太凤高速自救车道滑坡稳定性分析及处治措施

何 军

(陕西省交通规划设计研究院有限公司，陕西 西安 710000)

0 引言

高速公路是交通系统的重要组成部分，在我国交通运输中发挥着重要的作用。而路基是公路建设的基础，其稳定性是直接影响公路的建设与运行，路基稳定性不足，如路基沉陷、滑坡等会严重影响高速公路的建造成本，造成交通事故，影响行车的安全性与舒适性[1]。因此，对高速公路进行路基边坡稳定性分析并提出相关处治措施具有重要意义。

相关学者对路基边坡稳定性分析及滑坡处治措施进行了相关研究。王思铎[2]研究了某公路高边坡滑坡，以地质资料为基础，通过对高边坡滑坡的破坏特征进行分析，进行边坡潜在滑动面稳定性计算，并根据计算结果提出了预应力锚索框架梁等针对性处治措施。赵瑛等[3]基于层次分析法和德尔菲法进行滑坡的稳定性评价，并构建了滑坡稳定性评价体系，为滑坡的防治提供了理论指导。段全江等[4]通过分析宜宾某高速填方段路基滑坡的成因，并进行了边坡稳定性计算，得出滑坡产生的具体原因，并根据实际灾害情况推荐了针对性处置措施。黄纲领等[5]以某高速滑坡治理和边坡预加固工程为例，以分析工程地质条件、滑坡破坏过程为基础，对滑坡诱发机制及失稳机理进行了详细分析，并基于理正岩土数值分析软件计算分析了进行预加固处理措施后边坡的整体稳定性，最后对其进行变形监测，验证了治理方案的有效性。

因此，边坡稳定性对保证公路建设与运营安全具有重要意义，基于此，本文以太凤高速K0+000～K0+400段自救车道处滑坡为研究对象，对其成因及形成机制进行分析，并提出合理的处治措施和施工建议，为后续该类滑坡的处治提供相关参考。

1 滑坡概况及工程地质特征

1.1 滑坡概况

太凤高速K0+000～K0+400段自救车道位于王家山特大桥与山都岭大桥之间路基上，长度400 m，其中K0+000～K0+190路线纵坡为-2.3%，K0+190～K0+400路线纵坡为10%；车道总宽度采用12 m，路侧边坡原设计最大坡高14 m，坡率采用1∶1.0，坡脚采用2 m脚墙进行防护，上部采用植草防护。

由于连续降雨作用，自救车道路侧边坡及边坡顶部古滑坡前缘不断滑塌，并带动坡体后壁岩体滑动，导致古滑坡开始复活。根据工程地质调绘及施工开挖情况，太凤高速K14+100自救车道右侧坡体受唐藏—商南区域断裂带(F12)影响，节理裂隙发育，且形成顺向坡，容易发生滑塌；该段坡体边坡中～下段为强风化千糜岩顺向坡，表层覆盖古滑坡早期滑动形成的滑坡堆积体，厚度5 m～10 m，在自救车道路基施工过程中，新近堆积的滑坡体已被完全清理。边坡上段为古滑坡体，滑坡堆积物为块石土，厚度约10 m～16 m，该滑坡形成时间较早，形成后被坡积粉质黏土覆盖，自然状态下基本稳定，自救车道实施后受持续降雨影响该古滑坡复活，滑坡前缘再次发生滑塌，并牵引强风化千糜岩边坡顺坡面滑落，导致边坡持续滑塌破坏。滑坡全貌及中部坡脚滑塌堆积体如图1所示。

1.2 滑坡工程地质特征

1)滑坡周界。古滑坡后缘被第四系坡积粉质黏土覆盖，界限模糊不清；在开挖边坡上古滑坡形成的块石土堆积体与下伏基岩界限清楚，完成的3个钻孔均揭穿了古滑体的底面，查明古滑体厚度10 m～16 m。

2)滑体特征。古滑坡呈圈椅状，后缘周界被坡积粉质黏土覆盖，中前部沿坡面滑动，堆积在边坡坡脚形成新滑坡；滑坡中后部残留在边坡上部，滑体物质主要为母岩为千糜岩的碎块石，滑体厚度10 m～16 m，在新滑坡后壁上段可见较明显的古滑坡滑面。

3)滑坡地表及地下水情况。该滑坡所处的坡体内平时无地表水，雨季时有暂时性面流。其中坡体两侧的冲沟和滑坡体前部的支沟为该区域主要的汇水、排水通道。地勘钻探未发现稳定的地下水层位。

2 滑坡成因及稳定性评价

2.1 滑坡成因分析

根据野外调查，太凤高速K14+100自救车道右侧边坡为岩质边坡，基岩受区域断层影响，节理裂隙发育，岩体破碎，在边坡上部存在一古滑坡；自救车道施工过程中，受持续降雨影响，古滑坡复活，前缘沿坡面发生滑塌，牵引下部顺层岩体滑动，在边坡下部形成新的滑坡堆积体；古滑坡由于前缘滑动，滑体受力情况发生变化，有继续滑动破坏的可能。

边坡坡体中的地下水主要来源于大气降水，坡顶较大的汇水面积在大气降水下渗，遇土石界面受阻后，向边坡坡面排泄。持续降雨导致地下水不断累积，土体含水量增加，同时受到顶面两处汇凹槽形成的地表径流冲刷，坡体出现滑动并牵引上部土层下落，形成滑塌。

2.2 滑坡稳定性分析

2.2.1 滑坡稳定性定性分析

古滑坡为岩质滑坡，滑体物质以碎块石为主，顶部覆盖有新近堆积的粉质黏土，表明滑坡形成后长期处于基本稳定状态；该段自然坡面陡立，受区域断裂影响和持续降雨诱发古滑坡前缘滑塌形成新滑坡，滑坡中、后部残留于坡体之上，滑坡坡面未发现进一步的裂缝及滑塌；坡体后壁上段可见古滑坡滑面，残留古滑体前部裸露，且不断滑塌或落石，根据现场情况判断古滑坡目前处于临界稳定状态，古滑坡体前缘随时有滑动破坏可能。

首先根据试验统计结果，得出黏聚力(c)、摩擦角(φi)取值，再结合定性分析结果(临界稳定状态)对滑坡进行反算，求出滑带土内摩擦角(φi)值，最后结合地区经验给出建议值，考虑天然状态和暴雨状态两种工况对参数进行选取，详见表1。

表1 古滑坡计算参数选取表

采用传递系数法[6-7]对滑坡进行推力计算，考虑暴雨和天然两种工况对取单位宽度的主滑方向断面，对滑坡体进行分条，假定每一分块为一刚体，即不考虑块体内部的变形与应力，建立块体间平衡方程，计算模型如图2所示，断面条分计算参数表如表2,表3所示。以Wi定义为每条块的重力，则Ni为自重的法向分量，Ti为切向分量，计算如下式：

Ni=Wi·cosαi

(1)

Ti=Wi·sinαi

(2)

将前条块下滑力当作抗滑力，第i条块滑面方向的抗滑阻力Ps表按下式计算：

Ps=Pi-Pi-1·cos(αi-1-αi)+[Ni-Pi-1·
sin(αi-1-αi)]tanφi+ciLi

(3)

Qi=Nitanφi-Pi-1·sin(αi-αi-1)tanφi+ciLi

(4)

δi=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanφi

(5)

稳定性系数为:

(6)

剩余下滑力为:

Pi=Pi-1δ+FsTi-Qi

(7)

其中，Ni为第i块重力沿垂直方向的分量;Ti为切向分量;αi为滑面水平倾角;φi为内摩擦角;ci为黏聚力;Li为条块滑面长度;δi为传递系数。

按照天然状况、滑体饱水状况两种状态,按照式(3)～式(7)分别验算古滑坡滑面稳定系数,计算结果见表4。

表2 K0+228断面条分计算参数表

表3 K0+258断面条分计算参数表

表4 古滑坡稳定性及剩余下滑力计算结果

根据计算分析,太凤高速K14+100自救车道路基右侧边坡顶部古滑坡在天然状态下稳定系数为1.28～1.379,满足1.25的安全系数;暴雨状态下,稳定系数1.127～1.147,在1.20的安全系数下,剩余下滑推力147 kN/m～148 kN/m。天然状态下,滑坡处于稳定状态;但在暴雨工况下,滑坡处于欠稳定状态,不满足安全储备要求,为保障地方道路及自救车道安全,需对边坡顶部的古滑坡采取必要的加固措施。

2.2.2 边坡整体稳定性评价

该边坡坡高约45 m,属于岩质高边坡,顶部存在一处欠稳定状态的古滑坡体。坡面倾向于岩体主要结构面倾向相近似,且边坡倾角大于岩层倾角,岩层在坡面上无支撑点,不利于坡面稳定;两组结构面的交线位于坡面影弧外侧,倾向近似边坡倾向;边坡岩体一断层影响带内的破碎风化千糜岩为主,受断层影响,岩质破碎,岩石及结构面强度均较低,不利于边坡稳定;目前位于边坡顶部的古滑坡体前缘偶有掉块现象,处于欠稳定状态;受边坡地形、上部地方路及电力设施影响,边坡综合坡率难以放缓,边坡稳定性差。

3 滑坡设计处治措施探究

由于边坡顶部古滑坡处于欠稳定状态,前缘不断发生小范围滑塌,为确保从其中部通过的通村地方路安全,需对古滑坡及下部边坡采取措施进行综合治理;受地形、坡体上部地方路及供电设施限制,进一步刷坡卸载滑坡实施困难。故对古滑坡采取注浆钢管加固坡体+挡土墙及锚杆护面墙防护边坡的方案,对其下部坡体(自救车道上边坡)采用支挡+边坡锚固的措施进行综合治理,确保自救车道、地方道路及供电设施安全。

1)于边坡上部地方道路外侧采用2排φ89 mm×6 mm注浆钢管对坡顶古滑坡及地方道路进行加固,采用梅花形布置,间距1.2 m,其中K0+206～K0+240段58根钢管长25 m,K0+200～K0+206，K0+240～K0+25两段27根钢管长20 m,钢管管身预留10 mm注浆孔,注浆孔梅花形交错布置,间距7.5 cm。

2)为防止边坡进一步破坏,对裸露破碎坡面采用SNS柔性防护网进行初步加固,网块规格采用4 m×4 m,柔性网采用φ16 mm锚杆锚固,锚杆长度3 m。一级边坡采用C15片石混凝土挡土墙进行防护,增强边坡整体及坡面稳定性;为防止边坡进一步破坏导致上部古滑坡复活,挡土墙断面尺寸采用2.0 m宽,挡土墙高度根据自救车道纵坡错台布置(采用4 m～9 m),墙顶采用统一标高。

3)在坡脚片石混凝土挡墙之上施作两级10 m锚杆混凝土窗孔式护面墙封闭坡面,在护面墙竖肋位置布置20 cm×45 cm钢筋笼,防止锚头位置发生剪切破坏,同时预留5 cm的锚拉孔,待锚杆施工完成后,锚头采用混凝土包封;为保证护面墙基础稳定,护面墙底部设置6 m长φ28 mm锚拉脚墙;K0+240～K0+260，K0+180～K0+206两侧覆盖层较薄路段,锚杆长度采用9 mφ28 mm锚杆,其余路段锚杆采用15 m长φ28 mm锚杆,实施过程中锚杆长度可根据实际情况进行调整,确保锚杆进入中风化岩体锚固长度不小于3 m。

滑坡设计处治措施布置图如图3所示。

4 滑坡处治方案施工要点

1)施工顺序。

滑坡治理工程在地方路路侧施作两排注浆钢管桩,确保古滑坡体整体稳定及地方道路安全;然后清除边坡坡脚不稳定滑塌堆积体,拆除滑坡治理范围内已实施的脚墙,做片石混凝土挡墙,对岩体裸露破碎坡面采用SNS柔性防护网加固,保障边坡整体稳定及下阶段坡面锚拉防护工程施工安全;最后在第一级片石混凝土挡墙之上施作锚拉坡面防护工程(护面墙),确保古滑坡下部岩土体安全稳定。具体顺序如下:a.做钢管桩;b.拆除脚墙;c.做片石混凝土挡墙;d.做SNS柔性防护网;e.做锚拉混凝土护面墙(完成一级护面墙后,待混凝土强度达到要求后做锚杆,完成后再向上施工下一级锚拉护面墙)。

2)注浆钢管。

a.双排注浆钢管应间隔施工,待一排注浆强度提高后,再施作另一排钢管。b.注浆孔应采用机械钻孔成孔,成孔后应立即放入注浆钢管并迅速完成注浆。c.注浆钢管采用φ89×6 mm热轧无缝钢管,底部设置锥头,钢管上环向每隔7.5 cm交错布设注浆孔,注浆孔直径10 mm。d.注浆工艺为自下而上的注浆方式,注浆浆液为1∶1水泥砂浆,水灰比(质量比)0.38～0.48,注浆压力0.8 MPa～2.0 MPa,实际数量以监理现场核实为准。e.钢管顶部应进入地面高程以下50 cm,并在钢管顶部设置止浆塞。顶部剩余50 cm在注浆施工完成后采用细石混凝土封孔,防止雨水顺注浆孔渗入滑体内部。

3)片石混凝土挡土墙工程。

a.施工应避开雨季,事先做好排水,以免坑槽积水危及墙基。b.挡土墙需间隔10 m跳槽施工,并注意观测边坡变形情况。c.挡土墙采用C15片石混凝土浇筑。d.根据地质条件每10 m墙长设置沉降缝,缝宽2 cm,缝内填塞沥青麻絮。e.墙基埋深应符合设计要求,墙基开挖后若发现地质情况不符时,应根据实际情况酌情调整。基坑超挖部分,采用与墙体同标号片石混凝土回填。

4)SNS柔性防护网。

a.对坡面防护区域内的危石进行清除或局部整平,放线测量确定锚杆孔位,并在每一孔位处凿一深度不小于锚杆外露环套长度的凹坑,一般口径20 cm,深20 cm。b.按设计深度钻凿锚杆孔并清孔,孔深应比设计锚杆长度长10 cm以上,孔径为φ50 mm。c.注浆为1∶1水泥砂浆,强度不低于M30,确保浆液饱满,再进行下一道工序前注浆体养护不少于3 d。d.安装纵横向支撑绳,张拉紧后两端各用2个～4个(支撑绳长度小于15 m时用3个,大于30 m时用4个,其间用3个)绳卡与锚杆外露环套固定连接。e.从上向下铺挂φ2.2 cm格栅网,格栅网间重叠宽度不小于5 cm,两张格栅网间的缝合(以及格栅网与支撑绳间)用14号镀锌铅丝按1 m间距进行扎结,有条件时该道工序在上道工序前完成。f.从上向下铺设钢绳网并缝合,缝合绳为φ8 mm钢绳,每张钢绳网均用一根长约31 m的缝合绳与四周支撑绳进行缝合并预张拉(≥3 kN),缝合绳两端各用两个绳卡与网绳进行固定联结。

5)锚拉护面墙。

a.护面墙采用C15混凝土浇筑,浇筑时在预定锚杆位置预留PVC管为单点锚杆施工保留空间。

b.每级锚杆工程应当在单级护面墙完成之后及时施作,待锚固工程整体强度满足要求后,再施作下一级锚拉护面墙。

c.护面墙后部局部岩体亏空部分采用同标号混凝土补齐。

d.锚杆工程施工工序为:钻孔→锚杆安装→注浆→张拉→包封裸露锚头。

e.锚杆设计采用全长锚固式水泥砂浆锚杆,长9 m,主筋采用HRB400级φ28 mm钢筋,锚杆孔径90 mm。

f.锚杆孔位测放力求准确,偏差不得超过±3 cm,钻孔与水平俯角25°,倾角允许偏差±2°,考虑沉渣的影响,为确保锚杆长度,实际钻孔深度大于设计长度0.4 m;成孔后用高压风(0.4 MPa)清孔。

g.成孔禁止带水钻进,以确保钻孔施工不致恶化边坡条件。

h.锚杆孔内灌注M30水泥砂浆,水灰比(质量比)0.38～0.45,灰砂比(质量比)1∶1,砂浆体强度不低于30 MPa,采用从孔底到孔口返浆式注浆,注浆压力不低于0.25 MPa。

滑坡经治理后,监测期未发生明显的位移移动,治理后边坡如图4所示。

5 结论

本文以太凤高速自救车道路基滑坡为研究对象,在滑坡工程地质条件及成因分析的基础上,进行了滑坡的稳定性评价,并提出针对性处治措施。主要结论如下:

1)详细分析了滑坡工程地质特征及成因,自救车道右侧边坡为岩质边坡,节理裂隙发育,岩体破碎,受持续降雨影响,古滑坡前缘沿坡面发生滑塌,牵引下部顺层岩体滑动,在边坡下部形成新的滑坡堆积体。

2)基于传递系数法对滑坡进行推力计算,评价了天然及暴雨两种工况下滑坡的稳定性,并进行了边坡的整体稳定性评价,天然状态下滑坡处于稳定状态,暴雨工况下滑坡处于欠稳定状态,需对其采取必要的加固措施。

3)提出了滑坡处治的针对性措施及处置方案施工要点,研究成果可为后续该类滑坡的处治提供相关参考。