常吉高速公路五強溪庫岸邊坡穩(wěn)定分析及處理

李頌軍 蘆 冰

（湖北水總水利水電建設(shè)股份有限公司 武漢市 430034）

1 工程概況

常德至吉首（常吉）高速公路是國家西部大開發(fā)戰(zhàn)略重點建設(shè)項目，該高速公路樁號K169+200～K171+900段約2.7 km范圍內(nèi)位于五強溪庫區(qū)沅水河岸半山腰上，路基為半挖半填，地質(zhì)條件較差，巖石產(chǎn)狀較陡，巖石傾向與地形坡向基本一致，均傾向河床，為順坡向地段，巖層節(jié)理裂隙發(fā)育，部分地段存在邊坡失穩(wěn)可能，對其進(jìn)行穩(wěn)定性評價，并有針對的進(jìn)行邊坡處理十分重要。

2 邊坡穩(wěn)定性評價

2.1 巖土體物理力學(xué)指標(biāo)

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，邊坡穩(wěn)定性計算采用的巖土體物理力學(xué)指標(biāo)見表1。

表1 邊坡穩(wěn)定性計算巖土物理力學(xué)指標(biāo)取值表

2.2 計算工況

該邊坡安全等級為I級，根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTJD 30-2004）穩(wěn)定計算的工況考慮正常工況和非正常工況Ⅰ，其安全系數(shù)分別取1.2和1.1。

2.3 荷載條件

自重：包括現(xiàn)有邊坡，公路路堤填方，在基本工況下，巖土體取天然容重，特殊工況下取飽和容重；

外荷：現(xiàn)有建筑物；

地下水位：根據(jù)水文地質(zhì)確定；

水庫水位：正常工況取正常蓄水位108.0 m靜水位，非正常工況Ⅰ取五強溪電站規(guī)劃擴機蓄水位114.0 m靜水位。

2.4 穩(wěn)定計算

根據(jù)巖土體物理力學(xué)指標(biāo)、計算工況和荷載條件，采用不平衡推力傳遞法進(jìn)行邊坡抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)。

根據(jù)邊坡地形地質(zhì)情況，樁號k169+735～k169+970反向坡段處于穩(wěn)定狀態(tài)，其余坡段分6段選取9個不同的典型剖面進(jìn)行計算。本文以樁號k169+200～k169+460段為例計算邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)，該段為順向坡段，地形較陡，山頂高程約200 m左右，在150 m高程以上地形坡度變得平緩，巖石產(chǎn)狀與邊坡走向基本一致，公路開挖后路基填筑厚度較大，坡度較陡，約在35°～40°，下方有少量覆蓋層覆蓋。該段邊坡巖性以泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，巖性較軟弱，中間夾有（2～5）m的砂巖，巖性軟硬相間?？紤]邊坡沿軟弱夾層的整體滑動問題，選取可能存在的滑動面以上巖土體進(jìn)行整體穩(wěn)定性計算，典型剖面1-1樁號為k169+258，詳見計算簡圖（附圖）。

附圖 計算簡圖

采用相同方法對各個剖面分別進(jìn)行計算。

2.5 邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)論

邊坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)計算結(jié)果表明：正常工況下，各計算剖面穩(wěn)定安全系數(shù)均略大于1.0；非正常工況Ⅰ下，除5-5剖面穩(wěn)定安全系數(shù)略大于1.0外，其它各計算剖面穩(wěn)定安全系數(shù)均小于1.0，邊坡處于極限平衡或處于蠕變變形階段，在外界條件改變時，可能存在邊坡失穩(wěn)而產(chǎn)生滑坡，需采取工程整治措施進(jìn)行加固，確保安全。

3 邊坡處理

3.1 計算方法及計算結(jié)果

計算方法采用《公路路基設(shè)計規(guī)范》和《水庫滑坡與防治技術(shù)》推薦的傳遞系數(shù)法。

基本假定：

●在順滑動主軸方向的地質(zhì)縱斷面圖上，按滑面的產(chǎn)狀和巖土性質(zhì)劃分為若干鉛直條塊，由后向前計算各條塊分界面上的剩余下滑力即該部位的滑坡推力。

●每段滑體的下滑力方向與其所在的條塊的滑面平行。

●橫向按每米寬計算，略去兩側(cè)摩擦阻力不計。

●視滑體為連續(xù)而無壓縮的介質(zhì)，由后向前傳遞下滑力做整體滑動，不記滑體內(nèi)部的局部應(yīng)力作用。

●作用在任一分界面上的推力分布圖形，當(dāng)滑體上層和下層的滑動速度大體一致時，可假定為矩形；對軟塑體或流塑體滑坡，底部滑速往往大于其表層，其推力分布圖形為三角形；介于上述兩種情形之間為梯形。

滑體上的作用力分為基本力系和特殊力系兩類，特殊作用力在可能出現(xiàn)的情況下才列入計算。

（1）基本力系：滑體自重Wi、自上一條塊傳遞來的剩余下滑力Ei-1、下一條塊產(chǎn)生的支撐力Ei、滑床反力Ni、滑面的抗滑力Ti。

（2）特殊作用力：

① 作用在條塊上的外部荷載P

② 動水壓力Di（滑體飽水或其下部飽水且與滑帶水相連通時考慮）

③ 滑床上產(chǎn)生的浮托力：Ui

④ 裂隙充水的靜水壓力：pwi、pw(i-1)

⑤ 滑頭水系有壓頭H0的承壓時的浮托力S’i

⑥ 地震力：Ehsis

基本力系作用下的剩余下滑力計算

當(dāng) Ti＜0 時，應(yīng)取 Ti=0。

式中Ti，Ti-1——第I和第I-1滑塊剩余下滑力（kN/m）；

Fs——穩(wěn)定系數(shù)；

Wi——第I滑塊的自重力（kN/m）；

αi，αi-1——第I和第I-1滑塊對應(yīng)滑面的傾角（°）；

Φi——第I滑塊滑面內(nèi)摩擦角（°）；

Ci——第I滑塊滑面巖土粘聚力（kN/m）；

Li——第I滑塊滑面長度（m）；

ψi——傳遞系數(shù)。

邊坡各剖面的正常工況下單寬剩余下滑力計算結(jié)果如下表2。

表2 單寬剩余下滑力計算結(jié)果表

3.2 邊坡處理方案

根據(jù)安全、合理、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計原則及計算的單寬下滑力，邊坡處理方案如下：公路以上邊坡以2 000 kN級預(yù)應(yīng)力錨索加固為主，公路以下覆蓋層較厚邊坡以抗滑樁加固為主。各段的具體整治方案如下：

（1） 樁號 k169+220～k169+460 段，公路上邊坡設(shè)置2 000 kN級錨索1排，水平間距為6 m，公路下邊坡設(shè)置2 m×3 m抗滑樁和2 000 kN級樁錨各1排，水平間距6 m。

（2） 樁號 k169+460～k169+735 段，設(shè)置 2000kN級錨索 2～6排， 水平間距 （4～6）m； 2 m×3 m 抗滑樁2～3排，水平間距6 m。公路上邊坡局部范圍內(nèi)的滑塌體需進(jìn)行清除減載，并在坡腳設(shè)擋土墻支擋。公路下邊坡的河岸坡腳進(jìn)行回填反壓。后緣拉裂縫采用粘土回填處理。開挖坡面設(shè)置15 m深排水孔，間距5 m。公路上部開挖坡面采用草皮護(hù)坡，回填反壓區(qū)水下部分塞克格賓護(hù)腳，水上部分雷諾護(hù)墊護(hù)坡。

（3） 樁號 k169+970～k170+400 段，設(shè)置 2000kN級錨索0～2排，水平間距6 m；2 m×3 m抗滑樁0～1排，水平間距6 m。對4-4剖面附近，公路外側(cè)棄碴場進(jìn)行削坡減載，河岸坡腳回填反壓。后緣拉裂縫采用粘土回填處理。開挖坡面設(shè)置15 m深排水孔，間距5 m?；靥罘磯簠^(qū)水下部分塞克格賓護(hù)腳，水上部分雷諾護(hù)墊護(hù)坡。

（4） 樁號 k170+400～k170+700 段，設(shè)置 2 000 kN級錨索3～4排，水平間距6 m；2 m×3 m抗滑樁0～1排，水平間距6 m。公路上邊坡的二次滑坡體及其后部覆蓋的土石松散體削坡減載，并在坡腳設(shè)擋土墻支擋，河岸坡腳回填反壓。后緣拉裂縫采用粘土回填處理。開挖坡面設(shè)置15 m深排水孔，間距5 m。公路上部開挖坡面采用草皮護(hù)坡，回填反壓區(qū)水下部分塞克格賓護(hù)腳，水上部分雷諾護(hù)墊護(hù)坡。

（5） 樁號 k170+700～k171+100段，在公路下邊坡設(shè)置2 m×3 m抗滑樁和2 000 kN級樁錨各1排，水平間距6 m。

（6） 樁號 k171+300～k171+900段，在公路下邊坡設(shè)置2 m×3 m抗滑樁1排，水平間距6 m。河岸坡腳回填反壓，回填反壓區(qū)水下部分塞克格賓護(hù)腳，水上部分雷諾護(hù)墊護(hù)坡。

3.3 施工注意事項

3.3.1 預(yù)應(yīng)力錨索工程施工

（1）分散承壓型預(yù)應(yīng)力錨索不同于常規(guī)的集中受拉型錨索，是一種更適應(yīng)較差地質(zhì)條件的新型錨索。錨索施工單位必須具備分散承壓型預(yù)應(yīng)力錨索的施工經(jīng)驗和業(yè)績。

（2）錨索孔開孔偏差控制在10 cm以內(nèi)。孔斜誤差不大于孔深的2%。在鉆進(jìn)過程中，隨時記錄鉆進(jìn)速度、回風(fēng)、返碴等情況。錨孔鉆進(jìn)過程中，若出現(xiàn)不回風(fēng)、不返碴、塌孔、卡鉆等現(xiàn)象或因地質(zhì)條件復(fù)雜節(jié)理裂隙發(fā)育，滲水量較大及巖石破碎等情況，按設(shè)計要求進(jìn)行孔道固結(jié)灌漿處理。

（3）鋼絞線為外帶PE層的無粘結(jié)鋼絞線。下料長度按照錨索設(shè)計長度截取，將無粘結(jié)鋼絞線錨頭嵌固端擠壓套安裝處去皮洗油。鋼絞線及其他索體附件按施工圖紙要求編排并綁扎成束，鋼絞線與錨頭嵌固端擠壓套采用GYJA型專用擠壓機擠壓連結(jié)。鋼絞線采用無鋅鐵絲編簾，并按內(nèi)錨段承載體的分組要求，對鋼絞線采用不同顏色的膠帶纏繞粘貼在張拉段絞線端頭進(jìn)行分組編號區(qū)分。錨索體采用無鋅鐵絲捆扎。錨索體入孔前，用高壓風(fēng)將孔道再次沖洗，錨索外露長度必須滿足張拉施工操作。索體就位后，及時將錨索外露部分包裹，以防污損。

（4）錨索灌漿采用純水泥漿一次性全孔灌注。砂漿標(biāo)號不低于M20。錨索封孔灌漿采取有壓自下而上進(jìn)行。

（5）錨索孔漿體的水泥結(jié)石達(dá)到設(shè)計強度后，進(jìn)行錨索張拉。壓力分散防腐型錨索由于其內(nèi)錨頭的各組鋼絞線長度不一，采用單根預(yù)緊、單根張拉方式，先張拉錨具中心部位鋼絞線，后張拉錨具周邊鋼絞線，按照間隔對稱分序進(jìn)行。一個張拉循環(huán)完畢，進(jìn)行下一個張拉循環(huán)，直至達(dá)到設(shè)計張拉力。

張拉前，須對千斤頂、高壓油泵及壓力表測力計進(jìn)行配套標(biāo)定并繪制其標(biāo)定曲線，以作為錨索正式張拉的控制依據(jù)。標(biāo)定不合格的張拉設(shè)備和儀器不得使用，標(biāo)定間隔期不超過6個月。張拉設(shè)備和儀器遭強烈碰撞，必須重新標(biāo)定后才準(zhǔn)使用。

張拉作業(yè)采用應(yīng)力應(yīng)變雙控分級張拉程序。張拉過程要緩慢、連續(xù)、勻速加荷，達(dá)到設(shè)計荷載的1.05～1.1 倍后，穩(wěn)壓（10～20）min 后鎖定。 鎖定后的48 h內(nèi)，若錨索應(yīng)力下降到設(shè)計值以下時進(jìn)行補償張拉。張拉應(yīng)力分級程序為：預(yù)緊→25%σ→50%σ→75%σ→100%σ→105%σ。

（6）錨具外的鋼絞束除留存15 cm外，切除其余部分。外錨頭按設(shè)計要求用混凝土保護(hù)，外錨頭（含外露鋼絞線）保護(hù)層的厚度不小于10 cm。

3.3.2 抗滑樁工程施工

（1）抗滑樁要嚴(yán)格按設(shè)計圖及其技術(shù)要求和相關(guān)規(guī)程、規(guī)范施工。應(yīng)將開挖過程視為對滑坡進(jìn)行再勘察過程對待，及時進(jìn)行地質(zhì)編錄，以利于反饋設(shè)計。

（2）樁孔以人工開挖為主，開挖前應(yīng)平整井口，并做好施工區(qū)的地表截、排水及防滲工作?？够瑯兜拈_挖由兩側(cè)向中間的順序施工，采用間隔方式開挖，孔口作鎖口處理。若使用放炮的開挖方式，要求現(xiàn)場進(jìn)行爆破試驗，并根據(jù)實驗結(jié)果嚴(yán)格控制裝藥量。

（3）樁孔開挖過程中應(yīng)及時排除孔內(nèi)積水，尤其靠近河邊的樁孔，需做好防滲措施，嚴(yán)防發(fā)生透水事故。

（4）松散層內(nèi)樁孔開挖過程中應(yīng)及時進(jìn)行鋼筋混凝土護(hù)壁，每開挖1 m，及時澆筑一節(jié)護(hù)壁。

4 結(jié)論

常吉高速公路五強溪庫岸邊坡按上述方案進(jìn)行處理后，邊坡保持著穩(wěn)定狀態(tài)，目前運行情況良好。說明以預(yù)應(yīng)力錨索和抗滑樁為主的綜合處理邊坡的方法加固效果較好，對類似邊坡的加固處理具有一定的借鑒作用。

1 GB 50021-2001.巖土工程勘察規(guī)范[S].

2 JTJD 30-2004.公路路基設(shè)計規(guī)范[S].

3 王連新.水庫滑坡與防治技術(shù)[M].武漢：長江出版社，2005.

4 SL 386-2007.水利水電工程邊坡設(shè)計規(guī)范[S].

5 CECS 22-200.巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國計劃出版社，2005.