厦沙高速某滑坡治理方案的比选与优化

■陈阿凯

（福建省交通规划设计院，福州 350004）

1 工程概况

某边坡位于厦沙高速K3+840～K4+070段左侧，原设计为4级边坡，最高约32.3m，原设计主要防护型式：第一阶非预应力锚杆框架，第二阶预应力锚索框架，第三～四阶拱型骨架植草灌。在施工期间，正逢雨季，2016年3月受连续强降雨影响，该边坡第一、二阶坡面开裂，平台局部塌陷，坡顶沿截水沟处开裂、下错，如图1～2所示。

图1 平台局部塌陷

图2 截水沟开裂

2016年8月，因受连续强降雨的影响，在进行锚索试验墩施工时，发现坡顶有细微裂缝且持续发展，第四、第五阶坡面滑塌、平台开裂、坡顶出现沉降裂缝并下错，扩大发展为长约50～60m，纵深约20～30m，高约为25～30m的滑塌体（如图3所示）。滑塌后缘处错落明显，高约1.5～2.0m（如图4所示），坡面形成裂缝，在降雨作用下裂缝不断扩大，坡面及前部产生局部次级滑塌，使坡体有进一步向后缘及两侧发展的趋势，存在较大安全隐患。

图3 边坡失稳滑塌

图4 后缘下错

2 地质概况

据工程地质调绘及钻孔揭露，场地上覆残积土（Qel），下伏基岩为（J3n）凝灰熔岩及其风化层。岩土层工程地质特征自上而下分述如下：

（1）残积砂质粘性土（Qel5-23）:黄褐色，湿，可塑，原岩结构构造已经破坏，岩芯呈土状，手捏易散，遇水易软化崩解。

（2）全风化凝灰熔岩（J3n8-40）：黄褐色，原岩结构构造已经破坏，岩芯呈散体状构造，手捏易散，遇水易软化崩解。

（3）砂土状强风化凝灰熔岩（J3n8-41）：灰黄色，原岩已基本风化，岩芯呈砂土状，局部见风化岩核，手捏易散，泡水易软化。

（4）碎块状强风化凝灰熔岩（J3n8-42）：灰褐色，岩芯呈碎块状，块径3-5cm之间，节理风化裂隙发育，节理面有铁锰质渲染，属软岩。

（5）中风化凝灰熔岩（J3n8-43）：浅灰色、深灰色，熔结凝灰结构，块状构造，岩体大多较完整，节理、风化裂隙发育，岩芯呈柱状、块状，RQD值一般为60%～80%，坚硬岩。

据区域地质资料及现场测绘，场区未见断裂带发育，亦未见危害已建高速的活动性构造迹象。滑塌区场地覆盖层主要为第四系人工填土，残积砂质粘性土及基岩全风化层。

场区内发育地下水为残积土及基岩风化带中的孔隙裂隙水，主要赋存于残积土及强-中风化层中，透水性较差，富水程度相对较差。主要接受大气降水补给,水量受降雨影响大，山坡、山脚为迳流区，多沿坡向排泄。一般为无压潜水。此类水降雨后地下水垂直径流速度较大，对挖方边坡稳定性影响大。

自然地理条件与气候：原产区位于中亚热带季风气候区，气候温和，雨量充沛，四季分明，立体气候显著。年均气温19.5～21℃，年降水量1000～1800mm，无霜期为268天。区内4～11月为多雨季节。7～9月夏秋之交，常遭台风暴雨袭击。

3 高边坡滑坡成因分析

根据坡体监测资料、边坡地质补勘资料及现场地质调绘成果，对该高边坡发生滑坡的成因进行分析，边坡出现滑坡主要有以下几方面原因：

3.1 地质原因

坡体土层饱水增重极易软化，抗剪强度急剧降低，且上部土层有利于降雨入渗，持续强降雨使得风化土层极易饱水软化，强度急剧降低。表层残破积土层为高液限土，日晒易干裂，饱水易软化，裂纹、裂缝必为降雨时的下渗通道，未能起隔水作用。上部风化土层松散地质结构是边坡失稳的地质基础。

3.2 降雨影响

2016年8月份受持续强降雨，大量降雨入渗坡体，且无法及时排出，使上部松散风化层土体迅速饱水软化，土体自重增加，坡体不利荷载下滑力大大增加，同时土体抗剪强度降低，同时地下水的水动力作用和潜能作用增强，最后形成土体变形失稳。因此降雨是形成边坡滑塌的外因之一。

从现场施工过程和边坡失稳过程看，本路段由于残积土层和全-强风化凝灰熔岩层为弱含水层，受原有节理及表层微细卸荷裂纹影响，坡体抗冲刷能力弱，在连续强降雨作用下，坡面极易产生水冲沟，部分冲沟在强降雨反复作用下不断深切扩展，导致坡面出现小坍塌，当坡脚处小坍塌的范围、深度变大后，边坡的稳定性就明显下降，由于台风带来的持续强降雨的作用，本路段边坡出现多处坍塌，坡体稳定性进一步下降。

3.3 人类工程活动的影响

边坡开挖完成以后，破坏坡体原有的平衡条件，使坡体下方产生临空面，影响坡体稳定性。

4 边坡稳定性分析

4.1 滑动面的确定

根据边坡的深孔位移监测资料及补充勘察报告，结合坡体变形裂缝的实测资料，综合确定滑动面。

4.2 稳定性计算分析

（1）滑坡稳定分析时选取K3+920为典型断面。

（2）结合地勘报告试验指标，以滑坡体所处的稳定状态（安全系数1.0左右，如图5所示）反算坡体物理力学参数，各土层力学参数详见表1。

图5 加固前安全系数

图1 土层力学参数表

（3）根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2015），路堑边坡稳定安全系数Fs≥1.2进行加固处理。

5 治理方案设计

由于该边坡地质条件复杂，上覆残积砂质粘性土较厚，其下为凝灰熔岩风化层，地下水丰富。结合地质勘察资料以及现场踏勘情况，根据坡体变形情况，对该工点进行治理方案设计。

5.1 方案一：支挡工程+锚索抗滑桩

（1）对坡面进行适当修坡卸载

按8m一阶刷坡，刷方后边坡高为6级。第一阶坡率1∶1.0，第二～六级坡率 1∶1.25。

（2）支档工程

第一级坡脚设置C15片石砼A型半挡墙（高8m）。

（3）防护加固工程

第三阶平台K3+897～K3+957段增设11根锚索抗滑桩，锚索抗滑桩截面尺寸2×2.5m，桩间距6m，桩头设置3根锚索孔，锚索设计拉力700kN，桩间距6m，设计要求桩底进入中风化凝灰熔岩层不小于10.0m。

第二级边坡设置4孔8m×8m锚索框架，设计拉力700kN，锚索锚固段进入碎块状强风化凝灰熔岩层不小于12m。因坡体地质条件复杂，地下水丰富，坡体上部土体地质较差，坡面较松散，存在从桩头越顶的风险，考虑第四、五级边坡设置低吨位锚索框架，框架尺寸为4孔8m×8m（其中第四级框架锚索设计拉力550kN，第五级框架锚索设计拉力400kN），同时第四、五、六阶坡面设置小导管注浆支护，小导管钻孔孔径Φ90mm，Φ50mm无缝钢管，间距：1.5m×1.5m，L=9.0m。加固后安全系数为1.239，如图6所示。

图6 方案一加固后安全系数

（4）绿化及截排水工程

坡面以拱型骨架植草灌为主绿化防护,坡顶设置截水沟，第一、二、三阶坡脚打设排水平孔，第三阶坡面设置支撑渗沟，支撑渗沟宽2m，间距6m。

图7 方案一典型断面设计示意图

5.2 方案二：支挡工程+锚索框架

（1）对坡面进行适当刷坡卸载

按8m一阶刷坡，刷方后边坡高为6级。第一阶坡率1∶1.0，第二～六级坡率 1∶1.25。

（2）支档工程

第一级坡脚设置C15片石砼A型半挡墙（高8m）。

（3）防护加固工程

第二～三级边坡设置预应力锚索框架，框架尺寸为6孔8m×8m，设计拉力700kN，第四～五级边坡设置6孔8m×8m预应力锚索框架，其中第四级锚索设计拉力550kN，第五级锚索设计拉力400kN，同时第四、五、六阶坡面设置小导管注浆支护，小导管钻孔孔径Φ90mm，Φ50mm无缝钢管，间距：1.5m×1.5m，L=9.0m。加固后安全系数为1.230，如图8所示。

图8 方案二加固后安全系数

（4）绿化及截排水工程

坡面以拱型骨架植草灌为主绿化防护,坡顶设置截水沟，第一、二、三阶坡脚打设排水平孔，第三阶坡面设置支撑渗沟，支撑渗沟宽2m，间距6m。

6 方案比选与优化

6.1 方案一

优点：锚固工程量较少，主要依靠抗滑桩进行支挡，加固效果有保证。

缺点：造价高，抗滑桩施工周期较长，人工挖桩过程风险较高。

6.2 方案二

优点：造价较低，施工周期较短。

缺点：锚固工程量大，边坡地质复杂，夹杂大量风化岩核，地下水丰富，锚索施工难度较大。

7 方案比选与优化

通过两个方案比选，初始我们是考虑选择方案二的，一方面是由于造价因素，另一方面是考虑施工安全性。但根据深孔位移监测情况，发现第四～六级边坡存在浅层变形迹象且该滑坡体可能存在多道滑动面，若贸然进行锚索施工，并不能有效快速地抑制坡体上部的变形，为此，我们对方案一进行了优化。将原2×2.5m的方桩改成直径Φ2200mm的机械成孔桩，提高工期的同时也确保了施工的安全性，同时桩身顶部4m伸出第三阶坡面平台做成2.2m×2.2m弯头方桩，沿着坡面施做，桩间设置护脚挡墙，桩顶优化成一排预应力锚索，有效抑制了坡体上部的变形。在施工期间，施工单位严格按设计方案进行了施工，顺利完成了该高边坡滑坡的工程治理 （如图10所示）。

图9 方案二典型断面设计示意图

图10 优化后方案一典型断面设计示意图

8 结语

目前，厦沙高速已通车运营，从该边坡的治理效果看，治理非常成功。坡体绿化与自然想融合，怡然绿色公路的点缀。通过该工点的设计，在进行高边坡的工程治理设计时，很有必要进行方案的比选。应积极收集监测资料，及时发现问题，动态设计，同时在方案的比选的过程中能有更好的设计思路，让我们的设计方案安全、经济、合理。

[1]JTG D30-2015，公路路基设计规范[S].

[2]GB50330-2013，建筑边坡工程技术规范[S].

[3]CECS22:2005，岩土锚杆（索）技术规程[S].

[4]GB50086-2015，岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范[S].

[5]JTG C20-2011，公路工程地质勘察规范[S].