某公路路基挖方邊坡滑塌綜合處治設(shè)計(jì)

李鳳嶺

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030032）

1 工程概況

某公路采用一級公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)速度60 km/h，路基寬度為24.5 m，路塹邊坡采用折線形式，每級高8 m，坡率均為1∶0.75，兩級邊坡之間設(shè)有寬度為2 m的挖方平臺。第一級邊坡采用護(hù)面墻防護(hù)，第二級邊坡土質(zhì)部分采用植草防護(hù)。施工過程中該段邊坡按照設(shè)計(jì)標(biāo)高開挖基本成型后，在尚未進(jìn)行防護(hù)及排水工程施工的情況下，邊坡出現(xiàn)滑塌，沿路線方向約80 m，滑塌體積約20 000 m3，路床未見隆起，滑塌邊坡兩側(cè)坡腳處有水滲出痕跡，后緣最遠(yuǎn)裂縫距坡頂開口線約22 m，裂縫處最大錯(cuò)臺高度約5.4 m。

圖1 路基標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖（單位：cm）

圖2 滑塌邊坡典型斷面圖（單位：cm）

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

挖方邊坡位于黃土覆蓋丘陵區(qū)，場地內(nèi)高程介于760～815 m之間，最大高差為55 m，相對高差5～8 m。

2.2 地層巖性

該挖方路段地層由老至新有新生界第四系、上古生界石炭系、下古生界奧陶系等，滑塌邊坡揭露的主要地層情況如下：

a）黃土（粉質(zhì)黏土） 淺棕紅色，土質(zhì)以粉質(zhì)黏土為主，結(jié)構(gòu)較緊密，小孔隙發(fā)育，具垂直節(jié)理，含鈣質(zhì)結(jié)核和少量黑色鐵錳質(zhì)結(jié)核，巖芯多呈柱狀，切面較光滑，稍濕，硬塑。

b）強(qiáng)風(fēng)化泥巖 淺黃色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層構(gòu)造，礦物成分以黏土礦物為主，巖質(zhì)軟，巖體已風(fēng)化近土狀，巖芯呈碎塊狀-短柱狀。

c）強(qiáng)風(fēng)化砂巖 灰色，中細(xì)粒，砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，礦物成分以石英、長石為主，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯破碎，呈碎塊狀。

d）強(qiáng)風(fēng)化頁巖 黑色，頁理狀結(jié)構(gòu)，頁理狀構(gòu)造，礦物成分以黏土礦物為主，含炭質(zhì)，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖芯呈碎塊狀。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造與地震

該路段位于Ⅲ級構(gòu)造單元呂梁-太行斷塊內(nèi)，所處的Ⅳ級構(gòu)造單元為太行山塊隆，區(qū)域構(gòu)造以褶曲為主，斷裂活動處于相對穩(wěn)定狀態(tài)。地震動峰值加速度為0.05g，對應(yīng)的地震基本烈度為Ⅵ度，地震動反應(yīng)普特征周期0.45 s。

2.4 水文

該路段地下水類型為松散巖類孔隙水、碎屑巖類裂隙水兩個(gè)水文地質(zhì)單元，場地內(nèi)地下水位埋深較深，地下水位位于路線設(shè)計(jì)標(biāo)高之下，水文地質(zhì)條件簡單，對工程影響較小。

3 穩(wěn)定性分析及處治方案

3.1 邊坡滑塌原因分析

該邊坡為一處土石二元邊坡，上部覆蓋0～4 m中更新統(tǒng)洪積層黃土，下部為石炭系上統(tǒng)太原組泥頁巖、砂巖，巖層產(chǎn)狀330°∠5°，基本呈水平狀，與坡面小角度相交。邊坡發(fā)生滑塌的主要原因是坡頂上部有地表水滲入，而邊坡內(nèi)發(fā)育的節(jié)理裂隙為滲水提供了良好的滲流路徑，由于坡體下部存在滲透能力較弱的泥巖、頁巖層，隔水作用明顯，滲水無法快速排出。隨著坡體內(nèi)含水量的增大，泥頁巖經(jīng)過浸泡后軟化，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)降低，同時(shí)挖方邊坡開挖后應(yīng)力釋放，邊坡形成新的臨空面，在重力作用下挖方邊坡發(fā)生變形滑塌。

3.2 滑塌推力計(jì)算

根據(jù)滑塌規(guī)模、穩(wěn)定狀況、周圍環(huán)境，以及公路通過滑塌區(qū)的部位和公路路基類型，判斷該處滑塌的危害程度為中等，防治工程安全等級為Ⅰ級，防治工程設(shè)計(jì)穩(wěn)定安全系數(shù)取1.3，推力計(jì)算采用傳遞系數(shù)法[1]。

式中：Ti、Ti-1為第i和第i-1滑塊剩余下滑力，kN/m；Ks為穩(wěn)定安全系數(shù)；Wi為第i滑塊的自重力，kN/m；αi、αi-1為第i和第i-1滑塊對應(yīng)滑面的傾角，（°）；φi為第i滑塊滑面內(nèi)摩擦角，（°）；ci為第i滑塊滑面巖土黏聚力，kN/m2；Li為第i滑塊滑面長度，m；φi為傳遞系數(shù)。

表1 滑面處主要計(jì)算參數(shù)

經(jīng)計(jì)算該處滑塌剩余下滑力為600 kN，角度為4.45°。

3.3 滑塌處治方案

3.3.1 卸載

該處滑塌邊坡規(guī)模及危害性均較小，首先考慮卸載方案，但由于距邊坡坡頂不遠(yuǎn)處有工廠廠房，經(jīng)協(xié)商后廠方不同意拆遷，故無法進(jìn)行大規(guī)模卸載開挖。為確保上方建筑及公路路基安全應(yīng)在坡體下部增設(shè)支擋防護(hù)結(jié)構(gòu)，并且在進(jìn)行邊坡松散堆積體清除時(shí)適當(dāng)增加開挖面積起到局部卸載減少下滑力的作用。

3.3.2 重力式抗滑擋土墻

從滑塌規(guī)模、施工條件、處治費(fèi)用等多方面考慮，支擋防護(hù)工程采用重力式抗滑擋墻。經(jīng)計(jì)算得知該滑塌剩余下滑力為600 kN，與規(guī)范中相關(guān)規(guī)定相比數(shù)值偏大，為減小剩余下滑力及開挖后路塹邊坡的坡體穩(wěn)定，設(shè)計(jì)采用一級邊坡設(shè)置抗滑擋墻+二級邊坡開挖卸載的處治方案。路塹第二級邊坡高8 m，采用折線式邊坡形式進(jìn)行卸載，0～4 m邊坡坡率1∶5，4～8 m邊坡坡率1∶1.5。滑塌體按此坡率進(jìn)行卸載開挖后，剩余下滑力減小為298.5 kN。分別對抗滑擋墻在滑塌推力及庫倫土壓力作用下的滑動穩(wěn)定、傾覆穩(wěn)定、基底壓應(yīng)力等情況進(jìn)行驗(yàn)算，取兩者中最不利的情況作為設(shè)計(jì)依據(jù)，確定擋墻斷面形式，主要計(jì)算公式如下所示[2]。

基底壓應(yīng)力計(jì)算式:

式中：σ1為擋土墻趾部的壓應(yīng)力，kPa；σ2為擋土墻踵部的壓應(yīng)力，kPa；B為基礎(chǔ)寬度，m；A為基礎(chǔ)底面每延米的面積，m2。

擋墻滑動穩(wěn)定方程及抗滑穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算式：

式中：G為作用于基底以上的重力，kN；Ey為墻后主動土壓力的豎向分量，kN；Ex為墻后主動土壓力的水平分量，kN；Ep為墻前被動土壓力的水平分量，kN；E'p為墻前被動土壓力水平分量的0.3倍，kN；N為作用于基底上合力的豎向分力，kN；α0為基底傾斜角，（°）；γQ1、γQ2為主動土壓力分項(xiàng)系數(shù)、墻前被動土壓力分項(xiàng)系數(shù)；μ為基底與地基間的摩擦系數(shù)。

擋墻的傾覆穩(wěn)定方程及抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算式：

式中：ZG為墻身重力、基礎(chǔ)重力、基礎(chǔ)上填土的重力及作用于墻頂?shù)钠渌奢d的豎向力合力重心到墻趾的距離，m；Zx為墻后主動土壓力的豎向分量到墻趾的距離，m；Zy為墻后主動土壓力的水平分量到墻趾的距離，m；Zp為墻前被動土壓力的水平分量到墻趾的距離，m。

結(jié)合計(jì)算結(jié)果及現(xiàn)有邊坡開挖情況，確定擋墻總高度為10 m，墻頂位于路塹邊坡平臺處，頂寬與平臺同寬為2 m，面坡采用原路塹邊坡坡率1∶0.75，背坡為1∶0.2，墻底坡度為1∶5。

圖3 抗滑擋墻斷面圖（單位：cm）

3.3.3 鋼花管注漿

由于該段路塹邊坡下臥層較為破碎，擋墻基底存在軟弱薄夾層，故在邊坡坡腳的碎落臺處采用鋼花管注漿對地基進(jìn)行加固處理。在碎落臺寬度范圍內(nèi)設(shè)置兩排鋼花管，按橫向間距75 cm，縱向間距100 cm布置。鋼花管長10 m，采用φ89×5 mm無縫鋼管，管內(nèi)注漿材料為M30水泥漿，鋼花管頂部采用C25混凝土冠梁加固，冠梁寬150 cm，高30 cm。鋼花管注漿能夠提高擋墻基底的承載能力，改善破碎巖體及軟弱土層的物理學(xué)指標(biāo)，增加下臥層的整體強(qiáng)度，能為抗滑擋墻提供一個(gè)良好的支撐條件，增強(qiáng)地層的整體抗滑能力。

3.3.4 防排水設(shè)計(jì)

該次邊坡滑塌與地表水入滲、坡體內(nèi)含水量增加有密切關(guān)系，所以做好防排水措施對滑塌的治理起著重要作用，該次處治中采用了如下措施：

圖4 鋼花管布置圖（單位：cm）

a）在滑塌邊坡平臺處設(shè)置30 cm×30 cm的平臺截水溝，坡腳處設(shè)置60 cm×60 cm的邊溝，使滑塌邊坡的排水設(shè)施與原設(shè)計(jì)路基排水系統(tǒng)順接，有效排出坡面積水。

b）為確保路塹邊坡內(nèi)的層間積水能夠迅速排出坡體外，在第一級邊坡坡腳設(shè)置一排仰斜式排水孔，排水孔長20 m，直徑130 mm，仰角9°，間距2.5 m。

c）擋土墻墻體內(nèi)設(shè)置泄水孔，孔內(nèi)放置直徑10 cm PVC排水管，排水孔間距2.0～2.5 m，距碎落臺0.3 m處開始交錯(cuò)布置，并在墻背處設(shè)置寬50 cm碎石透水層，泄水孔與碎石透水層共同為坡體內(nèi)的水提供完整排水路徑，確保坡體內(nèi)的水能有效排出。

d）為防止地表水入滲，邊坡坡頂采用50 cm厚6%灰土進(jìn)行隔水封閉處治，封閉范圍為修整完成后的路塹邊坡開口與滑體后緣裂縫之間的原地面。

圖5 滑塌處治設(shè)計(jì)斷面圖（單位：cm）

4 結(jié)語

本文以某一級公路路塹邊坡滑塌處治為背景，結(jié)合工程實(shí)際情況，在進(jìn)行滑塌工程治理過程中綜合運(yùn)用邊坡卸載、抗滑支擋結(jié)構(gòu)、鋼花管注漿等多種治理措施的設(shè)計(jì)思路及方案設(shè)計(jì)進(jìn)行了較為詳細(xì)的闡述，可為類似工程提供一定的參考借鑒。