某高速公路运营期病害路堑边坡稳定性分析及其处治

贾伟，汪 斌，朱杰兵，张兵，刘小红

（1.湖北交投鄂西高速公路建设管理有限公司，湖北 恩施 445000；2.长江水利委员会长江科学院，湖北 武汉 430010；3.中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430100）

1 引言

随着我国高速公路的蓬勃发展，截至2021年底，我国高速公路通车里程已达16.10 万公里。但随着全国各地高速公路的建设已过高潮期，继而转入高速公路运营和养护期。尤其山区高速公路运营10年以上的公路边坡病害问题逐渐凸显，严重威胁高速公路运营安全。

众所周知，高速公路边坡由于施工建设期由于刷坡或填方形成路基边坡，在后期运营期受到外部环境如降雨、冻融、干湿循环及锚固体的锈蚀等外部环境影响，边坡的稳定性也会呈现一个衰减的趋势。本文选取鄂西某高速公路运营期路堑边坡为案例分析，基于深部位移测斜监测资料辨识确定的滑动面进行了稳定性计算分析，研究成果为高速公路边坡处治方案的决策提供了依据。

2 路堑高边坡病害发展情况

工程场址地处鄂西山地，地貌属于构造剥蚀低山。边坡区出露地层为志留系下统龙马溪组（S1ln）页岩及炭质页岩。边坡整体呈缓倾逆向，岩体极破碎，强风化层开挖后呈散裂状，中风化层稍完整，揭露后为薄层片状，但开挖后遇水易软化，长期饱水状态下泥化。

该路堑边坡最大高度约50m，交工验收实际为六级边坡，一级高度8m，该边坡整体呈缓倾逆向～斜交坡，施工期边坡设计坡率较陡，除坡脚砌石挡墙1:0.5外，边坡坡率介于1:0.50～1:10；坡脚为4m 高片石混凝土挡墙设计。该高速公路于2014年12月底试运营直至2016年3月期间，该路堑边坡变形一直在继续，坡表出现纵、横向裂缝，坡脚挡墙及边沟严重挤压变形，路肩位置路面起拱等病害。试运营期间，针对该边坡变形开裂病害进行了第1 次处治：仅第4～第5 级刷坡处治，坡率变为1:1.0、1:1.5 和1:1.5 削坡减载，同时在挡墙墙体内施加了预应力锚索框架梁进行加固（图1）。

图1 运营期第1 次处治完成后边坡形貌

该高边坡中后缘采用“卸载+坡脚挡墙增加锚索框架梁”的处治并没有完全对边坡的变形进行有效的控制。整个边坡坡体岩体强度和完整性持续劣化，直到2019年5月，陆续出现了坡脚路面开裂、隆起，锚喷坡面开裂、脱空，路面局部开裂，中央隔离带隆起，砌石挡墙局部开裂等病害。

3 高边坡处治前后稳定性分析

3.1 变形体物理力学参数敏感性分析

为了给该边坡开展第2 次病害处治提供依据，监控咨询单位采用二维极限平衡方法对该病害高边坡的稳定性进行深入分析，同时验证设计加固方案的加固效果。根据变形体实际所处发展阶段开展了滑动面的抗剪强度参数进行反演并进行综合取值。根据该变边坡的坡体浅部及深部变形现状评价为欠稳定状态，Fs 取1.05，反演两个主潜在滑动面及斜坡坡体的抗剪强度参数进行反演，结果见表1所示。

表1 边坡稳定性计算潜在滑动面反演分析结果

采用表1中力学参数，对风化碎裂岩体当做松散碎石土边坡进行自动搜索滑动面稳定性计算分析（图2）所示，结果表明自动搜索的圆弧滑动面与实际地质勘察给出的浅层剪切带高度相似和重合，说明该边坡的破坏模式主要受岩体强度控制，岩体的层理和优势结构面对变形破坏形态影响有限。

图2 边坡自动搜索滑动带形态

3.2 计算结果及分析

采用上述计算模型和参数，结合极限平衡方法分别在正常工况和非正常工况下计算该边坡在以下3 种方案：①施工处治前边坡；②整个坡面按照1:2～1:2.5 的坡率削坡清方后边坡；③刷坡+微型桩重力挡墙处治后边坡的稳定性系数。其中正常工况为自重条件（天然状态），安全系数取1.25，非正常工况为自重+暴雨条件（饱和状态），稳定安全系数取1.15。在安全储备Fs=1 和Fs=1.25 安全储备的设计安全系数下计算得到的不同条块的剩余下滑力（表2）。

表2 边坡 3-3'断面处治前后深层稳定性计算结果

三种不同处治后边坡在正常工况和暴雨工况下的计算结果见表2，可以看出：

（1）按处治前坡面形态下的天然工况和暴雨工况下稳定性计算结果表明天然工况和暴雨工况下欠稳定（稳定性系数小于1.15），如图3所示；按照规范设防标准边进行剩余下滑力计算，主断面总剩余下滑力天然工况和暴雨工况下分别为588kN/m 和724kN/m。

图3 处治前边坡深层稳定性计算条块图

（2）按照设计坡率刷坡后（无支护），天然工况和暴雨工况下主断面稳定性系数分别为Fs=1.232、1.112，均处于基本稳定状态，暴雨工况下安全储备不够，需要工程设防。

（3）按照设计坡率刷坡后+微型桩挡墙支护后边坡，天然工况和暴雨工况下3-3'断面稳定性系数分别为Fs=1.502、1.322，均处于稳定状态（图4）。从而，验证了刷坡清方+微型桩挡墙处治后边坡稳定性大大增加。

图4 处治后边坡深层稳定性计算条块图

（4）按照以上三种不同处治方式下在暴雨工况下的条块间的法向滑坡推力计算结果对比（图5），当采用了刷坡清方+微型桩挡墙处治后，滑坡体前缘各条块间的推力大大降低。对比刷坡后有无钢轨桩两种处治方案下的条块间作用力，可以看出有刚性支撑后，坡体内的作用力转移到了后缘，从而减轻了前缘的作用力。

图5 病害边坡处治后条块间水平推力分布图

4 病害处治

根据设计单位与监控咨询单位成果报告，该边坡的处治方案：整个坡面按照1:2～1:2.5 的坡率削坡，坡脚紧邻边沟处设置重力式挡墙，病害最严重的一级边坡挡墙段185 米坡脚紧邻边沟处设置仰斜式钢轨抗滑C30 混凝土挡土墙，墙高8m，承台内设置3 排钢轨桩，钢轨选用P50 重型钢轨，桩长6.25m，三排桩间距垂直路线方向间距为1.2m，水平向间距0.9m，呈梅花形布置。

通过施工尾期及完工后2 个月的测斜孔不同埋深处的侧向变形与前次（前期）侧向变形对比可以看出侧向相对变化位移极小（相对上月变化量仅为0.87mm），说明处治后边坡岩土体基本收敛，深层坡体处于稳定状态。

5 小结

（1）要重视病害边坡的稳定性专项分析与第三方咨询工作。有必要开展边坡处治前后的边坡稳定性计算结果的对比分析，合理地给出滑坡下滑力设计计算与复核。

（2）运营期病害边坡的处治必须建立在边坡破坏机制的深入分析基础上，找出病害症结所在，一次根除完整、安全可行、经济合理处治方案。

（3）通过该边坡运营期的2 次处治过程中的监测监控与技术咨询服务工作，总结得失，认真梳理实施过程中经验和教训，具有重要的意义。