公路滑坡稳定性分析评价与治理

浅谈公路滑坡稳定性分析评价与治理摘要：滑坡是否稳定以及防护治理措施是否合理是公路设计、建设和运营中必须考虑的问题。

合理评价其稳定性并选择合适的防护治理方案至关重要。

本文对公路滑坡进行了稳定性分析与评价,在此基础上对其防治措施进行了详细的对比分析,分析了它们各自的机理与适用条件,最后得出结论:对于大型滑坡,宜采用抗滑桩防治效果较好。

关键词:公路; 滑坡; 稳定性分析; 防治
1前言
随着国民经济的大力发展,交通运输、矿山开采、水利和国防等建设工程中所遇到的滑坡问题越来越多,这些滑坡工程的稳定性及其对周边环境的影响已引起了人们的极大关注。

目前,边坡稳定已经和地震、火山并称为当今三大地质灾害源[1~2],国家和地方已经投入了大量的人力、物力和财力来进行这方面的研究和治理。

其中尤其是高速公路中的滑坡危害更大,滑坡是否稳定以及防护治理措施是否合理是公路设计、建设和运营中必须考虑的问题。

合理评价其稳定性并选择合适的防护治理方案至关重要。

本文对公路滑坡稳定性评价及其防治措施进行探讨,其目的是为其他各省区修建类似山区高速公路提供借鉴。

2工程概况
某公路滑坡所处地形地貌为山前崩坡积斜坡（见图2），斜坡上
分布有大量的崩塌灰岩孤石，从开挖的断面、钻孔揭露的情况均如此，
斜坡以上为奥陶系灰岩形成的陡岩，坡角约65°，坡高约60m，陡坡下、滑坡后缘为一小冲沟地形，沟走向近北向；滑坡后缘斜坡坡度相对较缓，坡角约15°；滑坡中后部斜坡坡度较陡，坡角约30°，中前部相对较缓，总的坡角约15°，由于高速公路施工开挖在该处形成一个宽约60m的平台，现在作为桥梁预制场，在内侧形成高3～8m的人工土质边坡，滑坡前缘坡度相对中部较陡，坡角在20°左右，前缘右侧坡度角约10°，为水稻田，向前呈“舌状”突起，滑坡前缘发育有一溪沟—长青子河，由南东向北西流过滑坡区，冲沟宽3-8m，沟中堆积有大量的崩塌灰岩块石、砂卵石，沟中大部分时间有水，据访问调查，水位变幅2.0m左右；在滑坡前缘左侧右线0#台、1#墩位于滑坡体中，在滑坡左侧中部分布有3户民房；在滑坡右侧中部为f8合同段的一段高切坡，设置了21根支护桩，边坡开挖正在进行，该处为一基岩形成的小山脊。

在紧临滑坡左侧还发育有一个滑坡（如平面图所示），主滑方向约10°，由于其对高速公路安全影响不大，本次未对投入更多的工作。

3滑坡稳定性极限平衡法分析
3. 1计算方法
根据滑坡的滑动面呈近似折线型，故采用传统的传递系数法对滑坡的稳定性进行计算分析。

1、稳定性验算公式
采用传递系数法计算公式：
式中：kf——稳定系数
wi——第i块段滑体所受重力（kn/m）
ri——作用于第i块段的抗滑力（kn/m）
ni——第i块段滑动面的法向分力（kn/m）
φi——第i块段土的内摩擦角（°）
ci——第i块段土的粘聚力（kn/m）
li——第i块段滑动面长度（m）
ti——作用于第i块段滑动面上滑动分力（kn/m），出现与滑动面方向相反的滑动分力时，ti取负值。

ψj——第i块段的剩余下滑力传递至第i+1块段时的传递系数（j=i）
αi——第i块段滑动面切线方向与水平方向夹角
tdi——作用于第i块段渗透压力平行滑面分力
rdi——作用于第i块段渗透压力垂直滑面分力
βi——第i块段地下水流向与水平方向夹角（°）
rw——水的重度（kn/m3）
按上述公式计算结果见附表1-附表9。

2、滑坡剩余下滑推力计算公式
滑坡剩余下滑推力按《公路路基设计规范》(jtjd30-2004)推荐的公式计算。

计算公式为：pi=pi-1×ψ+kst×ti－ri 式中：pi、pi-1—分别为第i块、第i+1块滑坡的剩余下滑力（kn/m）。

kst—滑坡推力计算的安全系数，根据不同有计算工况取不同的稳定安全系数。

ti—作用于第i块滑动面上的滑动分力（kn/m）
ri—作用于第i块滑动面上的抗滑力（kn/m）
3. 2计算模型
滑坡的稳定性计算选取1-1’、 2-2’、3-3’、4-4’、5-5’共5条剖面作为计算模型，考虑从前缘剪出、公路外侧现在变形处剪出两个剪出口位置，以及公路开挖前后两种情况分别进行计算、比较，滑坡稳定性计算剖面条分示意图分别见图3、图4、图5、图6。

3. 3 计算工况
本次计算的目的是评价滑坡的稳定状态，为滑坡的稳定性评价及防治工程提供
依据。

按最不利工况考虑，其计算工况组合如下：
工况一：自重
工况二：自重+暴雨
计算过程中，暴雨滑带土c、φ值按饱和抗剪强度指标计算；现状滑带土c、φ值按天然抗剪强度指标计算。

4治理措施设计
4．1剩余下滑力的确定
一般工程上是根据剩余下滑力的大小来确定抗滑桩的形式及其尺寸。

剩余下滑力的大小采用剩余下滑力法进行计算。

图1剩余下滑力法计算示意图
fig.1diagram for calculation with residue sliding force 对该滑坡而言,按稳定系数k=1.20计算滑
坡体剩余下滑力(图1)为:
ei= [kwisinθi+ei-1cos (θi-1-θi)] -
[wicosθi+ei-1sin(θi-1-θi)]tanφ-cili=1200kn
m式中:ei为第i滑块的剩余下滑力(kn);方向平行于滑动面,当ei>0时,不稳定;k为整个滑体剩余下滑力的计算安全系数;wi为第i滑块的自重应力(kn)。

自重应力的计算,在地下水位以上取天然重度,水位以下取饱和重度;ei-1为第i-滑块的剩余下滑力(kn),方向平行于第i-1滑块的滑动面,当ei-1<0时,不考虑,取ei-1=0;θi
为第i滑块滑面于水平面的夹角(°);下滑部分为正阻滑部分为负;θi-1为第i-1滑块滑面与水平面的夹角(°);下滑部分取正值,阻
滑部分取负值;i为第i滑块滑面处的内摩擦角(°);ci为第i滑块滑面处的粘聚力(kpa);li为第i滑块滑面处的滑面长度(m);ti 为表示第i滑块滑面的抗滑力(kn)方向平行于滑动面;ni为表示第i滑块滑面的有效法向反力(kn),方向垂直于滑动面。

4.2抗滑桩的要素设计
采用抗滑桩整治滑坡时,首先需要解决桩的平面布置与桩的埋入深度问题。

这是抗滑桩设计的主要参数,它的合理与否,直接关系到抗滑桩效用的成败。

(1)抗滑桩的平面布置:设置在滑体下部,考虑该滑坡的轴向很长,且为多级滑坡,上部设两排或三排抗滑桩分级处治,下部设挡土墙联合防治。

(2)抗滑桩间距:根据该区的岩性特征,抗滑桩桩长采用
12~40.5m,桩间距6m。

(3)抗滑桩锚固深度:原则上由桩的锚固深度传递到滑面以下地层的侧向压应力不得大于该地层的容许侧向抗压强度,桩底的最大压应力不得大于地基的容许承载力。

锚固深度不足,容易引起桩效用的失败;但锚固过深将导致工程量的增加和施工的困难。

有时可适当缩小桩的间距以减少每根桩所承受的滑坡推力,有时可调整桩的截面以增大桩的相对刚度,从而达到减少锚固深度的目的。

(4)抗滑桩的截面尺寸:根据经验,滑坡推力在1 000~2 100 kn/m 时,采用的桩截面尺寸为2 m×3m;滑坡推力为2 100~2 500 kn/m时
桩截面尺寸为2.5m×3.5m;滑坡推力为2 500~3 000 kn/m时桩截面尺寸为3m×4m。

结合上述分析综合考虑,在该滑坡采用抗滑桩加挡土墙措施比
较适宜。

实际施工中,可根据滑坡推力的大小、岩土层的性质等因素来设计抗滑桩。

在此我们建议采用9根抗滑桩,桩长18.5 m~21m,桩间距6 m,桩截面2 m×3 m;为防止滑坡体后不稳定土体进一步发展成为滑坡,还可在滑坡体后设5根抗滑桩,桩长15m左右,桩中距6m,桩截面2m×2.5m;抗滑桩应嵌入基岩6 m~9 m。

为防止抗滑桩间土体坍塌,设桩间挡土墙,最大墙高12m,宽度1.5 m,坡面的倾斜率为1:0.25,坡背的倾斜率1:0.33。

防止滑坡岩体风化剥落,对坡面采用护面墙护坡。

为防止山坡地表水进入滑坡体及隧洞口处,在滑坡体后不稳定土体前缘及后缘各修建截水排沟一条,排水沟用m7.5浆砌片石砌筑。

如果经过这样防护的话,再计算其稳定系数,得出
k=1.5,可以达到加固目的。

5结论
边坡防治措施的选择应依据稳定性评价结果及边坡剩余下滑力的大小来综合选定,同时考虑其地层岩性、岩层产状、坡高与坡角、水文地质条件等因素,经济上的合理和施工的便利与可行也是考虑的因素。

对于大型滑坡,因为其稳定性差,稳定系数小,剩余下滑力大,在选用加固措施时,应以抗滑桩为主;反之,对于小型滑坡而言,以挡
土墙加固较为合适。

注：文章中涉及的公式和图表请用pdf格式打开。