靖通高速某深路堑滑坡成因分析与治理

王 岩 杜 军

(1.吉林省地矿勘察设计研究院，吉林 长春 130012； 2.辽宁工程勘察设计院，辽宁 锦州 121000)

靖通高速某深路堑滑坡成因分析与治理

王 岩1杜 军2

(1.吉林省地矿勘察设计研究院，吉林 长春 130012； 2.辽宁工程勘察设计院，辽宁 锦州 121000)

以靖通高速公路某深路堑段滑坡治理为例，结合该滑坡场地地质环境与滑坡岩土体特征，分析了滑坡成因及类型，依据传递系数法对滑坡剩余下滑力进行计算，计算参数通过室内土工试验和现场原位测试并结合反分析方法综合确定，通过技术和经济条件分析对比选取抗滑桩治理滑坡方案，并进行工程设计，获得良好效果。

深路堑，滑坡，成因分析，治理

0 引言

靖通高速K288+580～K289+050左侧深挖路堑地段全长470 m，最大挖深位于K288+900处，挖深30.69 m。边坡设计为阶梯形五级，每级边坡高6.0 m，边坡率上部二级1∶1.5，下部三级为1∶1.25。切方地段岩性主要为全、强风化泥质胶结的砾岩，局部夹0.5 m～3.0 m全风化泥质页岩或炭质页岩。路堑开挖至路基设计标高后，山体开始向下蠕变滑移，于后缘断续形成长达450 m纵向裂缝，裂缝距设计中线40 m～120 m(见图1)。坡体持续向临空面推移，移动速度5 mm/d～15 mm/d，剪出口于路基坡脚上部2 m～6 m页岩层中，局点有地下水渗出，施工单位对滑坡体持续监测，并对坡体前缘挤出的岩土体进行清理。通过对滑坡进行勘察分析，滑体推力计算，提出治理设计方案并整治，取得良好效果，说明工作程序和治理方案切实可行。

1 滑坡场地地质环境背景

滑坡场地属于构造剥蚀地貌，V型谷山地边坡，坡度约为15°。地区气候属寒温带大陆性季风气候，年平均气温4 ℃左右，降水量约850 mm，雨季集中在7月～8月，其中7月份降水占全年51%，最大冻深1.40 m。大地构造单元为太子河凹断束的边缘，华北地台与辽吉裂谷边缘断裂带在测区东侧通过，为侏罗系断陷盆地的边缘断裂[1]，活动不明显。场区地下水为碎屑岩类孔隙水，富水性弱，渗透性良好。层间页岩渗透性差，具有相对隔水作用，受其阻隔局部形成层间滞水，缓慢径流至坡脚处排泄。区内近百年来没有发生Ⅵ级以上地震，设防标准为50年超越概率10%的地震动峰值加速度为小于0.05g，地震基本烈度小于6度，地震反应谱特征周期0.35 s，属于构造稳定区。

工程地质层(如图2所示)为①碎石：灰色，稍湿，松散，混粘性土，层厚小于0.5 m。②砾岩：上部全风化，下部强风化，产状330°～345°∠9°～15°，灰黄色，厚层状泥质胶结，粒径0.3 cm～10 cm为主，局部可见20 cm～70 cm漂砾，层厚大于5 m，为路堑边坡和路基主要组成部分。②1炭质页岩：风化强烈，产状与砾岩基本一致，灰黑色，厚层状泥炭质结构，岩体软弱，以砾岩夹层形式分布，为滑动带主要组成层位，滑带处层厚1.0 m～3.5 m,受古滑坡作用，岩层破碎严重。②2泥质页岩：风化强烈，产状330°～345°∠13°～15°，灰绿色，厚层状泥质结构，局部页理发育，岩质软弱，为砾岩夹层状分布。滑动带主要组成层位，滑带处层厚0.5 m～1.8 m,受古滑坡作用，层底形成较光滑的古滑面。

2 滑坡岩土体特征

滑坡后缘位于设计截排水沟外围，形成的拉张裂缝不连续，总体走向与边坡走向一致，南北长约450 m。滑体中后部局部形成羽状排列的剪切裂缝，缝间距1 m～4 m，后缘滑坡壁高0.50 m～1.50 m。坡体前缘沿页岩层理滑动挤出，上部的岩土体向临空面滑塌，滑动面局点有地下水渗出，流量为0.027 L/s～0.039 L/s。滑坡中前部滑动带厚1.0 m～2.5 m，上部为0.5 m～1.5 m炭质页岩，下部为泥质页岩，厚0.5 m～1.0 m，受滑动作用页岩体破坏成粘土状，滑面清楚，滑痕可见。圈定滑坡平面上总体呈近似矩形，南北长约450 m，东西宽约80 m～100 m，滑体厚度5 m～15 m，平均厚约10 m，滑体方量约30万m3。滑体自南西向北东呈推移式缓慢下滑，滑动面后部切割砾岩，中前部顺着相对软弱的页岩夹层滑动。

滑体以全、强风化砾岩为主，底部为风化强烈的炭质页岩、泥质页岩。滑床为强风化砾岩，局部夹强风化泥质页岩、炭质页岩。泥、炭质页岩隔水，强度受水浸降低。对滑坡各部位岩土体进行原位测试和土工试验，其物理力学指标见表1。

3 滑坡成因及类型

1)岩土体结构。滑带主要位于砾岩层中相对软弱的泥质页岩和炭质页岩部位。页岩风化成粘土状，其抗剪强度受土质的稠度控制。由于渗水微弱，受阻隔的地下水不能及时排出，造成其含水量增加，软化岩体，稠度增加降低了抗剪强度，抗滑力大大降低。

表1 滑坡岩土体物理力学指标成果表

2)地形及地层结构。山体自然边坡向北北西倾斜约15°，顶部小于10°。滑坡体及滑床为一套沉积建造的厚层状地层，产状 330°～345°∠9°～15°，与自然边坡倾向基本一致。路堑形成的边坡为顺层边坡，边坡率1∶1.5(约39°)。边坡土体受重力作用产生顺层的推力(即下滑力)，对边坡的稳定性极为不利。

3)地下水作用。大气降水渗入坡体内，受下部全风化页岩阻隔不能及时排走，造成坡体水位升高。受地下水浸泡上部岩土体的容重相对增加，下部滑带处岩土体发生软化，抗剪强度降低，造成滑坡形成。另外地下水在土体与滑面部位渗流时，形成动水压力，对上部土体产生机械、化学潜蚀作用，也大大降低滑面处土体强度[2]，也促成滑坡形成。

4)古滑坡及工程人为因素。根据地质调查和勘探，开挖路堑位于古滑坡体前缘抗滑段部位。对抗滑段土石方进行挖除减载，降低抗滑阻力；路堑坡体顶部为施工便道，且有大型负重的汽车通过，增加坡体上部下滑推挤段推力，使既已存在的古滑坡体复活。

综上所述，区段岩土体结构、地层结构、地下水作用和既已存在的古滑坡体是本段路堑滑坡的内在因素，工程人为因素是诱发古滑坡复活的主要外因。结合滑坡内外因素，该滑坡属于推挤型滑坡。

4 滑坡计算与分析

4.1 稳定性分析方法

采用JTG D30—2015公路路基设计规范推荐的传递系数法计算滑坡剩余下滑力。计算模型如图3所示[3]，当Ti<0 时，取Ti=0，当滑坡体最后一个条块的剩余下滑力不大于0时，滑坡稳定；当大于0时，滑坡不稳定。

Ti=FsWisinαi+ψiTi-1-Wicosαitanφi-ciLi。

ψi=cos(αi-1-αi)-sin(αi-1-αi)tanφi。

其中，Ti,Ti-1分别为第i和第i-1滑块剩余下滑力，kN/m；Fs为稳定安全系数；Wi为第i滑块的自重力，kN/m；αi,αi-1分别为第i和第i-1滑块对应滑面的倾角，(°)；ψi为传递系数；φi为第i滑块滑面的内摩擦角，(°)；ci为第i滑块滑面岩土的内聚力，kN/m；Li为第i滑块滑面长度，m。

4.2 参数选取

1)安全系数。

依据JTG D30—2015公路路基设计规范一般规定，对滑坡稳定性进行验算，抗滑安全系数对高速公路宜采用1.2～1.3[3]，综合考虑边坡施工及运营期安全等最不利情况，系数取值1.3。

2)岩土体参数。

对滑坡体、滑动带、滑床岩土体进行多组室内土工试验和现场原位测试，结果参见表1。重要指标按照工程不利条件选取大值，抗剪指标以滑坡体计算剖面附近各钻孔土样实测的饱和快剪和残余剪试验作为参考，采用重复剪的残余强度，并结合滑坡体已出现整体变形、微滑趋势(取安全系数Fs=0.9～1.0)[4]，利用K288+840，K288+925横断面反分析方法综合确定岩土体参数。具体指标参数选取值见表2。

表2 稳定性分析计算参数表

反分析验算：以K288+925横断面为例，验算复杂岩土层稳定安全系数。

稳定计算目标:指定滑面的安全系数。稳定分析方法:简化Janbu法。

土条宽度:1.000 m。

非线性方程求解容许误差:0.000 01。

方程求解允许的最大迭代次数:50。

计算结果(见图4):最危险滑裂面滑动安全系数=0.915，介于0.9～1.0之间，符合滑坡体已出现整体变形、微滑趋势的实际情况。

4.3 滑坡推力计算

根据滑坡区段的地形地貌条件和滑坡体实测的6条横断面，荷载为滑体重力、地下水产生的静水压力和动水压力，采用最不利指标对6条横断面进行剩余下滑力计算。计算简图和结果见图5，表3。

表3 滑体剩余下滑力计算结果

5 滑坡治理方案

5.1 方案选取

针对本工程建设用地已审批确定，在不允许大面积削坡减载超出征地红线范围之外的情况下，进行抗滑桩、预应力锚索抗滑桩、预应力锚索框架梁三种方案比较。三种方案均能治理滑坡，但上述三种方案建安费分别为2 531.3万元、2 234.6万元和2 848.4万元，预应力锚索抗滑桩方案造价最低，预应力锚索框架梁方案造价最高。从施工难度、质量控制和滑坡体岩土体性质等角度分析：预应力锚索抗滑桩方案需要专业队伍进行锚索施工，并需严格控制施工质量，特别是锚索的防腐和灌浆质量难以保证；预应力锚索框架梁方案可以稳定滑坡，但设计张拉力较大，锚索需要较多的根数和束数，对施工质量要求较高，另外锚索的腐蚀、预应力损失、锚固段注浆质量、地层蠕变都将影响其使用效果，需要谨慎对待。对比以上经济和技术优势，抗滑桩方案优点较明显，所以采用抗滑桩方案。

5.2 抗滑桩

根据剩余下滑力计算结果、滑坡地质、滑带倾角情况，抗滑桩采用矩形截面，截面尺寸2 m×3 m，桩中距5 m，桩位布置在路堑边坡二级平台上，内力和变形计算采用悬臂桩m法。桩身材料采用C30钢筋混凝土，桩底边界条件按自由端考虑，桩前、后滑动面处的地基系数K=A=6 000 kN/m3，K=A′=12 000 kN/m3，滑动面以下地基系数的比例系数：强风化页岩和强风化砾岩取m=20 000 kN/m4，全风化页岩和强风化炭质页岩取m=15 000 kN/m4，不考虑桩前剩余抗滑力。结构重要性系数取1.0，永久荷载的分项系数取1.35，抗滑桩桩身按受弯构件设计，计算结果如表4所示。

表4 抗滑桩方案计算结果

6 抗滑桩治理工程设计

1)刷方减重：将二级边坡平台加宽至5 m，为抗滑桩施工提供工作平台。为保证受力段桩长，防止滑体从桩顶剪出，将一级边坡高度由原设计的6 m改为8 m。为减小剩余下滑力，将上部边坡放缓。一级边坡高8 m，坡率1∶1.25，碎落台宽2 m；二级边坡高6 m，坡率1∶1.25，平台宽2 m；三级边坡高6 m，坡率1∶2，平台宽5 m；四级边坡高6 m，坡率1∶2，平台宽2 m；五级边坡坡率1∶2，平台宽2 m。

2)抗滑桩：根据滑坡体范围和计算成果，在K288+620～K290+020段二级边坡平台上设置一排C30混凝土抗滑桩，抗滑桩采用矩形截面，截面尺寸2 m×3 m，桩间净距3 m，预设抗滑桩81根，桩长依据计算采用18 m,19 m或20 m，锚固段不小于11 m。抗滑桩分三批跳槽挖孔施工，C30混凝土浇筑，纵向受力钢筋采用直径32 mm HRB400钢筋，抗剪箍筋采用直径20 mm HRB400钢筋，两侧和受压边设置构造钢筋。

3)锁口、护壁和反压护道：抗滑桩进口设置2 m高C25钢筋混凝土锁口；桩井设置护壁；为保证挖孔过程中的安全，防止滑坡推力对桩孔的推移，在桩外侧设置宽度不小于20 m的反压护道，高度与桩顶基本齐平。反压护道填方采用临近挖方路段的弃方。

4)挡土板：为防止桩间土溜出，在桩后设置C30钢筋混凝土预制挡土板，挡土板采用矩形截面，长4.0 m，厚0.4 m，宽0.6 m，与桩的搭接长度0.5 m，保证顶部岩土体不能从桩间挤出。

5)预应力锚索框架梁：经计算K288+648～K288+770路段存在桩前剩余下滑力，一级边坡上采用预应力锚索框架梁进行加固。框架梁纵梁间距3 m，横梁垂直间距3 m，采用C30钢筋混凝土现浇，梁矩形截面尺寸50 cm×50 cm。共设置3排锚索，锚索设计抗拔力500 kN，采用5束φ15.24 mm高强度、低松弛普通钢绞线制作,钢绞线强度fpk=1 860 MPa。锚索总长25 m，锚固段10 m。

6)坡面防护：滑坡支挡工程施工完毕后，对坡面进行防护，一、二级边坡采用叠拱+土工格室植物防护，三级～五级边坡采用叠拱植物防护，各级边坡两侧低矮三角区采用植物防护，叠拱防护采用M10浆砌片石砌筑。

7)排水系统：坡顶沿等高线在滑坡外设置截水沟，每级边坡平台上均设置平台截水沟，路堑边沟下原设计有碎石盲沟。在二级边坡下部设置一排仰斜式排水孔,排水孔横向间距5 m,长度应能穿透滑动面,孔内填充φ110 mm硬塑透水管，里端采用2层无纺土工布包裹。

治理工程设计简图见图6。

7 结论与认识

1)区段岩土体结构、顺坡地层、地下水作用和既已存在的古滑坡体是本段路堑滑坡的内在因素，工程人为因素是诱发古滑坡复活的主要外因。

2)滑坡推力计算参数选取依据室内土工试验和现场原位测试成果，并结合滑坡体已出现整体变形、微滑实际情况，利用不同滑坡断面进行反分析方法计算综合确定。

3)滑坡治理方案选取从岩土体结构性质、施工难度、质量控制等技术角度出发，结合工程造价方面，综合选择优势明显的抗滑桩方案。

4)抗滑桩治理工程设计首先考虑满足现场施工条件和施工顺序，然后针对桩体、挡板、坡面防护以及排水系统等具体细节进行详细设计。

[1] 吉林省地质矿产局.吉林省区域地质志[M].北京：地质出版社，1988.

[2] 吉林省国土资源厅.矿山地质环境保护与恢复治理方案编制培训班教材[Z].2013.

[3] JTG D30—2015，公路路基设计规范[S].

[4] 徐汉斌，王 军.反算法中滑坡稳定系数的取值问题[J].四川地质学报，1999，19(1)：86-89.

Deep excavation cut landslide causes analysis and treatment of Jing-Tong highway

Wang Yan1Du Jun2

(1.JilinAcademyofGeologicalandMineralSurveyDesign,Changchun130012,China;2.LiaoningInstituteofEngineeringSurvey,Jinzhou121000,China)

Taking the deep excavation cut section treatment of Jing-Tong highway as an example, combining with the landslide geology environment and landslide geotechnical characteristics, the paper analyzes landslide causes and categories, and calculates residual landslide sliding force with transmit coefficient slice method. Through indoor geotechnical test and in-situ test and counter-analysis method, based on technical and economic conditions, it analyzes and selects anti-sliding landslide processing scheme, and carries out engineering design, and finally obtains great effect.

deep excavation cut, landslide, causes analysis, treatment

2015-08-28

王 岩(1973- )，男，高级工程师； 杜 军(1983- )，男，高级工程师

1009-6825(2015)31-0054-04

TU457

A