某山区高速公路滑坡成因分析及治理措施--2011.9.29

方仁印 余红安 刘日圣

（中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430052）

摘 要：通过对某山区高速公路顺层滑坡的成因分析，在综合治理的基础上，重点介绍了采取预应力锚

索抗滑桩技术在滑坡中的成功应用，并动态调整滑坡治理方案，为类似滑坡治理工程提供借鉴。

关键词：高速公路 顺层滑坡 成因分析 治理措施

1、前言

某山区高速公路以半挖半填的断面型式从浅表层滑坡体前缘通过。路基开挖后，将在滑坡前缘形成高陡临空面，若不采取加固措施，势必诱发顺层岩质工程滑坡。

在该滑坡治理方案设计过程中，工程技术人员对该路段的工程地质条件进行了分析和研究，设计了包括顺层清方卸载、预应力锚索、抗滑桩加固等在内的多种治理方案；从工程安全、投资和环境保护等方面进行了多方案比选，最终决定适当抬高路线纵面，降低路基边坡或坡体临空面高度，采用锚索抗滑桩加固治理方案。

简易公路

省道303

图1 滑坡体平面位置图

2、工程地质条件

2.1、场地地形地貌特征

高速公路工程在区域上处于四川盆地向黔北山区过渡地带，属山岭重丘区。由于受南北向、

北东向地质构造控制，地形上呈南北向和北东向山谷相间态势。

路线位于省道303上方，在建高速公路左侧山体的南面，山体自然坡度25°～40°，相对高差约65m，地形起伏，呈梯坎状，地表植被不发育。 2.2、场地岩土构成与特征

根据施工图阶段地质勘察资料，本路段地层自上而下可分为上覆第四系土层和下伏三叠系中统雷口坡组、下统嘉陵江组沉积岩层。分述如下：

1）第四系土层：在滑坡地段局部分布，由残坡积角砾及亚粘土组成，层厚0.50～1.72m，层底标高在619.430～628.988m之间。

1-1层：角砾（Q

dl+el

），分布于滑坡体前缘，为滑坡张裂缝充填物，层厚0.40～0.70m，紫红

色，主要由角砾和泥质组成，局部含少量砂粒及碎石。角砾含量约60～70%，呈棱角状，成份为强风化泥岩，松散，潮湿。层底标高624.000～628.988m。

1-2层：亚粘土（Qdl+el），为第四系残坡积土层，分布于滑坡体中、前缘地带，层厚0.20～1.02m，褐红色，主要由粘性土、砂及角砾组成，呈软塑状，潮湿。顶部含植物根须，砾石含量极不均匀，含量5～25%，呈次棱角～棱角状，粒径在2～30mm之间。层底埋深0.50～1.72m，层底标高619.630～622.980m。

2）基岩：多隐伏于第四系土层之下，裸露于山坡和山顶上。岩性主要有三叠系中统雷口坡组泥岩夹泥灰岩及下统嘉陵江组中厚层灰岩，层间夹0.15～0.40的泥化夹层。根据岩石风化程度和裂隙发育程度，划分为强～微风化。

2-1层：强风化泥岩、泥灰岩（T2L），为三叠系中统雷口坡组岩层，层厚13.45～13.90m，层面埋深0.00～0.70m，层面标高630.501～652.380m。为薄层状泥岩夹条带状泥灰岩，呈暗红色，局部灰黄色，主要由风化泥岩碎块和泥质、砂粒组成，局部夹弱风化灰岩。节理、裂隙极发育， 岩质软，钻进快、易垮孔，岩块用手易折断，失水后易开裂，浸水易泥化。

2-2层：层间泥化夹层，位于2-1层中、底部灰岩与泥岩层面之间，层厚为0.15～0.40m，呈土状，可干钻，浸水即散，力学强度低，饱水抗剪强度指标：C=20KPa，φ=12°。

2-3层：弱风化泥岩、泥灰岩（T2L），为三叠系中统雷口坡组岩层，层厚5.80～6.05m，层面埋深13.45～13.90m，层面标高616.851～638.480m。呈暗红色，泥质胶结，薄～中厚层状构造，层面较光滑，充填钙质、泥质物，结合度一般；岩石较完整，岩芯多呈柱状夹块状。

2-4层：微风化泥岩（T2L），为三叠系中统雷口坡组岩层，层厚2.90～3.10m，层面埋深19.40～19.70m，层面标高610.801～632.680m。暗红色，泥质胶结，中厚层状构造节理、裂隙稍发育，岩石完整，岩芯多呈中、长柱状。

2-5层：微风化灰岩（T1j），为三叠系下统嘉陵江组岩层，揭厚度9.00～9.30m，层面埋深22.30～22.60m，层面标高607.701～629.780m。深灰色，隐～细晶质结构，厚层状构造；层面较粗糙，结合度较好，岩质致密、坚硬，岩石完整，岩芯多呈中～长柱状。 2.3、地质构造

滑坡体岩层总体上呈单斜构造，岩层产状25°∠24°，岩层走向与路线*行，倾向303

省道和拟建高速公路。岩层以软质泥岩为主，夹薄层硬质灰岩，节理裂隙较发育，层间结构面平滑，连接力弱。特别是上部强风化岩层，节理裂隙极发育，岩石破碎，地表水容易渗入地下，软化基岩，中、底部灰岩与泥岩层面之间夹0.15～0.40m的泥化夹层，结合程度较差，边坡开挖后容易失稳，诱发工程滑坡。 2.4、场地气象及水文地质条件

场地属亚热带湿润季风气候区，具有明显的季节性特征，冬暖夏热、最高气温43℃，最低气温-3.1℃。雨量充沛，多年平均降雨量1085.1 mm，最大年降雨量1181.5mm，雨季集中于5～8月。

滑坡地段地表水不发育。地下水以基岩裂隙水和岩层层间滞留水为主，呈层状、脉状赋存于基岩裂隙中，接受大气降水补给，富水性较弱。施工期间测得钻孔地下水埋深13.60～15.70m，标高616.901～625.064m，在滑动面②、滑动面③以下。 2.5、场地的地震效应

滑坡体范围内地层为三叠系中下统泥岩夹薄层灰岩，按照《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89），属坚硬土场地，场地类别为Ⅰ类。依据《中国地震烈度区划图》（1990），场地地震动峰值加速度为0.05g，地震动反应谱周期值0.35s，相当于地震基本烈度Ⅵ度，按照规范要求可不考虑地震影响。

3、潜在滑坡模型及滑坡体规模

3.1、滑坡模型的建立

滑坡地段地表具明显的滑坡周界和变形特征，近前缘、中后缘及后缘滑坡壁出现滑动台阶、洼地、剪切裂缝和坍陷坎（高度一般0.50～1.00m）等变形痕迹。滑坡中、后缘雁列式排列三条张裂隙，张开度0.20～0.50m，垂直延伸0.50～1.50m，半充填，充填物为软塑状粘土。这些地表变形特征，特别是滑坡中、后缘雁列式排列三条张拉裂隙，与滑坡深层岩土体的蠕滑变形有关。

图2 滑坡体模型缩图

滑动岩土为第四系松散角砾土、亚粘土及强风化泥岩夹泥灰岩地层。滑动面①为第四系覆盖层与三叠系基岩岩土分界面，埋深1.72m；滑动面②为2-1层中部灰岩与泥岩间的泥化夹层，厚0.15～0.40m，埋深8.4～8.5m，；滑动面③为2-1层底部灰岩与泥岩间的泥化夹层，位于路基设

计标高以下，为潜在滑动面，层厚0.15～0.40m，埋深13.45～13.90m。路线左侧边坡开挖后，滑动面②露出地面，位于边坡坡脚附近，上覆岩土体中水平构造剩余应力释放和结构调整，形成危险结构面，诱发工程滑坡；滑动面③位于路基以下约3.0m，上覆岩土体变形破坏后，由于边坡坡脚应力集中，上覆岩土体有可能在边坡坡脚附近剪出（见图2）。 3.2、滑坡体规模及结构

根据钻探、坑探及物探揭露的岩土分界面和泥化夹层位置，各滑动面对应的滑坡体规模如下： 滑动面①：岩土主滑方向长度112.8m，滑坡体厚度约1.72m，主滑方向约25°，与路线走向近正交；滑坡体宽度142.0m，总体积约1.534万m3。滑坡体为上部松散覆盖层及全风化的泥岩，滑动面为全风化泥岩与强风化泥岩泥化夹层接触面；滑床为下部强风化泥岩层。

滑动面②：岩土主滑方向长度113.1m，滑坡体厚度约8.45m，主滑方向约25°，与路线走向近正交；滑坡体宽度142.0m，总体积约6.817万m3。滑坡体为上部松散覆盖层及全强风化的泥岩，滑动面为层间泥化夹层接触面；滑床为下部弱风化泥岩层。

滑动面③：岩土主滑方向长度156.9m，滑坡体厚度约13.90m，主滑方向约25°，与路线走向近正交；滑坡体宽度142.0m，总体积约12.205万m3。滑动面为层间泥化夹层接触面；滑床为下部弱风化泥岩层。 3.3、滑坡体原因分析

该处滑坡属顺层岩质工程滑坡，根据钻孔、坑探及物探揭露的地质情况来看，滑坡体致滑的主要原因如下：

1、岩层产状25°∠24°，走向与路线*行，倾向在建高速公路。

2、岩层以软质泥岩为主，夹薄层灰岩，构成了隔水岩层与透水岩层相间的结构特征，层间滞留的地下水比较丰富，加之泥岩遇水容易软化、崩解， 于是在2-1层中、底部灰岩与泥岩层间形成了软弱泥化夹层。

3、路线以半挖半填的路基型式从滑坡体前缘通过，边坡开挖后，在滑坡体前缘形成高陡临空面，为滑坡的形成提供剪出条件。

4、滑动面②、滑动面③为层间泥化夹层，在各钻孔中均有揭露，位于2-1层中、底部灰岩与泥岩层面之间，层厚为0.15～0.40m，呈土状，浸水即散，饱水抗剪强度指标：C=20KPa，φ=12°，力学强度低。

4、稳定性计算分析

在滑坡稳定性分析的过程中，滑坡剩余下滑力计算采用了工程上比较通用的传递系数法。 根据地质调绘和钻孔资料分析，滑坡发育在强弱风化的软质泥岩中，滑动面为层间泥化夹层，呈土状，胶结程度差，层间连接力弱，力学强度低。地勘资料提供的岩土参数：滑动面②、滑动面③（灰岩与泥岩接触面间）泥化夹层的抗剪强度c=20KPa，φ=12°，滑体岩土的天然容重γ=23.5kN/m。各滑动面稳定性计算结果如下：

3

稳定系数及剩余下滑力 滑动面编号 滑动面① 滑动面② 滑动面③ 处治前的 稳定系数K ---- K2=0.90 K3=1.01 处治后的 稳定系数K′ ---- K′2≥1.25 K′3≥1.25 剩余下滑力 （KN/m） 备 注 F=259.9KN/m 归入滑动面② F=2805.8KN/m 先期实施方案 F=3864.5KN/m 预留方案 5、滑坡体综合治理措施

5.1、治理方案

根据滑动面②计算的剩余下滑力，对抗滑桩的截面尺寸、布置间距、材料等进行了反复验算，确定治理方案：在边坡坡顶设置一排尺寸为2.0×3.0m的抗滑桩，间距5.0m，桩顶设置2根8φ15.24预应力锚索。考虑到滑动面③在边坡开挖后，受地下水和外部营力的作用，也存在失稳的可能性。所以，在路线左侧90m 处预留了一排尺寸为2.0×3.0m的抗滑桩，间距5.0m，桩顶设置2根8φ15.24预应力锚索，根据先期挖孔桩对滑面处地质情况验证后，结合观测资料分析决定是否实施。

桩顶设置2根8φ15.24预应力锚索，不仅使锚索与抗滑桩共同受力，而且可以很好地改善抗滑桩的抗弯、抗剪性能，使抗滑桩的结构更加安全。

图3 滑坡治理方案

5.2、治理设计要点 5.2.1、抗滑桩

1、桩位：位于K13+400～K13+442左25m处（边坡坡顶），尺寸为2.0×3.0m抗滑桩，间距（中对中）5.0m，桩顶设置2根8φ15.24预应力锚索。为增加抗滑桩的整体强度，每根抗滑桩里放置2根43#钢轨。

2、钢筋：背筋选用φ32、面筋选用φ25、侧筋选用φ20、箍筋选用φ10钢筋。

3、抗滑桩施工：按照隔桩挖孔的原则，开挖一批孔施工一排桩，组织好挖孔、下钢筋笼、灌注混凝土等工序。吊装钢筋笼后，应测定孔中地下水位，如孔中水深超过5m，应抽水后方可灌注混凝土。

4、钢轨：选用43#钢轨，钢轨接头处焊接长度为50cm。 5.2、2、预应力锚索

1、位置：位于每根抗滑桩（钢轨）桩顶。

2、锚索：自由段长度20m，锚固端长度为10m，采用8φ15.24的高强度、低松驰预应力钢铰线，单根锚索设计工作荷载为1000kN。 5.2.3、地表裂缝封闭

应及时对坡体出现的裂缝采用粘土及时进行夯填封闭。对已经施工完的截水沟，若发现有被剪裂处，应用水泥砂浆及时封闭修复。 5.2.4、排水措施

抗滑桩开挖施工前，在桩埋设位置上方5m左右处开挖0.3×0.3m矩形临时排水沟，沟底铺设防渗土工布，以排除桩后缘地表水，将地表水及时引离抗滑桩以外。待抗滑桩施工完成后再将临时排水沟用M7.5浆砌片石浆砌加固。

滑坡体的变形在很大程度上是由于地表水进入滑坡体，富集于滑动面附近，导致滑带岩土的力学性质、水力条件发生改变。因此，阻截地表水的下渗非常重要，本次设计中另外设置3道M7.5浆砌片石矩形截水沟，尺寸0.3×0.3m。

滑坡地段的地下水类型以基岩裂隙水和层间滞留水为主，接受大气降雨补给。在抗滑桩施工过程中可根据实际情况，适当布设软式透水管，及时疏干滑动面附近的地下水，增强滑动岩土自身的稳定性。 5.2.5、预留方案

在抗滑桩施工过程中，通过对滑动面③处滑带土样进行物理力学试验、经计算分析，并结合施工后近1年的位移变形监测结果，滑动面③以上的滑坡体整体稳定，不会再次滑动。因此，预留方案取消。

6、 结束语

通过对滑坡体及锚索抗滑桩近2年的位移变形监测结果分析，滑体稳定，说明锚索抗滑桩整治方案是成功的。山区高速公路顺层滑坡是常见地质病害之一，滑坡治理应在优化路线平纵面设计的基础上，通过施工及监测，适时调整滑坡治理方案，保证治理方案安全和经济。希望这些成功经验能对后续类似公路边坡病害治理提供有益的参考和借鉴。

参考文献：

[1]《土层锚杆设计与施工规范》(CECS22：90). 冶金部建筑研究总院，,1990. [2]《公路设计手册 路基 第二版》. 交通部第二公路勘察设计院，2001.