贵州某山区高速公路填方边坡水毁治理方案研究

王 吉，贺琛方，段建新

（中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉）

贵州山区地形复杂，地质构造发育，在降雨作用下，滑坡等不良地质灾害常有发生，带来了不可估量的损失[1-3]。有关学者针对滑坡治理开展了相应研究，根据不同地质条件和滑坡特点，研究人员通过数值仿真等手段，制定了相应的科学治理方案[4-7]。目前在边坡治理方面研究手段较为丰富，也取得了一定进展，但是关于贵州山区特定复杂地形条件下的研究尚不多见。因此，本文以贵州某山区高速ZK74+640～ZK74+850 段水毁边坡为研究对象，通过现场调查、原位监测、理论分析等手段，揭示边坡变形发展特征，进而提出一种科学合理的边坡治理方案，以期为今后类似的治理工程提供参考和一种可行方法。

1 工程概况及地质条件

1.1 工程概况

本项目位于贵州省罗甸县沫阳镇境内，原设计高填方路堤边坡第一、二级按1：1.5、1：1.75 放坡，第三级设置桩板墙，桩上布设2 道锚索。2022 年6 月初罗甸县遭遇入汛以来影响范围最大、强度最强的暴雨天气，已建成的该段路基左、右幅路面出现裂缝，发生沉降变形，大里程侧有明显的沉降差坎，且还有继续发展的趋势，抗滑桩顶发生明显变形，部分锚头崩脱，小里程侧横向排水管无法正常工作，如图1 所示。

图1 水毁情况

1.2 地质条件

1.2.1 地形地貌、气象水文

项目所在区域属低山剥蚀、侵蚀地貌。路线沿低山斜坡展布，总体地势起伏较大，路堤切割右侧山坡，左侧山体覆盖层较厚，右侧山体覆盖层相对较薄。区域年平均气温20.0 ℃，平均降雨量1 335 mm。

1.2.2 地层岩性

根据钻探揭露，测段地层岩性特征如表1 所示。

表1 地层岩性特征

1.2.3 水文地质条件

地下水可分为第四系松散岩类孔隙含水岩组和基岩风化带孔隙裂隙水含水岩组。土体中孔隙较发育，其中含有上层滞水，补给源为大气降水、生活及施工用水，排泄方式为蒸发及下渗。坡体上存在生活及施工乱弃用水，是坡体地下水的主要补给来源。

2 滑坡工程地质特征

2.1 滑坡边界、规模、形态特征

滑坡后缘位于填方填平与山体交接处，大小里程两侧大致以填挖交界为边界，平面整体呈“U 弧形”，前、后缘高差约39 m。滑坡体长约60 m，宽约150 m，面积10 400 m2，为推移式滑坡。

2.2 滑坡体物质组成

据工程地质测绘及现场施工开挖揭露，滑坡体物质组成自上而下可分为两大部分：（1）路基填土，成分较杂，在路堤体内空间分布不均，以某钻孔为例：0～11 m 填土主要为深灰色灰岩，11 m 以下间夹黄绿色强风化泥质岩，底部粘粒含量较高，呈可塑～硬塑状。（2）碎石土，黄灰色，碎石成分主要为泥灰岩碎块，含量约为55%，粒径约为1～5 cm，粒间为可塑状粘性土充填。

2.3 破坏面与滑床特征

据现场测绘、钻探揭示填方基底有软弱带，滑动带位置位于岩土结合面。

3 边坡变形破坏机制分析

据补勘钻孔揭露，路基稳定性影响因素分为内部条件和外部条件两类，内部条件包括地形地貌、路基填料；外部条件包括降雨、人类工程活动等。本项目降雨是促使路基变形的重要诱发因素，下面将各因素的影响进行分析。

3.1 地形地貌因素

场区路线近南北向展布，总体地形上东北高、南西低，自然斜坡平均坡度约36°，局部地段较为陡立，路基填筑后形成陡坡路堤，为填方坡体的变形破坏提供了良好的临空条件和重力条件。

3.2 路基填料因素

路基填筑界面及下路堤多粘土富集，由于横向排水管损坏，路面汇水大量进入路基填筑体，形成天然的过水通道，碎石含量高的位置则排水通畅，相对隔水的粘性土则阻隔了地表及地下水的排泄，导致坡体短时富水，降低了岩土界面的承载能力及抗剪强度。

3.3 降雨因素

从图2 可知区域5 月份存在间断性降雨且频率较高，6 月4 日出现了从5 月1 日至6 月7 日以来的降雨峰值，时间短强度大，直接导致了边坡的破坏。

图2 1 小时降雨量

从图2 分析可得，区域进入雨季后，降水丰富，对边坡稳定性产生持续不利影响。在6 月初的短时强降雨作用下，路面汇水沿着小里程侧破损的横向排水管进入路基内部，路基体内地下水位显著上升，含水量及静水压力增大，填方体内含粘粒较丰富的风化物粒料密实度高，阻滞了大量的水，不能及时排出，导致坡体自重持续增大，下滑力变大；另一方面，基底岩土界面过渡带土持续饱水，抗剪强度减弱，坡体抗滑能力减小，而基底面相对较陡，坡体整体发生背离路基侧变形，推移导致桩板墙部分发生偏移并出现锚头脱落的现象。边坡变形使路面上出现拉裂缝并不断扩大，路面裂缝的出现和扩大又使地表水进一步下渗，导致变形加剧。通过现场调查和变形分析，确定边坡的主滑方向为垂直路线走向即路基横断面向外侧，滑动面主要为填方体基底的覆盖层与基岩的过渡界面，滑体为填方路基体。

4 边坡稳定性评价及发展趋势预测

4.1 作用于抗滑桩上的力系

作用于抗滑桩上的外力包括：填方体及基底碎石土推力、受荷段地层（滑体）抗力、锚固段地层抗力、桩侧摩阻力等，这些力均为分布力。滑坡推力作用于滑面以上部分的桩背上，假定与滑面平行。由于桩后路堤填方体及其基底覆盖层碎石土层成分较杂，且监测显示坡体内入渗积水分布不均匀，而桩间土拱对滑坡推力的影响不甚清楚，故假定每根桩所承受的滑坡推力等于桩距范围内的滑坡推力。

本段路堤在填筑过程中经过强夯补强并设置有6 层钢塑土工格栅，滑体刚度、密实度较大，从顶层至底层的滑动速度基本一致，故可假定滑面以上滑体作用于桩背的推力按照矩形分布。从现场观察来看，该段填方体整体滑动而其两级坡面未发现明显变形，也可以印证这一假设比较符合实际情况。桩身与桩周地层间的摩阻力对桩的平衡弯矩有利而计算复杂，忽略不计对计算偏安全，对设计影响不大。本工点原抗滑桩布置如图3 所示，桩径2×3 m，桩矩5 m，桩长20～28 m，桩背侧布置78 根纵向受拉钢筋。根据桩检资料以及现场桩体变形情况，选择9＃桩所在ZK74+740 剖面为典型断面，计算得到桩后滑体剩余下滑水平推力约为2 500 kN。

图3 原抗滑桩布置示意图

4.2 滑坡稳定性定量分析

4.2.1 计算剖面确定

选取ZK74+740 剖面为典型控制断面进行稳定性计算，如图4 所示。

图4 ZK74+740 计算剖面

鉴于边坡破坏模式主要为覆盖层沿基岩面滑动，滑面为基岩面，呈折线形，因此根据工程地质条件和破坏模式，采用极限平衡理论的不平衡推力传递系数法进行稳定性验算。

4.2.2 计算参数选择

边坡稳定性计算参数选取时通常有以下三种途径：①极限平衡反算法：假定边坡处于极限平衡状态（稳定系数K=1.00），反演计算饱和抗剪指标；②经验值；③试验指标。本次计算主要根据经验指标，并结合抗滑桩受力反演结果综合分析确定。边坡稳定性分析的物理力学计算参数如表2 所示。

表2 计算参数

4.2.3 计算工况

本次计算目的在于模拟现场实际的强降雨，因此选择工况为强降雨工况，即土体处于饱和状态。

4.2.4 安全系数确定

本文计算对象为高速公路路堤边坡，因此参考《公路路基设计规范》中相关规定确定安全系数为1.15。

4.2.5 稳定性系数计算结果

根据滑坡现场的破坏边界条件和失稳方式，采用覆盖层沿基岩面折线滑动的破坏模式，边坡稳定性系数选择《建筑边坡工程技术规范》中传递系数法计算，结果如表3 所示。

表3 边坡稳定系数和剩余下滑力

由表3 可知，当稳定性系数取0.98 时，计算所得剩余下滑力为2 580.95 kN，与现场受力和桩基检测较为符合，当稳定性系数取1.15 时计算得到桩后剩余下滑力4 076.04 kN。由此可见，原抗滑桩的安全储备不足，需要增设支挡措施以提供足够抗力。

5 治理方案

本次边坡变形破坏是在强降雨作用下突然发生，且在暴雨结束后仍有蠕滑变形的现象，边坡处于临界失稳的极限平衡状态。基于这一实际情况，确定综合治理措施由抢险方案与永久处治方案两部分组成。首先进行抢险方案施工，此方案特点为施工快速便捷，目的在于控制边坡蠕滑变形，防止边坡由缓慢变形发

展为大规模滑动的失稳破坏；待雨季过后，开始永久处治方案施工，此方案通过有效设置支挡结构，显著提高边坡稳定性，保证其在以后类似暴雨工况下安全稳固，确保通行安全。

5.1 抢险方案

通过以上分析，制定应急抢险方案如下。

5.1.1 封水

清除靠山侧填平区的杂草和低矮灌木，然后用混凝土进行硬化封闭；将开裂的路面用沥青进行灌缝封堵，第一级填方平台开裂处用水泥砂浆抹补，并用防水彩条布遮盖。对失效的超高排水段横向排水进口和集水井进行封堵，使路面超高段汇水沿纵向排出。后续根据降雨情况巡检，对仍有变形发展的裂缝及时封堵。

5.1.2 排水

据现场观察，横向排水管出口在排水量较大的时候，会激跃至路堤坡面并形成冲刷，需对横向排水出口顺接大直径PVC 管至一级平台截水沟；坡体上渗水丰富的区域及桩板墙间挡板的渗水部位，增设108 mm 无缝钢管泄水孔，间距及加密程度根据现场出水的情况调整。

5.1.3 临时加固

根据基桩检测成果及监测数据，对路堤边坡体变形较大的两处区域进行临时加固，利用一级填方平台作为工作平台，设置三排钢管桩，如图5 所示，嵌岩深度按6 m 控制，为了更准确地贴合现场地质情况，具体桩长参数采用动态设计确定。施工过程中要避免施工器具、堆载对未达到强度的桩产生不利影响。

图5 钢管桩布置示意

5.1.4 补充钻孔

由于坡体上渗水的区域、桩板墙间挡板的渗水部位分布与挡板间泄水孔的排水状况不尽相同，表明路堤体内存在着不同程度的隔水区和渗水区，且分布很不均匀，导致渗入路堤体内的水不能及时排出，有必要对坡体内填料的状况进一步明确，处置措施实施的时候可以同步进行。

5.2 永久处治方案

根据计算结果可知，目前抗滑桩所提供的抗滑力不足，以9＃桩为例，为保证边坡在暴雨工况下的稳定性系数大于1.15，则还需补充至少1 576.04 KN 的抗滑力，因此需要增设新的支挡结构以提供足够的抗滑力。根据分析计算结合工程经验，制定方案如下：在破坏比较严重的原3＃～12＃桩之间设置直径2×3 m 型抗滑桩，桩距5 m，桩长16～25 m；另外，现场原12＃～20＃桩悬臂段长度普遍在11 m 以上，外倾变形较为明显，因此在12＃～20＃抗滑桩外侧布设8 根抗滑桩，桩径1.8×2.4 m，桩距5 m，桩长9～15 m，如图6 所示。

图6 抗滑桩布置平面

为了配合原桩形成有效的支撑体系，同时为了避免施工新开挖桩孔对原桩形成扰动，新桩采用错孔布置，纵向桩心间距为5 m，横向排距为3 m。新桩与原桩间采用横系梁联结。

桩长设置考虑了滑动面的岩土界面埋深、悬臂结构反弯特点及原桩悬臂段桩长条件，采用了悬臂段：嵌固段≈1：1，具体桩长应根据实际开挖情况进行调整。因总桩数较少，抗滑桩施工建议单根桩开挖、浇筑、成形，待桩身混凝土达到80%强度再施工下一根，避免同时开挖削弱原桩抗滑能力，提高施工安全保障。

6 结论

本文以贵州某山区高速ZK74+640～ZK74+850 段填方水毁边坡为研究对象，采用现场调查、原位监测、理论分析等手段，探究了边坡稳定性影响因素，揭示了暴雨作用下边坡变形破坏机制，并制定了相应的治理方案，得出结论如下。

（1） 填方边坡稳定性主要受到地形地貌、路基填料和降雨这三个因素的影响。而短时强降雨导致坡体内部静水压力增高，下滑力变大；岩土持续饱水，抗剪强度降低，抗滑力变小，是诱发边坡破坏的直接因素。

（2） 针对现场边坡变形所处阶段和理论计算结果，制定了钢管桩短时抢险和抗滑桩永久处治相结合的综合治理方案，经过现场施工反馈取得了良好的治理效果。