山區(qū)邊坡滑塌治理方案選擇及案例分析

李英俊，尹洪明

（1.中交第一公路工程局有限公司，北京 100024；2.中交一公局第四工程有限公司，廣西 南寧 530033）

0 引 言

滑坡是邊坡施工過(guò)程中常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害之一，主要由邊坡巖（土）體在重力作用下沿貫通的剪切破壞面發(fā)生滑動(dòng)破壞引起，目前國(guó)內(nèi)已積累了豐富的施工經(jīng)驗(yàn)和大量的滑坡治理方案，并取得了較好的效果。

李五紅在分析實(shí)體工程變形破壞機(jī)制的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)際特點(diǎn)，提出采用抗滑樁、獨(dú)立錨墩、掛網(wǎng)噴射混凝土、截排水工程、攔石網(wǎng)等手段對(duì)邊坡進(jìn)行防護(hù)和加固［1］；陳維龍等以SNS柔性防護(hù)技術(shù)在公路邊坡滑塌防護(hù)中的應(yīng)用為例，系統(tǒng)地介紹了SNS柔性防護(hù)系統(tǒng)的工作原理、特點(diǎn)和功能，并詳細(xì)介紹了施工順序［2］；付曉東等通過(guò)對(duì)高速公路路塹邊坡病害的分析，結(jié)合多年來(lái)高速公路的管理經(jīng)驗(yàn)，提出了解決高速公路路塹邊坡滑塌等病害的具體治理措施［3］；楊濃郁以武罐高速公路項(xiàng)目高邊坡滑塌為例，介紹在易發(fā)生滑坡、泥石流地區(qū)，高邊坡的處治方法及開(kāi)挖高邊坡應(yīng)注意的事項(xiàng)；袁從華等通過(guò)典型滑塌邊坡治理設(shè)計(jì)工程實(shí)例，分析了滑塌產(chǎn)生的原因，并對(duì)治理工程進(jìn)行了設(shè)計(jì)總結(jié)［4］；譚波等總結(jié)了山區(qū)公路邊坡崩塌的主要成因，并分析各個(gè)成因的力學(xué)原理，提出開(kāi)展邊坡穩(wěn)定防護(hù)的設(shè)計(jì)原則和方法［5］。

本文結(jié)合貴州省六威高速ZK68＋630～ZK68＋940段左側(cè)高邊坡滑塌處理的工程實(shí)例，對(duì)貴州山區(qū)滑坡治理方案的選擇進(jìn)行具體分析，綜合考慮施工、工期及造價(jià)等因素，選取合適的處治方案。

1 滑坡處理方法

滑坡治理應(yīng)綜合考慮其規(guī)模、類型、發(fā)生的原因、邊坡水文地質(zhì)條件、補(bǔ)勘、施工時(shí)間和方法等因素，采取卸載、反壓、排水、注漿、綠化等措施?；轮卫碇饕庸?、防護(hù)、排水3方面工程措施，單獨(dú)采取某個(gè)處治措施往往不太理想，多個(gè)工程措施組合會(huì)更加合理有效［6－9］。

1.1 常見(jiàn)的加固方法

1.1.1 抗滑樁

抗滑樁是穿過(guò)滑坡體深入于滑床的樁柱，通過(guò)樁身將上部承受的坡體推力傳給樁下部的側(cè)向土體或巖體，依靠樁下部的側(cè)向阻力來(lái)承擔(dān)邊坡的下推力，從而使邊坡保持平衡或穩(wěn)定，適用于淺層和中厚層的滑坡。對(duì)尚未穩(wěn)定的滑坡使用抗滑樁需要慎重，以免因樁基震動(dòng)而引起邊坡再次滑動(dòng)。

抗滑樁與一般樁基類似，但主要承擔(dān)水平荷載。其發(fā)展歷程從早期的木樁，到近代的鋼樁和目前在邊坡工程中常用的鋼筋混凝土樁，斷面型式有圓形和矩形，施工方法有打入、機(jī)械成孔和人工成孔等，結(jié)構(gòu)型式包括單樁、排樁、群樁，以及錨樁和預(yù)應(yīng)力錨索樁等［10－12］。

1.1.2 預(yù)應(yīng)力錨索框架梁

預(yù)應(yīng)力錨索由鉆孔穿過(guò)軟弱巖層或滑動(dòng)面，把一端錨固在堅(jiān)硬的巖層中（即內(nèi)錨頭），然后在另一個(gè)自由端（即外錨頭）進(jìn)行張拉，從而對(duì)巖層施加壓力，對(duì)不穩(wěn)定巖體進(jìn)行錨固。單獨(dú)使用時(shí)，預(yù)應(yīng)力錨索相對(duì)抗滑樁可顯著降低工程造價(jià)［13－14］。

預(yù)應(yīng)力錨索框架梁具有可有效控制邊坡病害產(chǎn)生的深層破壞、外形美觀、容易綠化、施工簡(jiǎn)便易行、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)低、可進(jìn)行邊坡動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。預(yù)應(yīng)力錨索適用于巖石邊坡或土體黏聚力較強(qiáng)的邊坡；對(duì)于土體較松散、黏聚力較小且正在活動(dòng)的土邊坡，容易引發(fā)土體蠕變，或使土體嚴(yán)重變形而損失錨索預(yù)應(yīng)力，因此并不適用。

1.1.3 預(yù)應(yīng)力錨索與抗滑樁組合

預(yù)應(yīng)力錨索與抗滑樁組合的抗滑防護(hù)結(jié)構(gòu)中，抗滑樁設(shè)置在平邊坡平臺(tái)并嵌入基巖，坡面整體抗滑效果好；預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)置在邊坡表面，錨索抗拉性能較好，便于坡面穩(wěn)定。為減少抗滑樁的埋置深度，可在抗滑樁頂部設(shè)置錨索。由于預(yù)應(yīng)力錨索與抗滑樁組合使用效果好，在邊坡滑塌治理過(guò)程應(yīng)用較多。

1.2 排水工程

排水工程主要包括地表排水和坡面排水2類，地表排水主要包括嵌頂截水溝和平臺(tái)截水溝，坡面排水主要包括坡面注漿、坡體深層排水等。排水工程是提高坡體強(qiáng)度、增強(qiáng)滑體自身抗滑能力的有效措施，一般在滑坡體外修環(huán)形截水溝，將地表水引出邊坡，減少雨水對(duì)滑坡體的沖刷；深層導(dǎo)水孔排水適用于地下水發(fā)育的深挖方路段，通過(guò)打孔將坡體水排出至坡面外，確保邊坡穩(wěn)定［15－17］。

1.3 削方減載與抗滑擋墻

削方減載的目的是通過(guò)放緩邊坡削減滑坡體的體積，減少滑坡體下滑力，使新坡面位于滑動(dòng)面以下，從而形成穩(wěn)定的坡面形態(tài)。采用抗滑擋土墻整治滑坡的優(yōu)點(diǎn)是：山體破壞少，穩(wěn)定滑坡收效快；尤其對(duì)于斜坡體因前緣崩塌而引起的大規(guī)?；?，抗滑擋土墻會(huì)起到良好的整治效果。在修建抗滑擋土墻時(shí)，應(yīng)盡量避免或減少對(duì)滑坡體前緣的開(kāi)挖，必要時(shí)可設(shè)置補(bǔ)償性抗滑擋土墻，在抗滑擋土墻與滑坡體前緣土坡之間填土。削方減載與抗滑擋墻是路塹式滑坡處治工程中應(yīng)首先考慮采用的手段。在有條件進(jìn)行削方減載的地方，應(yīng)充分加大削方減載的力度。削方減載與抗滑擋墻在地形條件許可的情況下是最經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定性系數(shù)提高最大的工程措施［18－20］。

2 實(shí)例分析

2.1 工程概況

貴州省六威高速ZK68＋630～ZK68＋940段左側(cè)高邊坡長(zhǎng)度為310m，該處地質(zhì)情況主要為：地表基巖基本全裸露，為全、強(qiáng)風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r，紫紅色，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖心破碎，質(zhì)軟，呈碎塊狀，采取率約80%；地下為中風(fēng)化熔結(jié)凝灰?guī)r，為紫紅色、灰綠色，巖石具熔結(jié)凝灰結(jié)構(gòu)，塊狀（假流紋）構(gòu)造，主要成分為玻屑、石英及長(zhǎng)石晶屑，巖心完整，多呈長(zhǎng)柱、短柱狀，節(jié)長(zhǎng)10～50cm，巖質(zhì)較軟，采取率約90%；底部為中風(fēng)化火山角礫巖，呈紫紅色、灰綠色，巖石具角礫狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，主要成分為火山質(zhì)碎屑、石英及火山灰、泥質(zhì)，巖心完整，多呈長(zhǎng)柱、短柱狀，節(jié)長(zhǎng)10～60cm，巖質(zhì)較軟，采取率約90%。巖層產(chǎn)狀324°∠16°，巖層走向與路線走向基本平行，左側(cè)挖方邊坡為順層邊坡，該段邊坡巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，邊坡開(kāi)挖后自然穩(wěn)定性較差，開(kāi)挖坡面易發(fā)生碎落。由于勘察期屬于旱季，鉆孔揭示本路段地下水不發(fā)育。該路段高邊坡如圖1所示。

原設(shè)計(jì)路基中心最大挖深為32.1m，最高邊坡高38.58m。第一級(jí)按1∶0.75放坡，第二、三級(jí)按1∶1放坡，第四級(jí)按1∶1.25放坡到頂，邊坡分級(jí)原則為10m一級(jí)，級(jí)間平臺(tái)寬2m，第一、二、三級(jí)坡面采用錨索框架植草防護(hù)，錨長(zhǎng)度為18～23m，第四級(jí)坡面采用拱形骨架植草護(hù)坡防護(hù)。該路段高邊坡設(shè)計(jì)橫斷面如圖2所示。

圖1 ZK68＋630～ZK68＋940段左側(cè)高邊坡

圖2 ZK68＋630～ZK68＋940段左側(cè)高邊坡設(shè)計(jì)橫斷面

2.2 邊坡滑塌過(guò)程及變更方案

貴州省威寧縣的氣候條件特殊，汛期長(zhǎng)且降雨持續(xù)發(fā)生，雨水大量滲入邊坡巖體，2016年夏季ZK68＋630～ZK68＋940邊坡第四級(jí)開(kāi)挖時(shí)發(fā)生局部坍塌。邊坡垮塌發(fā)生后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)踏勘后提出了初步處治方案：ZK68＋630～ZK68＋940段按1∶1.5坡率開(kāi)挖，采用窗式護(hù)面墻防護(hù)，在第一級(jí)中部增加6m高路塹擋墻（擋墻外露4m，基礎(chǔ)埋深2m），第二、三、四級(jí)邊坡坡率放緩至1∶1.25，采用錨索框架植草護(hù)坡防護(hù)，第五級(jí)按1∶1.5坡率放坡到頂，采用窗式護(hù)面墻防護(hù)。

根據(jù)邊坡坍塌情況，項(xiàng)目按1∶1.5坡率進(jìn)行了第五級(jí)邊坡開(kāi)挖，由于受持續(xù)降雨的影響，ZK68＋630～ZK68＋940邊坡在開(kāi)挖第四級(jí)邊坡中部時(shí)，再次發(fā)生滑塌，滑塌邊界延伸至紅線外近30m。

項(xiàng)目部根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況重新調(diào)整了邊坡處治方案，主要設(shè)計(jì)原則為：清除塌方加強(qiáng)坡面封水防護(hù)，防止水流滲入導(dǎo)致巖體軟化。具體防護(hù)方案為：ZK68＋630～ZK68＋660及ZK68＋915～ZK68＋940段按1∶2坡率開(kāi)挖，采用窗式護(hù)面墻防護(hù)；ZK68＋660～ZK68＋915段第一級(jí)增加7m高路塹擋土墻（擋墻外露5m，基礎(chǔ)埋深2m）；第二級(jí)到六級(jí)邊坡分別按1∶1.5、1∶2、1∶2、1∶2、1∶3坡率開(kāi)挖，采用窗式護(hù)面墻防護(hù)。

期間，威寧地區(qū)持續(xù)降雨，該邊坡第三級(jí)、第四級(jí)邊坡再次發(fā)生大面積滑塌，滑塌范圍延伸至紅線外120m，坡面情況如圖3所示。

圖3 滑坡面平面

補(bǔ)勘工作于2016年8～10月開(kāi)展，在勘察過(guò)程中，邊坡一直在變形，導(dǎo)致在其中2個(gè)鉆孔鉆探的過(guò)程中鉆機(jī)傾倒，最終只完成3個(gè)鉆孔。鉆孔巖心如圖4所示。

圖4 鉆孔巖心

補(bǔ)勘結(jié)果表明：該段邊坡位于斜坡路段，同時(shí)又處于凹坡地段，有利于坡面地表水的匯集；該區(qū)坡體表層主要由碎塊石土構(gòu)成，滲透性總體較好，有利于坡面地表水下滲，下伏強(qiáng)風(fēng)化凝灰?guī)r節(jié)理裂隙極發(fā)育，透水性好，中風(fēng)化凝灰?guī)r節(jié)理裂隙發(fā)育，在裂隙發(fā)育貫通帶，促使坡體底部碎裂凝灰?guī)r富集帶飽水軟化，導(dǎo)致其強(qiáng)度迅速降低，加速邊坡滑塌的形成與發(fā)展。根據(jù)勘察期間的觀察結(jié)果，坡體降雨期間有明顯的變形加劇趨勢(shì)，在連續(xù)降雨的影響下，坡體前緣又一次發(fā)生了局部滑塌，從實(shí)踐上證明了降雨是坡體變形滑動(dòng)的激發(fā)因素之一。工程地質(zhì)剖面如圖5所示。

圖5 工程地質(zhì)剖面

根據(jù)補(bǔ)勘結(jié)果對(duì)施工方案進(jìn)行了比選。針對(duì)2016年8月ZK68＋630～ZK68＋940段發(fā)生大面積滑塌，進(jìn)行了坡面穩(wěn)定性計(jì)算，確定了邊坡滑動(dòng)面，提出3種變更設(shè)計(jì)方案。

2.2.1 削方減載方案

沿潛在滑動(dòng)面進(jìn)行清方處理：第一級(jí)邊坡坡高8m，ZK68＋670～ZK68＋910段坡率1∶5，采用噴射混凝土護(hù)坡防護(hù)，該段碎落臺(tái)寬度為11.5m（加寬10m），ZK68＋630～ZK68＋670、ZK68＋910～ZK68＋940段坡率均為1∶1.5，采用錨桿掛網(wǎng)噴射混凝土護(hù)坡防護(hù)，錨桿長(zhǎng)6m，碎落臺(tái)寬1.5m；第二、三級(jí)邊坡按1∶3.5坡率順層面開(kāi)挖，坡高12m，采用錨桿掛網(wǎng)噴射混凝土護(hù)坡防護(hù)；第四級(jí)邊坡按1∶3.5坡率順層面開(kāi)挖至邊坡頂部（最大邊坡高度為22.7m），采用錨桿掛網(wǎng)噴射混凝土護(hù)坡防護(hù)，錨桿長(zhǎng)6m；平臺(tái)寬度為2m，采用C20噴射混凝土封水，厚度為5cm。如圖6、表1所示。

圖6 清方方案ZK68＋780典型橫斷面

表1 清方方案的邊坡穩(wěn)定性計(jì)算成果

由表1可知，采用清方方案處理后，邊坡的穩(wěn)定性滿足要求。

2.2.2 削方減載與抗滑樁組合方案

該方案減少開(kāi)挖土石方，采用抗滑樁進(jìn)行支擋防護(hù)：第一級(jí)至第五級(jí)邊坡分別按1∶1.5、1∶2、1∶2、1∶2、1∶3坡率開(kāi)挖，采用拱形骨架植草護(hù)坡防護(hù)，第二級(jí)邊坡平臺(tái)設(shè)置抗滑樁，樁長(zhǎng)20m，設(shè)置范圍為ZK68＋735～ZK68＋875，樁間距5m，共設(shè)置29根。邊坡高度原則上10m一級(jí)，平臺(tái)寬度自下而上分別為15、6、6、6m，采用C20噴射混凝土封水，厚度為5cm，如圖7、表2所示。

圖7 削方減載與抗滑樁組合方案ZK68＋780典型橫斷面

由表2可知，在第二級(jí)平臺(tái)設(shè)置抗滑樁后邊坡的穩(wěn)定性滿足要求。

表2 削方減載與抗滑樁組合方案的邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

2.2.3 削方減載與路塹抗滑擋墻組合方案

采用削方減載與路塹擋土墻組合方案進(jìn)行支擋防護(hù)：第一級(jí)邊坡坡高6m，其中ZK68＋680～ZK68＋910采用路塹墻防護(hù)，ZK68＋630～ZK68＋680、ZK68＋910～ZK68＋940段按1∶1.5坡率開(kāi)挖，采用錨桿掛網(wǎng)噴射混凝土護(hù)坡防護(hù)，錨桿長(zhǎng)6m，邊坡平臺(tái)寬15m，平臺(tái)采用C20噴射混凝土封水，厚度為5cm；第二級(jí)至第五級(jí)均按1∶3.5坡率順層面開(kāi)挖，采用錨桿掛網(wǎng)噴射混凝土防護(hù)，錨桿長(zhǎng)6m，邊坡原則上按10m一級(jí)，平臺(tái)寬度均為2m，采用C20噴射混凝土封水，厚度為5cm，如圖8、表3所示。

圖8 削方減載與路塹抗滑擋墻組合方案ZK68＋780典型橫斷面

表3 削方減載與路塹抗滑擋墻組合邊坡穩(wěn)定性計(jì)算成果

由表3可知，清方后，剩余下滑力為76.07kN，在坡腳設(shè)置路塹擋土墻后，邊坡的穩(wěn)定性滿足要求。

3 方案對(duì)比

3.1 技術(shù)對(duì)比

（1）清方方案。該方案采用卸載的方式對(duì)路基挖方邊坡滑動(dòng)面上方的土體進(jìn)行清方，清方后路基邊坡的穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。該方案施工難度低、進(jìn)度快，但廢方增加較多，路基挖方數(shù)量增加65.9萬(wàn)方，路線周邊選擇棄土場(chǎng)難度大。

（2）削方減載與抗滑樁組合方案。該方案主要為減少路基挖方及占地，對(duì)目前塌方土體進(jìn)行清理后，采用抗滑樁對(duì)潛在滑動(dòng)面上部的土體進(jìn)行支擋，處理后路基邊坡的穩(wěn)定性同樣滿足規(guī)范要求。該方案增加路基挖方27.8萬(wàn)方，但施工難度大、進(jìn)度慢、工期長(zhǎng)。

（3）削方減載與擋土墻組合方案。該方案保證了路基的穩(wěn)定性，施工難度居中，進(jìn)度也較快，增加路基挖方45.0萬(wàn)方。

3.2 經(jīng)濟(jì)對(duì)比

對(duì)3個(gè)方案分別進(jìn)行工程清單費(fèi)用統(tǒng)計(jì)，如表4～7所示。

表4 原設(shè)計(jì)邊坡處治工程清單費(fèi)用

表5 清方方案邊坡處治工程清單費(fèi)用

表6 削方減載與抗滑樁組合方案的邊坡處治工程清單費(fèi)用

表7 削方減載與路塹抗滑擋墻組合方案的邊坡處治工程清單費(fèi)用

綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、工期等因素，削方減載與路塹抗滑擋墻組合方案技術(shù)成熟、造價(jià)較低、施工工期較短，推薦在該路段段路基邊坡處理中采用。

4 結(jié) 語(yǔ)

在滑坡治理中最常用的是抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨索，但造價(jià)較高，需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。削方減載與填土反壓護(hù)坡腳是最經(jīng)濟(jì)、便捷的治理方法，但必須符合一定的地形條件才可進(jìn)行施工。

由此可見(jiàn)，每種方法都有其優(yōu)缺點(diǎn)，單一的措施無(wú)法滿足治理要求，而治理滑坡的理念就在于結(jié)合地形條件和各種外在因素進(jìn)行方法的綜合，以達(dá)到最佳的治理效果。本文實(shí)例中滑坡規(guī)模較大，經(jīng)專家認(rèn)真分析，最終采取了“削坡為主，局部支擋”的治理方案。

隨著科技的發(fā)展，越來(lái)越多的新型邊坡治理方法涌現(xiàn)而出，治理方案的選擇也朝著科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、便捷的方向發(fā)展。在解決邊坡安全問(wèn)題的同時(shí)，邊坡生態(tài)環(huán)境的治理已經(jīng)日益為人們所重視，有待進(jìn)一步研究發(fā)展。