古滑坡體上的挖填方路基邊坡設(shè)計(jì)方案研究

吳 震

0 引 言

西南地區(qū)山高坡陡，地質(zhì)條件復(fù)雜，在該地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，應(yīng)該盡量避免出現(xiàn)超高邊坡和滑坡等情況[1]，但在實(shí)際工作中，由于種種原因，有時(shí)線路穿越滑坡也會(huì)成為難以繞避的困難，在這種情況下，如何做到既安全可靠，又投資節(jié)省，是擺在工程技術(shù)人員面前的一道難題。

本文以貴陽(yáng)市水東路烏當(dāng)區(qū)段 K8+200～+540古滑坡填方邊坡治理工程為背景，在古滑坡體上的挖填方邊坡治理的設(shè)計(jì)與施工方面做了些探討。

1 工程概況

貴陽(yáng)市水東路是城市一級(jí)次干道，路面寬度20 m，設(shè)計(jì)時(shí)速 40 km/h。因受地形、地質(zhì)條件限制，該道路K8+200～+540段不得不以填方邊坡高度為4~21m穿越一古滑坡體，填方邊坡坡腳外側(cè)為4.0×3.5m（寬×高）的截污溝，截污溝外即為南明河（如圖1所示），截污溝開挖邊坡和道路填筑所形成的最大邊坡高度超過(guò)24 m。在古滑坡體上開挖和填筑超高邊坡，將極有可能誘發(fā)古滑坡山體再次滑移[2]，故須對(duì)滑坡及填方邊坡進(jìn)行治理。

圖1 貴陽(yáng)市水東路K8+200～+540古滑坡平面地形全貌Fig.1 Topographic wap view of Wudang section K8+200～+540 of Guiyang Shidong road over the ancient landsliding mass

2 地形、地貌及地質(zhì)情況

場(chǎng)地為中山河谷岸坡地貌，植被發(fā)育，地勢(shì)總體北高南低，坡高 60～116 m，坡面向南，坡度一般 7～27°，最大達(dá) 47°。坡體上覆耕植土和粘土夾碎塊石，厚 0.5～4.8 m；下伏基巖為奧陶系中上統(tǒng)中厚層狀灰?guī)r，層間夾一層 5～10 cm厚的泥化軟弱層，其力學(xué)指標(biāo)為：粘聚力C=15.0 kPa，內(nèi)摩擦角Φ=20°。灰?guī)r巖層傾向南偏東167°，傾角32.8°，巖層傾向與斜坡傾向一致，構(gòu)成順向坡，坡體上的表層松散巖土層沿基巖面或巖層層間的泥化軟弱層滑動(dòng)而形成滑坡，滑坡前緣為南明河邊，后緣在斜坡中部，滑動(dòng)體厚度5～6 m，滑坡體體積8 000～10 000 m3。

由于巖層傾角與坡度角相當(dāng)，加之在該滑坡體上長(zhǎng)期未進(jìn)行不利于滑坡穩(wěn)定的人類活動(dòng)，故該古滑坡已趨穩(wěn)定。但若對(duì)該古滑坡進(jìn)行人工開挖邊坡或填筑加載等破壞滑坡體穩(wěn)定的人類活動(dòng)，則極有可能引起新的滑動(dòng)[2]。

3 道路平、剖面調(diào)整及方案比選

貴陽(yáng)市水東路繞避 K8+200~K8+540段古滑坡的選線方案，由于徹底避開該古滑坡須兩次跨越南明河，所增加的跨河大橋造價(jià)比治理該古滑坡的費(fèi)用高出數(shù)倍，所以，選線方案不得選擇不穿越古滑坡體。但穿越古滑坡體的設(shè)計(jì)方案將面臨兩方面的困難：（1）若將線路縱坡往上抬，則道路外側(cè)會(huì)出現(xiàn)更大的填方邊坡；（2）若將線路縱坡往下調(diào)，則道路內(nèi)側(cè)會(huì)出現(xiàn)更大的挖方邊坡?？傊瑹o(wú)論如何穿越該古滑坡體的道路左右兩側(cè)，都將不可避免地出現(xiàn)高填方和深挖方邊坡。經(jīng)過(guò)一而再，再而三的方案比選和利弊權(quán)衡，貴陽(yáng)市水東路 K8+200~K8+540段道路最終選定以道路中心填方高 3～15 m的方案通過(guò)。該方案選定后的情況是：填方基底以下為傾角 32.80的順層滑坡，加之地面橫坡陡峻，道路路面寬度20 m，所以該段道路內(nèi)側(cè)出現(xiàn)3～11 m深的挖方邊坡，道路外側(cè)出現(xiàn)4～21 m的高填方邊坡，填方邊坡外側(cè)還有3.5 m高的截污溝開挖邊坡，截污溝外側(cè)有南明河河岸。

該段道路內(nèi)側(cè)邊坡（最大高度11 m）和外側(cè)填方邊坡（最大高度21 m）的不均衡選取，主要是因?yàn)閮?nèi)側(cè)的挖方邊坡所需要承擔(dān)來(lái)自邊坡以上古滑坡山體的下滑力[3]，其滑體的斷面長(zhǎng)度有100多米，下滑力非常大；相對(duì)來(lái)說(shuō)外側(cè)填方邊坡的下滑體僅為道路填方體[4]，滑體最大長(zhǎng)度不足30 m，其下滑力相對(duì)較小，故選取左右兩側(cè)填挖方邊坡高度不一致，能使整體設(shè)計(jì)更合理，投資更省。

由于地形縱坡起伏較大，支擋設(shè)計(jì)難度較高，故填方邊坡下部設(shè)樁板墻的方案、在道路外側(cè)路肩處設(shè)錨索樁板墻與樁基托梁路肩擋土墻相結(jié)合的方案、以及半路半橋方案等多個(gè)方案進(jìn)行比較。經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較錨索樁板墻與樁基托梁路肩擋土墻相結(jié)合的方案最終勝出，該方案不僅在滑坡治理和邊坡支檔方面，具有技術(shù)上安全可靠、結(jié)構(gòu)上美觀大方、施工上方便快捷的優(yōu)點(diǎn)，而且該方案還比其它幾個(gè)方案中的最低造價(jià)少者省270多萬(wàn)元。

4 滑坡穩(wěn)定分析及評(píng)價(jià)

在古滑坡體上增加填方路基后，滑坡體的穩(wěn)定性及安全系數(shù)對(duì)支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案起著決定性的作用，所以，必須首先對(duì)古滑坡體進(jìn)行穩(wěn)定性分析和評(píng)價(jià)[5]。

4.1 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算

滑坡穩(wěn)定性計(jì)算采用《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG——2004）中的 7.2.2-1、7.2.2-2公式進(jìn)行計(jì)算，即：

Ti= FsWisinαi+ΨiTi-1-Wicosαitanφi-CiLi

Ψi= cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi) tanφi

當(dāng)Ti<0時(shí)，應(yīng)取Ti=0。

式中：Ti，Ti-1——第i和i-1滑塊剩余下滑力（kN/m）；

Fs——穩(wěn)定系數(shù)；

Wi——第i滑塊的自重力（kN/m）；

αi-1，αi——第 i和 i-1 滑塊對(duì)應(yīng)滑面的傾角（0）；

φi——第i滑塊滑面內(nèi)摩擦角（0）；

Ci——第i滑塊滑面巖土粘聚力（kN/m）；

Li——第i滑塊滑面長(zhǎng)度（m）；

Ψi——傳遞系數(shù)。

當(dāng)滑坡體最后一條塊的剩余下滑力小于或等于0時(shí)，滑坡穩(wěn)定；大于0時(shí)，滑坡不穩(wěn)定。此時(shí)Ti值可作為設(shè)計(jì)支擋工程結(jié)構(gòu)所承受的推力[4]。

4.2 代表性斷剖面檢算

4.2.1 滑坡主軸代表性剖面（見圖2）

圖2 滑坡主軸代表性剖面Fig.2 Section along the landsliding main axis

滑坡主軸代表性剖面位于K8+360處（即11剖面），故選取該剖面進(jìn)行檢算。

4.2.2 計(jì)算參數(shù)選取

粘土夾碎塊石：

γ = 21 kN/m3C = 20 kPa Φ = 250

中風(fēng)化灰?guī)r：

γ = 25.6 kN/m3

泥灰?guī)r軟弱結(jié)構(gòu)面（層面）：C=15 kPa，Φ= 20°(考慮到巖體結(jié)構(gòu)面浸水軟化情況、及時(shí)間效應(yīng))，根據(jù)《貴州建筑巖土工程技術(shù)規(guī)范》[6]，C、Φ按0.8折減，設(shè)計(jì)取值：C=12 kPa，Φ= 16°。

4.3 計(jì)算結(jié)果及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)K8+200～K8+540段邊坡特征及巖層結(jié)構(gòu)面分析，根據(jù)有關(guān)參數(shù)選取6個(gè)代表性剖面按折線滑面計(jì)算古滑坡修建道路前（即加載前）的穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果最小者為0.977，最大者為1.184，說(shuō)明各剖面處于臨界平衡狀態(tài)，小于規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)1.3，滑坡屬于不穩(wěn)定狀態(tài)[6]。

5 填方邊坡治理方案

貴陽(yáng)市水東路 K8+200～+303和 K8+457～+540兩段道路外側(cè)填方邊坡高度雖然均在10 m以內(nèi)，但其擋墻基底位于古滑坡上，故在此兩段采用樁基托梁路肩擋土墻，樁基采用矩形樁，伸入順層滑坡面之下足夠的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度，樁基托梁路基橫斷面圖見圖3。

圖3 樁基托梁路基橫斷面示意Fig.3 Roadbed section supported by a protecting wall on a pile foundation

K8+303～+457段道路外側(cè)填方邊坡高度 11～21 m，邊坡外側(cè)緊臨截污溝和南明河，設(shè)計(jì)選用錨索樁板墻，在兩根抗滑樁之間搭（掛）擋土板，抗滑樁上增加錨索。每根樁上所布根數(shù)為 2～3根，間距2 m，錨索定位在樁頂以下7～11 m處，錨索下傾角為20O，抗滑樁的樁縱向間距為6 m和7 m兩種，樁身截面尺寸有 2×2.75 m，2×3 m，2×3.25 m三種尺寸。該方案不僅在滑坡治理和邊坡支檔方面，具有技術(shù)上安全可靠、結(jié)構(gòu)上美觀大方、施工上具方便快捷的優(yōu)點(diǎn)。

道路修建后，其穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果均為1.35，大于規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)1.3[4]。說(shuō)明道路修建后雖然增加了滑坡體的自重，但錨索樁板墻和樁基托梁擋土墻的設(shè)計(jì)，增加了抗滑力，滑坡體已處于穩(wěn)定狀態(tài),能夠滿足《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求。

6 樁基托梁擋土墻與錨索樁板墻的設(shè)計(jì)及施工要點(diǎn)

錨索樁板墻與樁基托梁路肩檔土墻方案的具體設(shè)計(jì)情況是：K8+200～+303和 K8+457～+540段道路外側(cè)填方邊坡高度 4～10 m，采用樁基托梁路肩擋土墻，K8+303～+457段道路外側(cè)填方邊坡高度11～21 m，且邊坡外側(cè)緊臨截污溝（截污溝下挖深度3.5 m）與南明河，所以，采用錨索板墻[6]。

（1）樁基托梁路肩擋土墻是專門用于處理填方擋墻基底承載力不足、基礎(chǔ)襟邊寬不夠的特殊支擋結(jié)構(gòu)。其上部擋墻即為一般衡重式或重力式路肩擋墻，只是其下部的樁基托梁為兩根抗滑樁上托舉一根鋼筋混凝土梁，擋墻基礎(chǔ)置于該鋼筋混凝土托梁之上，以替代不能滿足設(shè)計(jì)要求的自然條件下的擋墻基底[7]。該順層滑坡?lián)鯄椎刭|(zhì)條件均不能滿足設(shè)計(jì)要求，采用樁基托梁擋土墻，既有助于滑坡穩(wěn)定，又能滿足填方道路通過(guò)，還可以降低造價(jià)，可謂一舉三得。

（2）錨索樁板墻是在兩根抗滑樁之間搭（掛）擋土板，且在抗滑樁上增加錨索。貴陽(yáng)市水東路K8+303～+457段道路外側(cè)填方邊坡高度 11～21 m，且邊坡外側(cè)緊臨截污溝和南明河，所以選用錨索樁板墻，錨索定位、束數(shù)、根數(shù)、下傾角以及抗滑樁的樁間距和樁身截面尺寸都需根據(jù)計(jì)算確定，不過(guò)這里有一個(gè)對(duì)工期、造價(jià)、施工難度等進(jìn)行綜合考慮的問題。

（3）適當(dāng)減小樁身尺寸，增加錨索根數(shù)，以降低造價(jià)，方便施工，縮短工期。由于貴陽(yáng)市水東路K8+303～+457段道路緊臨南明河，抗滑樁樁井下挖大部分在南明河河水位以下，樁井內(nèi)涌水嚴(yán)重，下挖困難，考慮到這方面的因素，在設(shè)計(jì)時(shí)就適當(dāng)減小樁身尺寸，特別是減少樁長(zhǎng)，讓更多的抗滑力用錨索承擔(dān)[8]，所以，錨索就需要相應(yīng)增加一些。這樣既能做到結(jié)構(gòu)安全可靠，又能節(jié)省部分投資，還可使施工方便快捷、縮短工期。

（4）城市道路的邊坡支擋，不僅需要結(jié)構(gòu)安全可靠，也需要做到美觀大方。樁板墻的樁與板通常采用板在樁后擋土，這種結(jié)構(gòu)雖然安全可靠，但在兩樁之間有一個(gè)很大的凹槽，在視覺上很不美觀，特別作為城市道路是一大缺憾，為了解決這個(gè)問題，貴陽(yáng)市水東路K8+303～+457段樁板墻采用外掛式擋土板，只在樁上的兩板之間留下寬和深均僅0.5 m“伸縮縫”兼視覺美化豎條，這樣支擋結(jié)構(gòu)的視覺效果就大為改觀。

（5）抗滑樁的平面位置及高程控制

無(wú)論是樁基托梁還是錨索樁，其平面位置和高程控制均顯得至關(guān)重要。如果抗滑樁在施工放樣中出現(xiàn)差錯(cuò)，就會(huì)導(dǎo)致整樁報(bào)廢；至于樁頂高程的差錯(cuò)，若樁頂高程比設(shè)計(jì)高，則需將高出部分人工鑿除，若樁頂高程比設(shè)計(jì)低，則樁身會(huì)出現(xiàn)水平施工縫，質(zhì)量無(wú)法滿足設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致人為的工程質(zhì)量事故，這些都是抗滑樁施工中首先需要避免的。

（6）抗滑樁的截面尺寸與樁身長(zhǎng)度控制

抗滑樁的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度是根據(jù)相應(yīng)的地勘報(bào)告確定的，但這并不意味著它就是最終正確的。首先，抗滑樁的樁井開挖雖然也是按設(shè)計(jì)給出的尺寸進(jìn)行的，但施工中會(huì)存在一定的誤差，這種誤差允許有多少呢，在實(shí)際工作中雖然沒有一個(gè)定值，但有一個(gè)原則，即樁井截面尺寸只能比設(shè)計(jì)尺寸大，不能比設(shè)計(jì)尺寸小，這是其一；其二，樁井深度控制，雖然設(shè)計(jì)給定了一個(gè)長(zhǎng)度，但那是根據(jù)地勘報(bào)告中描述的地質(zhì)情況來(lái)確定的，而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際開挖出來(lái)的樁井地質(zhì)情況是否與之一致，就需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)樁來(lái)把握。如果現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收樁井的地質(zhì)情況與地勘報(bào)告描述的地質(zhì)情況相符，則問題就比較簡(jiǎn)單，按設(shè)計(jì)給定的樁長(zhǎng)即可；但如果現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收樁井的地質(zhì)情況與地勘報(bào)告描述的地質(zhì)情況不相符，則需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開挖揭示的實(shí)行地質(zhì)情況，對(duì)抗滑樁的樁長(zhǎng)和配筋量進(jìn)行必要的調(diào)整。

（7）樁頂位移監(jiān)測(cè)

樁頂位移監(jiān)測(cè)是在滑坡治理過(guò)程中經(jīng)常需要進(jìn)行的一項(xiàng)工作，特別是有些工期任務(wù)比較緊張的項(xiàng)目，施工中往往容易被人忽略[9]。但是，這個(gè)看似不起眼的忽略，可能會(huì)造成嚴(yán)重的后果。貴陽(yáng)市水東路K8+303～K8+457段錨索樁板墻施工就遇到這個(gè)問題。

當(dāng)施工進(jìn)行到工期與工序最關(guān)鍵而又矛盾沖突最突出的時(shí)候，一方面，工期迫在眉前，必須爭(zhēng)分奪秒；另一方面，施工工序正處在抗滑樁混凝土剛澆注完，錨索施工尚未開始，而路堤填方又已經(jīng)開始的關(guān)鍵時(shí)刻。按設(shè)計(jì)要求應(yīng)該在路堤填筑到一定高度后及時(shí)完成錨索施工。若路堤填筑到一定高度，錨索仍未能及時(shí)施加預(yù)應(yīng)力，則極易出現(xiàn)樁身外傾事故（樁頂位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明：未施加錨索預(yù)應(yīng)力之前，就進(jìn)行路堤填方的大量填筑，抗滑樁樁頂果然出現(xiàn)了較大的位移）。如果出現(xiàn)這類情況，就應(yīng)果斷停止路堤填筑，先行施作錨索工程。待錨索施加預(yù)應(yīng)力，樁頂位移已經(jīng)完全停止后，再及時(shí)進(jìn)行樁頂位移監(jiān)測(cè)中，循序漸進(jìn)地進(jìn)行路堤填筑施工[10]，避免出現(xiàn)樁頂位移超限、抗滑樁報(bào)廢的人為工程事故。

（8）治理效果

貴陽(yáng)市水東路 K8++200～+540段古滑坡體上的填方邊坡治理于 2009年竣工通車以來(lái)，至今已經(jīng)歷四年雨季考驗(yàn)，在結(jié)構(gòu)方面未發(fā)現(xiàn)任何開裂變形或位移超標(biāo)現(xiàn)象；在城市道路結(jié)構(gòu)環(huán)境美化方面，也因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)與環(huán)境和諧而顯得新穎自然和美觀大方；工程造價(jià)低廉，投資節(jié)省，施工簡(jiǎn)便，工期較短，提前方便市民出行，通車后運(yùn)行狀況良好，因而，受到有關(guān)各方的一致好評(píng)。

7 結(jié)束語(yǔ)

在研究中，我們發(fā)現(xiàn)樁基托梁擋土墻、錨索樁板墻是治理滑坡的有效措施。

在設(shè)計(jì)中，當(dāng)順層滑坡?lián)鯄椎刭|(zhì)條件不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，采用樁基托梁擋土墻，既有助于滑坡穩(wěn)定，又能滿足填方道路通過(guò)，還可以降低造價(jià)；而在邊坡高，下滑力大地段，采用錨索樁板墻，能有效地抵抗強(qiáng)大的下滑力，以保證結(jié)構(gòu)安全可靠；在樁井內(nèi)涌水嚴(yán)重，下挖困難地段，適當(dāng)減小樁身尺寸，增加錨索根數(shù)，可以降低造價(jià)，方便施工，縮短工期；在城市道路的邊坡支擋中，不僅需要做到結(jié)構(gòu)安全可靠，還需要做到與自然和諧、美觀大方。

在施工中，無(wú)論是樁基托梁還是錨索樁，其平面位置和高程控制都十分重要，如果出現(xiàn)差錯(cuò)，就會(huì)出現(xiàn)樁基報(bào)廢的人為工程事故；在樁井開挖中，其尺寸只能比設(shè)計(jì)尺寸大，不能比設(shè)計(jì)尺寸??；在現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)樁時(shí)，若地質(zhì)情況與地勘報(bào)告描述的地質(zhì)情況不相符時(shí)，需按實(shí)際地質(zhì)情況對(duì)抗滑樁的樁長(zhǎng)和配筋量進(jìn)行必要的調(diào)整；樁頂位移監(jiān)測(cè)是在滑坡治理過(guò)程中不能忽略一項(xiàng)工作。

貴陽(yáng)市水東路K8++200～+540段古滑坡體上的挖填方邊坡治理通車四年來(lái)的情況表明，采用樁基托梁擋土墻與錨索樁板墻結(jié)構(gòu)不僅安全可靠，而且與環(huán)境和諧、新穎自然、美觀大方，施工簡(jiǎn)便，工期較短，造價(jià)低廉，比其它幾個(gè)方案中的最低造價(jià)少者省270多萬(wàn)元。工程完成后的運(yùn)行狀況良好，因而，受到有關(guān)各方的一致好評(píng)。

[1] 李海光．新型支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工程實(shí)例[M]．北京：人民交通出版社，2004.

[2] 李安洪，周德培，馮 君，張繼春．順層巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析與支擋防護(hù)設(shè)計(jì)[M]．北京：人民交通出版社，2011．

[3] 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范（GB 50330-2002）[S]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

[4] 公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范（JTB D30-2004）[S]．北京：人民交通出版社，2004．

[5] 李光輝．武隆滑坡特征與穩(wěn)定性分析[J]．路基工程，2004，（4）．

[6] 貴州建筑巖土工程技術(shù)規(guī)范（DB22/46-2004）[S]．貴陽(yáng)：貴州省人民出版社，2004.

[7] 貴州建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（DB22/45-2004）[S]．貴陽(yáng)：貴州省人民出版社，2004．

[8] 建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)范（JGJ 120-99）[S]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999．

[9] 公路路基施工技術(shù)規(guī)范（JTB F10-2006）[S]．北京：人民交通出版社，2006．

[10] 夏元友，李 梅．邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法研究及發(fā)展趨勢(shì)[J]．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2002，21（7）：1087-10．