高速公路項目中滑坡的分析與治理

李鳳嶺

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

1 項目背景

霍州至永和關高速公路位于山西省臨汾市，是山西省高速公路網規劃“三縱十二橫十二環”第八橫的重要組成部分?；糁菽匣ネㄎ挥诨粲栏咚貹12+320—K13+760處。

本處滑坡發生在霍州南互通AK2+100—AK2+470段（含有霍州南互通收費站、收費站管理區及回轉區），為挖方路塹，最大邊坡高度約33 m（路基右側）。

2 滑坡的形態及發生、發展過程

滑坡后緣高程為624.5 m，前緣高程為572.4 m，高差 52.1 m，坡度為 45°?；虑熬墝挾葹?60.0 m，順主滑方向長度257.0 m，滑體最大厚度為45.0 m。

圖1 滑坡現場情況

該處滑坡的發展大致經歷了3個階段：

a）第一階段 A匝道AK2+100—AK2+230回轉車道路塹邊坡坡面及坡頂處出現寬窄不一多條拉張裂縫，坡頂出現1～2 m高差的錯臺，局部邊坡塌落。

b）第二階段 邊坡塌落范圍增大，AK2+290—AK2+420段右側邊坡產生滑塌，坡體上的剪切裂縫繼續延伸擴展，錯臺高差增大，最大高差達到6 m，路基坡腳處出現隆起。

c）第三階段 邊坡滑塌范圍繼續擴大，并且逐步連通，整個坡面有整體下移趨勢，下方施工便道擠裂，山體坡腳隆起加大，并出現多條鼓張裂縫。

3 滑坡的地質勘查情況

3.1 地形地貌及地質構造

滑坡為西北向東南傾斜的單邊坡，所處地貌單元屬褶皺斷塊溶蝕剝蝕中山區，滑坡自然坡度在30°～45°之間。

3.2 地層巖性

滑坡區上層為第四系上更新統（Q3）粉土，主要分布于滑坡坡面，厚度約為3.0～9.6 m。下臥石炭系中統太原組（C3t）強風化泥巖、砂巖、炭質泥巖及中等風化炭質泥巖、石灰巖。

3.3 水文地質

坡體內主要為松散層孔隙水，含水性弱，主要接受大氣降水補給?；聟^基巖裂隙水基本上以點滴狀下滲，下滲面不連續。

3.4 勘查結論

該滑坡為多滑面的推移式順層巖滑坡?；鏋槭肯堤M炭質泥巖，滑坡受泥化軟弱夾層和順傾節理控制。

4 滑坡的治理過程及最終治理方案的確定

當滑坡處在第一、二階段時，結合現場情況及地質調查，確定滑坡性質為推移式滑坡。初步方案為在滑坡的主滑段上部進行刷方減載，反壓坡腳，在坡腳處設置漿砌片石抗滑擋墻。

經過初步治理后，滑坡基本穩定，但由于春融來臨、降水沿邊坡下滲及房建場地土方開挖卸載后，滑坡發展進入第三階段。本階段滑坡治理方案的確定主要考慮了以下兩方面因素：

a）坡頂紅線外20～30 m處有3座220 kV高壓電塔，如果拆遷，社會影響及經濟損失均較大。

b）鐵塔距離坡頂很近，卸載空間小，卸載效果不佳，卸載后須對鐵塔基礎進行加固處理，安全風險較大。結合現場情況、地質調查資料及滑坡的發展趨勢，綜合考慮，邊坡卸載方案不可行，宜采用抗滑樁對滑坡進行治理。

5 抗滑樁設計

5.1 抗滑樁截面型式及尺寸的選擇

為避免邊坡繼續變形影響電塔運營安全、導致路基整體失穩等危險情況的發生，應及時有效對滑坡體進行加固?；麦w較為松散，采用人工挖孔的矩形樁，施工速度慢，且存在較大的安全隱患，故本方案采用能夠利用大型機械施工的圓形樁。

結合已竣工項目的成功經驗，當前的施工情況及現有工程設配，以便于快速開展施工，盡早穩定滑坡體，減小安全隱患為原則，采用工程類比法，確定抗滑樁直徑為1.6 m。

5.2 抗滑樁位置的確定

以確保高壓鐵塔絕對安全、路基整體穩定、房建區域無任何變形為基本原則，結合現場實際情況，邊坡性質及發展形態與地質情況等多方因素，分別在路基右側碎落臺位置、高壓鐵塔下側及房建北側設置3排抗滑樁。

圖2 典型斷面抗滑樁位置示意圖

5.3 不平衡推力的計算

在滑坡體區域內，選擇兩個最不利斷面，以滑坡不平衡推力計算公式為依據，結合理正巖土計算軟件分別針對兩個最不利斷面1-1和2-2上的兩排抗滑樁進行計算?？够瑯恫贾们闆r如表1。

表1 抗滑樁布置表

滑坡不平衡推力計算公式[1]：

式中：En、En-1為第n塊、第n-1塊滑體的剩余下滑力；φn為傳遞系數；Kt為滑體推力安全系數；Gn為第n塊滑體的重力；βn為第n塊滑動面的傾角；αn為第n塊滑動面的內摩擦角標準值；Cn為第n塊滑動面的黏聚力標準值；Ln為第n塊滑體沿滑動面的長度。

圖3 典型斷面示意圖

計算安全系數按1.25考慮，根據相關地質資料，計算參數選取如表2。

表2 典型斷面計算參數表

計算結果為：

1-1斷面第1排樁樁后剩余下滑力為290.1 kN，下滑角度為4.59°。

1-1斷面第2排樁樁后剩余下滑力為110.8 kN，下滑角度為4.24°。

2-2斷面第1排樁樁后剩余下滑力為170.1 kN，下滑角度為15.25°。

2-2斷面第2排樁樁后剩余下滑力為130.1 kN，下滑角度為8.35°。

5.4 樁間距的確定

樁間距與許多因素有關，比如滑坡體的物理力學性質、抗滑樁樁徑尺寸、滑坡推力大小與分布形式、樁體與土體之間的摩阻力、黏聚力等，所以在進行抗滑樁間距計算時存在很多不確定因素。目前為止針對該內容的計算各方意見尚未統一，仍沒有形成一個權威的計算理論與方法。

本工程實例，抗滑樁的樁間距確定主要是根據地質資料及現場情況，結合以往工程經驗，主要通過工程類比法確定相應樁間距，并以理論計算作為輔助依據，進行相關內容的復核驗證。

本項目中以“樁間土拱效應”為計算模型：在滑坡推力作用下，樁間土體由于自身抗剪強度的存在，自然形成土拱，且以土拱不沿樁側擠出破壞為前提，針對土拱的拱頂、拱腳等截面強度進行驗算，具體公式如式（3）、式（4）[2]：

土拱拱頂處強度驗算，計算所得樁間距Sb：

土拱拱腳處強度驗算，計算所得樁間距Sc：

式中：δ為抗滑樁樁側與滑坡土體間的摩擦角，（°）；cw為抗滑樁樁側表面與滑坡土體之間的單位黏聚力，kPa；d為抗滑樁樁徑，m；q為作用于土拱上的滑坡推力，kN/m；φ為滑坡體內摩擦角，（°）。

Sb與Sc（本項目計算結果Sb=7.5 m，Sc=9.3 m）中的較小者為計算所得的樁間距。由于土拱效應在計算過程中有諸多假定條件，與實際情況存在一定的誤差，計算所得的樁間距往往偏大，故在應用過程中需考慮一定的安全系數（本項目為1.5）。

綜上所述，本項目樁間距最終采用3倍的樁徑即4.8 m。

5.5 抗滑樁的計算

樁后下滑力按矩形分布，以鉸接為樁底支撐條件，利用“M”法對抗滑樁本身彎矩、剪力和樁頂位移等相關內容進行了驗算[3]。結果如表3所示。

表3 典型斷面上抗滑樁計算表

5.6 抗滑樁的最終設計方案

抗滑樁具體布設方案如下：AK2+300—AK2+420段右側邊坡坡腳處為1～27號樁，樁長為L=35 m；ZK0+000—ZK0+100段左側邊坡坡腳處為28～46號樁，樁長為L=40 m；AK2+120—AK2+242段左側邊坡坡腳處為47～73號樁，除49號樁樁長L=38 m、53～58號樁樁長L=45 m外其余樁樁長L=40 m（53～58號樁，相對周邊變形較大，經地質勘察后，發現此處存在軟弱夾層，下臥巖層位置較低，需增加樁長，確保路基及房建區域的整體穩定）；回轉區域邊坡坡腳處為74～88號樁，樁長為L=20 m，電塔下側邊坡坡腳處為89～111號樁，除100～105號樁樁長L=10 m外，其余樁樁長L=35 m，具體位置詳見圖4。

圖4 抗滑樁布置圖

6 結語

本文以霍永高速公路中的滑坡實例為背景，對在設計過程中的滑坡治理分析進行了簡要的敘述，圍繞最終的抗滑樁設計方案，對具體設計內容及相關重要細節進行了必要的闡述與論證，對同類型滑坡的處治設計具有一定的借鑒意義。