公路滑坡成災機理及處治設計

閆靜哲

（山西路橋建設集團有限公司，山西 太原 030006）

1 工程概況

我國是一個地質(zhì)災害多發(fā)的國家，其中滑坡是我國山區(qū)最為常見的災種之一。近年來隨著我國山區(qū)公路通行里程和極端災害天氣的增加，致使公路滑坡地質(zhì)災害頻發(fā)，嚴重威脅到公路正常運營和過往人員的生命財產(chǎn)安全[1-3]。

G307線太原段為二級公路，位于太原市東山西緣，存在典型挖方路基。2018年9月，受前期強降雨影響，該段路基發(fā)生滑塌，造成G307一側(cè)車道無法正常通行，從而大幅降低了該段公路的通行效率并存在較大的安全隱患。

圖1 滑坡現(xiàn)場狀況

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

該場地位于太原市東山西緣，屬黃土丘陵區(qū)，構(gòu)造剝蝕中山斜坡地貌，地形起伏變化較大，地形坡度為10°～30°，以梁為主，梁峁并存，梁峁頂渾圓，溝谷呈“U”型，溝谷深切，地形破碎，為滑坡等地質(zhì)災害的形成提供了有利的地形地質(zhì)條件。受地震影響，東山西麓形成了數(shù)量眾多的地震滑坡，其大多為黃土-基巖滑坡，該類滑坡“復活”會對沿線公路安全運營構(gòu)成嚴重威脅[4-5]。

圖2 滑塌部位下緣的滑坡臺地

2.2 地層分布、巖性及特征

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)繪及工程地質(zhì)勘探揭示，場地內(nèi)大多以古近系、新近系紅色泥巖為基礎，第四系黃土及黃土類土沿古地形起伏覆蓋，厚度小于50 m，土質(zhì)疏松，剝蝕嚴重。按地層新舊順序，將勘探深度范圍內(nèi)自上而下劃分為3個工程地質(zhì)單元層。

2.2.1 第四系全新統(tǒng)地層

a）第四系全新統(tǒng)人工雜填土（Q4ml，1-1），雜色，0-0.3 m為混凝土，其下為雜填土，層厚1～2 m，平均厚度1.0 m，主要由原路基料渣等組成，均勻性差、力學性質(zhì)較差。

b）第四系全新統(tǒng)沖洪積地層黃土狀粉土（Q4al+pl，1-2），黃褐色，以粉土為主，結(jié)構(gòu)松散，呈稍濕、稍密狀態(tài)。層厚8.0～9.0 m，平均厚度8.4 m。

2.2.2 第四系上更新統(tǒng)地層

a）第四系上更新統(tǒng)風積層黃土質(zhì)粉質(zhì)黏土（Q3eol，2-1），黃褐色，可塑狀態(tài)，呈中等壓縮性，稍有光澤。層厚2.0～8.0 m，平均厚度6.0 m。

b）第四系上更新統(tǒng)沖洪積層粉質(zhì)黏土（Q3al+pl，2-2），黃褐夾青灰色，可塑狀態(tài)，含泥巖團塊，層厚1.0～8.0 m，平均厚度4.6 m。

2.2.3 第三系上新統(tǒng)地層

a）新近系上新統(tǒng)地層泥巖（Tdl，3-1），青灰色，泥質(zhì)膠結(jié)，層狀構(gòu)造，極軟巖，強風化，層厚0.2～7.0 m，平均厚度3.0 m。

b）新近系上新統(tǒng)地層泥巖（Tdl，3-2），青灰色，泥質(zhì)膠結(jié)，層狀構(gòu)造，極軟巖，巖芯多呈長柱狀，中風化，層厚2.0～11.0 m，平均厚度6.0 m。

2.3 水文地質(zhì)

勘察期間，該區(qū)域無地表河流及溪溝，地表水系主要為大氣降水，且降水以突發(fā)式局部區(qū)域降雨為主，雨量集中。

3 滑坡成災機理及穩(wěn)定性分析

3.1 滑坡成災機理

該滑坡段為挖方路基，路面寬度11.5 m，路基右側(cè)挖方邊坡高度8～12 m，左側(cè)為南傾的單面山坡，處于自然地形狀態(tài)，坡面存在一系列波浪狀的滑塌體，其排列的節(jié)律性很強，并有鼻狀凸丘，高差約60～80 m，坡上植被發(fā)育。從現(xiàn)場調(diào)研可以看出，該滑坡后緣位于路基中線部位，后壁呈圓弧狀，陡坎落差約為1.0 m，中部為凸起的緩平臺，前緣位于斜坡階地上，滑坡體周界較為清晰。

分析滑坡發(fā)生原因，該段路基處于一大型沖溝溝頭部位，匯水面積較大，同時該區(qū)域覆蓋厚度較大的沖填土地層，結(jié)構(gòu)松散，孔隙發(fā)育，有利于雨水下滲。根據(jù)現(xiàn)場勘查情況發(fā)現(xiàn)，部分鉆孔在8 m深度處出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，結(jié)合巖芯樣特性及室內(nèi)試驗結(jié)果分析可知，該深度處為粉土與粉質(zhì)黏土變層位置，土體基本處于飽和狀態(tài)，強度較小，存在明顯的滑動痕跡，因此將其判定為該滑坡的主滑面。此外，在粉質(zhì)黏土與泥巖地層接觸面嚴重風化破碎，基本呈泥狀，也可能存在滑動的風險，故也將其納入邊坡穩(wěn)定性計算范圍。

3.2 滑坡穩(wěn)定性分析

圖3 滑坡地質(zhì)剖面圖

通過建立邊坡模型進行穩(wěn)定性分析，模型材料參數(shù)由勘察資料及當?shù)毓こ探?jīng)驗確定，得出該邊坡在正常工況條件下的邊坡安全系數(shù)為0.921，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。同時針對粉質(zhì)黏土與泥巖接觸位置所構(gòu)成的潛在滑動面進行邊坡穩(wěn)定性計算，得到該段滑坡在正常工況條件下，邊坡安全系數(shù)為1.088，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。二者均不滿足《公路路基設計規(guī)范》（JTG D30—2015）對邊坡穩(wěn)定性的要求，需進行加固處理。

表1 計算模型參數(shù)選擇

圖4 邊坡穩(wěn)定性計算模型

4 滑坡推力計算及處治設計

4.1 滑坡推力計算

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研及勘察資料設定滑動面為圓弧形，每一級滑坡推力采用傳遞系數(shù)法進行計算。根據(jù)《公路路基設計規(guī)范》（JTG D30—2015）對邊坡穩(wěn)定性的技術(shù)要求，該路段在邊坡穩(wěn)定性設計中安全系數(shù)按高值進行計算，即正常工況下邊坡安全系數(shù)取1.25，非正常工況I下取1.15，地震重要性修正系數(shù)取1.3，得出各工況條件下滑坡剩余下滑力如表2所示[6]。

表2 滑坡剩余下滑力

4.2 滑坡處治設計

4.2.1 坡頂部分卸載及防護設計

首先對滑塌坡面進行削坡卸載處理，削坡由上而下進行，邊坡高度為8 m，邊坡坡率為1∶0.75，坡面采用拱形骨架+植草防護。坡腳處設置15～30 m寬平臺，有利于提高邊坡整體穩(wěn)定性，并方便抗滑樁的施工。為完善優(yōu)化設計方案，邊坡坡率、平臺寬度可結(jié)合施工進程進一步優(yōu)化。

對該路段右側(cè)路基坡腳進行漿砌片石防護，防護高度0.5 m，檢查該段路基兩側(cè)各100 m范圍內(nèi)的坑穴、陷穴及地面裂縫，并采用夯實水泥土回填處理。

4.2.2 抗滑樁設計

抗滑樁樁身采用方形鉆孔灌注樁，樁截面（寬×高）尺寸：1.5 m×2.0 m，樁中心間距5 m，樁長25 m，樁身主筋、縱向筋及箍筋均采用HRB400。建立模型計算滑坡剩余下滑力作用下的樁身內(nèi)力均能滿足規(guī)范設計要求。

圖5 滑坡處治設計圖

4.2.3 排水工程

該段滑坡主要原因是水的作用，故不應只重視滑坡加固處治而忽略了工程防排水。由于該路段現(xiàn)有路基排水溝沉陷損壞嚴重，已喪失正常排水功能，本次設計對其進行拆除重建，排水溝采用矩形斷面，現(xiàn)澆混凝土并配置鋼筋網(wǎng)片，排水溝外側(cè)采用水泥土并鋪設防滲土工布封閉，以預防排水溝變形開裂后雨水的再次下滲。同時，為避免雨水從溝頭位置匯入滑坡體，在該段路基右側(cè)邊坡上方設置截水溝。通過對滑坡體地表水的有效截流和疏導，可以進一步保證坡體的自身穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

本文通過對該路段滑坡開展工程地質(zhì)勘察，查明了滑坡成災機理，并進行了坡體穩(wěn)定性驗算及滑坡處治設計，可為今后類似公路邊坡工程設計提供參考。

a）根據(jù)現(xiàn)場反饋和調(diào)查，滑坡處治工程實施后路基穩(wěn)定性良好，采用坡頂部分卸載+抗滑樁的處治方案是合理有效的。

b）針對波浪狀滑塌體的特征，處治方案對滑面與潛在滑面同時進行了穩(wěn)定性分析，考慮了淺、深層滑面的加固與預加固，提高了工程的安全性指標。