分析

路堑病害边坡开挖后造成边坡前缘临空；而边坡体内的含碎石粉质黏土与泥质粉砂岩的物质成分和结构性质差异大，在大气降雨下渗影响下极易在岩土界面形成明显的软弱结构面；同时边坡的在大气降水反复交替入渗侵蚀作用下，使得坡体中残坡积层和泥质粉砂岩的结构面在水体反复干湿循环浸泡作用下进一步软化，降低了其力学强度，导致边坡失稳发生牵引式滑动破坏。路堑边坡破坏后在边坡后缘形成贯通的圈椅状拉张裂缝，同时后缘裂缝形成高度为1.7～2.6 m的错台，直接威胁到高速公路的通行安全。

3 处治设计及验算

3.1 处治设计方案

根据病害边坡的工程地质条件和变形破坏机理特征，病害边坡处治主要解决以下问题：（1）针对牵引式破坏机理的边坡可在滑坡前缘设置抗滑强支挡结构来提高滑坡的抗滑力；（2）在坡体后缘进行卸载以减少边坡的自身重量，以达到相对平衡的状态；（3）雨水下渗是致使边坡失稳的主要诱因，因此要解决该处边坡的地表水的疏导问题。具体设计方案如下（见图1）：

（1）在现状边坡一级坡顶位置设置抗滑支挡结构：采用多排棚架式结构的微型桩设计方案，利用多排微型桩组成棚架体系对潜在滑坡体前缘进行固脚支档，以提高边坡的抗滑力。

（2）在现状一级坡顶以外已滑动的区域的土体进行卸载，以减少滑坡后缘的下滑力［1］，并对卸载后的坡面进行12 m长锚杆+挂8的HPB300圆钢，喷射12 cm厚的C25混凝土对坡面进行锚杆+喷射混凝土支护［2］。

（3）在边坡周边设置截排水沟，完善边坡区域的排水系统，将坡面区域汇集的地表水及时排离坡面。

3.2 设计验算

本次设计采用岩土工程设计软件GEO5中的土质边坡稳定性分析模块，根据典型断面计算边坡各工况下的整体稳定性和卸载后的边坡越顶稳定性。计算模型如图2所示，计算结果如图3、图4和表2所示。其中多排棚架式结构微型桩验算采用GEO5抗滑桩设计模块对多排微型桩的各项内力进行验算。

根据上述验算结果，该病害边坡采用削坡卸载+多排棚架式结构的微型桩固脚+锚喷护面防护后，边坡整体稳定性和削坡卸载后边坡越顶稳定性均能满足《公路滑坡防治设计规范》（JTG/T 3334-2018）［3］表5.2.2安全系数正常工况≥1.20、非正常工况≥1.10的要求。多排棚架式微型桩的各项内力计算结果均满足规范要求［4］。

4 结语

本文以G7212柳北高速公路某路堑病害边坡处治工程为例，在研究了边坡的工程地质条件后，对病害边坡的成因和病害机理进行了分析，提出专项处治设计方案并进对设计方案进行了验算，得出以下结论：

（1）该路堑病害边坡属于牵引式滑动破坏，现状边坡已经产生滑塌破坏，并在边坡后缘形成贯通的圈椅状拉张裂缝，同时后缘裂缝形成高度为1.7～2.6 m的错台，直接威胁到高速公路的通行安全，需要及时处治。

（2）根据该病害边坡的工程地质条件和变形机理分析，采用多排棚架式结构的微型桩进行加固，同时对现状一级坡顶以上已滑动的区域的土体进行卸载，并结合坡面排水设计措施，将地表水尽快排出，最终达到处治的目的。

（3）设计验算采用岩土工程设计软件GEO5对边坡的整体稳定性和卸载后的边坡越顶稳定性以及多排棚架式结构微型桩的各项内力进行计算，均满足规范要求，设计方案合理可靠。

参考文献：

［1］DZ/T 0219-2006，滑坡防治工程设计与施工技术规范［S］.

［2］GB 50086-2015，岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范［S］.

［3］JTG/T 3334-2018，公路滑坡防治设计规范［S］.

［4］JGJ 94-2008，建筑桩基技术规范［S］.