张 军

（山西省公路局 临汾分局，山西 临汾 041000）

0 引言

公路高边坡具有数量多、地质条件复杂及施工速度快、施工期和运营期变形破坏事例频发等特点[1]。而在我国的北方地区，越来越多的工程项目存在高边坡开挖，遇到的一个重要问题就是黄土边坡的稳定问题。这一问题不仅严重影响公路建设的施工进度甚至施工安全，而且在公路竣工后还可能对公路的安全运营产生严重的危害[2]。

何红前[3]通过分析黄土高边坡研究中存在的不足之处以及诸多问题以后，从边坡稳定性及其防护方案两方面入手展开研究。研究表明黄土中的古土壤和钙质结核由于内聚力较大，对边坡的稳定性有积极意义。刘海松[4]将公路黄土高边坡划分为八大类，总结了各地质结构模型的分布规律和特征，并对不同坡型黄土高边坡稳定性进行了分析评价，同时结合边坡地质结构模型，提出了公路黄土高边坡的合理坡型设计方案，这对公路黄土高边坡稳定性分析以及防护工程设计（包括植物防护设计）都具有非常重要的实际意义。

为了进一步研究黄土地区路堑高边坡的变形机理和防治设计，很有必要进行黄土路堑高边坡的勘察设计施工的研究和总结，以进一步完善相关设计和施工技术的应用，为以后避免类似问题、节约工程造价以及应急设计提供高价值的技术支持。

1 工程概况

某高边坡公路里程为K630+478—+545，最高开挖达75 m，于2005年完成施工。在2007年雨季曾在三、四级边坡平台上产生变形，三级边坡出现沿路线长度约11 m宽的滑塌，三级边坡坡面下陷，滑塌土体堆积于二级边坡平台上，并在滑塌后缘的三级边坡平台上，已形成包含滑塌体的弧形裂缝，裂缝宽约5～15 cm，长度约36 m，裂缝两侧形成了最大约20 cm的错台，裂缝延伸穿过三级边坡坡面至二级边坡平台上，坡面鼓裂，其影响范围为K630+503—K630+544。

2011年10月，一二级边坡又一次发生坍塌，现场调查发现，除三、四级边坡平台原有变形裂缝有较大发展外，三级边坡出现坡面坍塌，在六级边坡上出现圈椅状拉裂缝，缝宽约5～10 cm，裂缝内侧下陷约15～20 cm；五级边坡平台北部出现多条沉陷裂缝，缝宽约20 cm，下陷约20～60 cm，上述新的裂缝在向一级边坡延伸并与边沟拐角处2007年出现的裂缝相接。

该段高边坡的变形破坏严重，已危及该段公路的安全运营，急需进行应急治理工程设计。

2 高边坡的工程地质特征

2.1 地形地貌

该高边坡地貌总体特征为中黄土梁峁地貌，受冲蚀作用，边坡南北两侧，各发育一条冲沟，地形高差较大，最大高差达75 m左右。现场调查未发现由6级边坡延伸的裂缝构成的变形体在其他分级边坡上有剪出的迹象，由此分析该变形体属较深层的变形，其滑面已产生并基本贯通，已形成滑坡，目前处于挤压变形阶段。由变形裂缝构成的滑体范围，后缘至六级边坡中上部，前缘至一级边坡坡脚，平面上纵向长度约75 m，前后高差约 56 m，滑体宽40～60 m，平均厚度 22 m，体积约 8×105m3。

2.2 地层结构

据勘探揭示，滑体土主要由上部黄土（Q3马兰黄土、Q2离石黄土）、弱膨胀土及坡脚附近卵石组成，除前部坡口处因坍塌松散外，土体整体结构基本保留。详述如下：

第四系上更新统风积马兰黄土（Q3eol）为灰黄色，垂直节理发育、具大孔隙，具中强湿陷性，在边坡上形成三处落水洞。第四系中更新统风积离石黄土（Q2eol）与马兰黄土以红褐色古土壤层分界，具有大孔隙，土质较硬，发育多层红褐色古土壤层，受剥蚀作用影响，古土壤层多以密集钙质结核层形式存在。第四系中更新统冲洪积膨胀土（Q2al+pl）以红褐色为主，岩性主要为亚黏土，土质较均匀、致密，裂隙较发育，裂隙面光滑，其上可见擦痕，擦痕指向不规则，具弱膨胀性。可见钙质结核和铁锰质结核，局部密集成层，但具有明显的再次搬运特征，为非原生。第四系中更新统冲洪积卵石层（Q2al+pl）在小桩号侧坍塌段的一级边坡坍塌面中部见到，夹于弱膨胀土层中，呈透镜体状，与红褐色膨胀土呈相变关系。卵石成分以灰岩、变质岩为主，亚圆形，最大粒径约20 cm，最小粒径约4 cm，一般粒径8～15 cm，含漂石，充填砂砾约25%，密实。

滑带位于上述土层中，滑带厚度5～10 cm，含水量高，土质疏松，黏性土滑带呈软塑状态，钻孔揭示有渗水现象。

3 滑坡的成因和稳定性评价

3.1 滑坡的成因分析

滑体所在地段边坡高度大，临空面高，坡体应力调整出现裂缝，在降雨作用下，坡面、平台排水不畅，雨水沿孔隙及裂缝渗入，在滑带附近聚集，局部达到饱和状态，形成软弱带，使土体抗剪强度降低，产生坡体变形；在2011年较长时间的持续降雨作用下，大量雨水渗入坡体，引起软弱带扩展、抗剪强度进一步降低、坡体重量增加，导致坡体发生滑动变形，并牵引后部坡体出现多条拉张裂缝。但由于一级边坡高度范围内局部存在卵石层，起到一定的抗滑作用，故未能导致坡体产生较大滑动。

3.2 滑坡的稳定性分析与评价

按照《公路工程地质勘察规范》（JTG C20－2011）定性评价，该高边坡已产生了明显的变形，其滑面已产生并基本贯通，已形成滑坡。从裂缝后缘带变形较大，前缘变形相对较小的特点分析，变形方式表现为以推移为主的挤压滑动,目前处于挤压变形阶段。

根据勘察成果，并结合类似滑坡治理工程经验及滑坡反算成果，选取如下参数对该滑体主滑断面的稳定性进行了计算：土的重度取γ=20 kN/m3、γ饱和=21 kN/m3，按综合分析所推测的滑面，取稳定系数K=0.99，滑面内黏聚力c=25 kPa（反算时，卵石层的指标取c=0 kPa、φ=35°），反算结果滑面摩擦角φ=15.2°。主体断面上该滑体的稳定性计算结果见表1。

采用不平衡推力法进行计算，滑坡计算条分图见图1，滑坡稳定性计算结果见表1。

表1 滑坡稳定性计算一览表

图1 滑坡主断面条分图

经综合分析，判定该段高边坡在天然状态下、暴雨或持续降雨状态下以及地震状态均处于不稳定状态。

4 滑坡的治理设计

4.1 滑坡治理工程设计

该段高边坡的变形已严重影响到该段公路的安全运营，为了保证该段坡体的稳定，对其主要采用减载+挡土墙+渗沟+截排水等工程措施进行综合治理，在弱膨胀土渗水层设置支撑渗沟进行地下水的排导，并对整个坡面的截排水系统进行完善，保证地表汇水的顺利排出。断面工程布置图见图2。

图2 工程布置断面图（单位：m）

4.1.1 临时安全工程

为防止施工开挖时土石块滚落路面，对行车安全造成损害，必须进行临时安全工程设计。在K630+478—+545区间，设置长 70 m、高 1.0 m、厚0.6 m的混凝土路面防挡墙，拦截坡面滚落的土石块。防挡墙采用1.80 m×1.0 m×0.6 m的C25混凝土预制件组装，预制块采用构造配筋，其顶设置吊环，以便吊运。

开挖边坡时，在下级边坡平台上设置护拦板对坡口处土石块进行拦挡。护拦板制作如下：采用架管搭设三角形骨架，宽、高分别为2 m，纵向间距2 m，彩钢板固定于三角形骨架立面。单道拦挡板总长度160 m，重复使用。

4.1.2 削方减载工程

由于该段边坡后部为反向坡，有较好的削坡减载条件，故由一级边坡平台向后分级减载，加宽一级边坡平台至8 m，二级边坡坡率为1∶0.75，坡高10 m、平台宽度14 m；三级边坡坡高10 m、坡率1∶1.5，三级平台宽8 m；四级边坡高度10 m、坡率1∶1.25、平台宽度8 m；五级边坡坡高9 m、坡率1∶1.25与高程为871 m的宽减载平台相接。

4.1.3 支挡防护工程

根据一、二级坡面变形破坏情况，对边坡坡脚进行加固，将一级护面墙调整为C20片石混凝土路堑墙，顶宽 1.5 m，面坡 1∶0.25。

根据弱膨胀土层渗水分布特点，在第二级平台内侧设护脚墙，顶宽2.0 m，面坡1∶0.35，总高4 m，埋深1.5 m，并在其后设水平宽度为6 m的支撑渗沟，每道宽2 m，横向间距8 m，共设9道，以排除地下渗水，增加坡体的稳定性，以保证边坡整体的安全。

4.1.4 坡面防护工程

对各级坡面采用拱形骨架+植草进行坡面综合防护。并完善原有边坡截排水系统，对各级平台采用30 cm厚C20钢筋混凝土进行防护。

4.2 设工程后滑坡稳定性计算

根据《公路路基设计规范》（JTG D30—2004）正常工况下滑坡的设计安全系数Fs取为1.3，非正常工况Ⅰ和Ⅲ下Fs均取1.20。经计算，应急减载后计算断面的滑坡稳定性结果如表2。

表2 设工程后滑坡稳定性计算结果一览表

综上所述，减载后高边坡满足规范设防安全要求。

4.3 滑坡应急工程设计的施工顺序及注意事项

由于该滑坡地质较为复杂，变形较快，为了保证施工安全及过往车辆的行车安全，必须严格按照一定的施工顺序进行施工。施工顺序总体如下：临时安全措施—削方减载—截排水—路堑墙—支撑渗沟—拱形骨架—植草绿化。

该高边坡治理工程为一应急抢险工程，不具备公路断通的条件，必须在公路运营期间完成施工，具有一定的特殊性，主体工程施工必须在安全工程完成后才可实施。

由于需要半幅施工，应按相关安全规范设置安全标志、警示标志和限速标志等，并由专人值守、负责提示路面行驶车辆注意。

对于高边坡中的渗水点应根据开挖后具体位置对支撑渗沟进行调整，以保证其发挥最大的作用。

该高边坡工程已于2011年12月顺利完工。根据竣工后的定期监测资料，坡体已经稳定，治理工程取得了圆满成功。

5 结语

本文在分析某黄土路堑高边坡变形机理的基础上，阐述了安全工程、削方减载、支撑渗沟和截排水等治理工程措施，并总结了应急工程中的施工顺序和重点注意事项，可为公路路堑高边坡应急抢险的勘察、设计和施工技术的完善提供翔实的实践资料和重要的技术支持。