某高速公路邊坡穩(wěn)定性分析及治理

黃銀偉，韓 嘯，張利沙

(1.華北水利水電學(xué)院，河南鄭州450045;2.中國地質(zhì)大學(xué)，北京100083)

某高速公路修建期間，因路基的不合理開挖造成該高速公路某段左邊坡局部塌滑，對公路的修建及其附近人民群眾的生產(chǎn)、生活造成了影響.筆者針對該邊坡進行穩(wěn)定性分析并提出綜合治理措施，以期為其他高速公路邊坡的治理提供參考.

1 工程概況

此高速公路左邊坡長度為210 m，在施工中邊坡局部范圍內(nèi)出現(xiàn)滑塌，滑塌區(qū)尺寸為30 m×12 m×7 m.該段邊坡地層巖性以第四紀(jì)中更新統(tǒng)地層為主，邊坡橫剖面揭露的地層主要有:①含卵石粉質(zhì)黏土層、①－1粉質(zhì)黏土層、②卵石層、②－1粉質(zhì)黏土層、②－2粗砂層、②－3粗砂層、②－4粉質(zhì)黏土層、②－5粉質(zhì)黏土層、②－6粉質(zhì)黏土層，如圖1所示.該路段所處地震區(qū)的地震反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，地震動峰值加速度為0.05 g，地震基本烈度為VI度.

2 邊坡現(xiàn)狀的穩(wěn)定性分析

該邊坡開挖后局部坡段已經(jīng)出現(xiàn)了滑塌現(xiàn)象，因此需要先對非滑塌區(qū)進行穩(wěn)定性分析驗算.滑塌區(qū)與非滑塌區(qū)邊坡典型斷面如圖1所示.

圖1 邊坡典型橫剖面地層

非滑塌區(qū)邊坡目前的坡比為:一、二級坡1∶1，三、四、五級坡1∶1.25，坡高 36 m.采用了 4 種計算方法對非滑塌區(qū)剖面分別處于3種不同工況下的穩(wěn)定性進行分析，采用的方法分別為畢肖普法、簡布法、M－P法、Ordinary/Fellenius法，采用不同的方法進行計算可以對穩(wěn)定性計算結(jié)果進行比較，以確保結(jié)果的準(zhǔn)確性.計算中采用的3種不同的工況分別為:①正常工況，邊坡處于天然狀態(tài)下的工況;②非正常工況Ⅰ，邊坡處于暴雨或連續(xù)降雨狀態(tài)下的工況;③非正常工況Ⅱ，邊坡處于暴雨+地震等荷載作用下的工況.各土層的物理力學(xué)參數(shù)指標(biāo)見表1.計算結(jié)果見表2.根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》(GB 50330—2002)［1］和《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTGD 30—2004)［2］，確定該邊坡工程等級為 I級，穩(wěn)定性安全系數(shù)(Ks)應(yīng)滿足天然工況下Ks=1.2～1.3;暴雨工況下 Ks=1.1～1.2;暴雨 +地震工況下Ks=1.05～1.1.計算結(jié)果表明，該剖面邊坡在正常工況下處于非穩(wěn)定狀態(tài)，不滿足工程邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)的要求.同時，在雨季會因雨水的入滲而導(dǎo)致土層處于飽和狀態(tài)，極易導(dǎo)致邊坡發(fā)生失穩(wěn)破壞［3］.因此，在非正常工況Ⅰ和非正常工況Ⅱ下邊坡會發(fā)生失穩(wěn)破壞，需要對該路段左邊坡進行治理.

表1 巖土體物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)

表2 非滑塌區(qū)穩(wěn)定性計算結(jié)果

3 邊坡整治方案設(shè)計及效果分析

3.1 邊坡治理方案

邊坡治理采用先整體削坡［4］，然后加固的措施，并增加排水工程.

3.1.1 削坡方案

對非滑塌區(qū)現(xiàn)有邊坡進行削坡，一級坡坡比為1∶1，二級坡1∶1.25，三級坡1∶1.25，四級坡1∶1.25，五級坡1∶1.25，馬道寬度均為3 m.

對滑塌區(qū)現(xiàn)有邊坡進行削坡，一級坡坡比為1∶1.25，二級坡 1∶1.5，三級坡 1∶1.5，四級坡 1∶1.5五級坡1∶1.5，二級馬道寬度均為3.5 m ，其他馬道寬度均為3 m.

3.1.2 加固方案

1)加固方案一.對于塌滑區(qū)和非塌滑區(qū)采用不同的治理方案.對于非滑塌區(qū)，采用錨桿+格構(gòu).按照《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTGD 30—2004)［2］，根據(jù)邊坡下滑力并結(jié)合所設(shè)錨桿排數(shù)，可確定出錨桿設(shè)計錨固力為174.95 kN，錨桿與水平面的夾角為25°，錨桿采用φ25 mm的精制螺紋鋼.經(jīng)計算，地層與注漿體黏結(jié)長度Lr≥5.84 m，注漿體與錨桿體黏結(jié)長度Lg≥0.16 m，比較Lr與Lg，確定非滑塌區(qū)錨桿錨固段長度設(shè)計值為6 m.錨桿間距為2.5 m×2.5 m，鉆孔直徑為150 mm，注漿M30.格構(gòu)梁截面尺寸為30 cm×40 cm，格構(gòu)框內(nèi)植草綠色護坡［5］.非滑塌區(qū)邊坡治理橫斷面設(shè)計如圖2所示.

圖2 非塌滑區(qū)邊坡治理的橫斷面設(shè)計圖(單位:m)

對于滑塌區(qū)，采用錨桿(索)+格構(gòu)，并在二級馬道外端設(shè)置抗滑樁［6］.按照《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTGD 30—2004)［2］，根據(jù)下滑力并結(jié)合所設(shè)錨桿(索)排數(shù)，可確定出滑塌區(qū)錨索設(shè)計錨固力為587.52 kN，入射角為 25°;錨桿設(shè)計錨固力為149.98 kN，入射角為25°.錨索采用7φ5鋼絞線，截面積為140 mm2，錨桿采用φ22 mm的精制螺紋鋼.經(jīng)計算，地層與注漿體黏結(jié)長度Lr和注漿體與錨桿(索)體黏結(jié)長度(Lg)分別為:錨索 Lr≥9.8 m，Lg≥1.90 m;錨桿 Lr≥8.7 m，Lg≥0.14 m.比較 Lr與 Lg，確定滑塌區(qū)錨索錨固段長度設(shè)計值為10 m，錨桿錨固段長度設(shè)計值為9 m.錨桿間距為2.5 m×2.5 m，鉆孔直徑為300 mm，注漿M30.錨索間距為2.5 m×2.5 m，錨索孔內(nèi)布設(shè)5根7φ5鋼絞線，鉆孔直徑300 mm，注漿 M30.格構(gòu)梁截面尺寸為30 cm×40 cm，格構(gòu)框內(nèi)植草綠色護坡［5］.抗滑樁截面尺寸為1.5 m ×2.0 m，樁長15 m，樁間距4 m，采用 C30混凝土，錨固端長度8 m.滑塌區(qū)邊坡治理橫斷面設(shè)計如圖3所示.

圖3 塌滑區(qū)邊坡治理的橫斷面設(shè)計圖(單位:m)

2)加固方案二.方案二采用錨桿(索)+噴生態(tài)混凝土［5］加固.與方案一相比只是加固措施略有不同，對于非滑塌區(qū)，采用錨桿+噴生態(tài)混凝土，錨桿設(shè)計與方案一相同，噴生態(tài)混凝土的厚度為15 cm.對于滑塌區(qū)，一、二級坡面噴生態(tài)混凝土，厚度為15 cm;三、四、五級坡面采用錨桿(索)+格構(gòu)，在格構(gòu)內(nèi)噴生態(tài)混凝土，厚度10 cm，并在二級馬道外端設(shè)置抗滑樁.抗滑樁設(shè)計參數(shù)同方案一.

3.1.3 排水工程

水對邊坡的穩(wěn)定性影響很大，因此邊坡治理過程中要做好防水工程.該邊坡治理的排水工程［4］主要有3項，分別為滑坡區(qū)外圍設(shè)置截水溝、馬道設(shè)排水溝、坡體內(nèi)設(shè)排水孔.滑坡區(qū)外圍設(shè)置截水溝根據(jù)實際地形現(xiàn)場布置，它的主要作用是截住滑坡上部因大氣降水而產(chǎn)生的坡面水流，所截水流匯入排水溝［4，7］，流入溝谷中.各級馬道上的排水溝主要作用是匯集滑坡體表面因大氣降雨而形成的坡面流，所截水流匯入坡外的排水設(shè)施.坡體內(nèi)排水孔主要作用是疏干可能滑動面及坡體內(nèi)的孔隙水.排水溝斷面形狀可為矩形、梯形、復(fù)合型及U形等.由于梯形、矩形斷面排水溝，易于施工，維修、清理方便，具有較大的水力半徑和輸移力，因此采用矩形截面的截水溝和梯形截面的馬道排水溝.

根據(jù)《滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范》(DZ 0240—2004)［8］，經(jīng)計算，截水溝的矩形截面尺寸為80 cm×100 cm;馬道排水溝梯形截面尺寸為:溝底寬70 cm，高60 cm，溝頂寬100 cm.截水溝及排水溝采用漿砌片石砌筑，溝底、溝頂、溝內(nèi)側(cè)壁用M7.5水泥砂漿抹面.坡面排水孔間距3.0 m，呈梅花形［9］布置，排水孔孔徑5 cm，埋入土中深度0.5 m.

3.2 治理后邊坡穩(wěn)定性驗算

對加固后的邊坡進行穩(wěn)定性驗算.由于方案二與方案一的錨桿(索)設(shè)計相同，只是坡面加固措施略有不同，因此分別采用兩種方案治理后，邊坡穩(wěn)定性驗算結(jié)果基本一致，安全系數(shù)計算結(jié)果見表3與表4.

表3 非滑塌區(qū)邊坡治理后穩(wěn)定性計算結(jié)果

表4 滑塌區(qū)邊坡治理后穩(wěn)定性計算結(jié)果

在進行邊坡治理時采用非正常工況Ⅰ為設(shè)計工況，非正常工況Ⅱ為設(shè)計校核工況.從表3和表4可以看出，經(jīng)過加固后，滑塌區(qū)和非滑塌區(qū)邊坡在暴雨+地震的危險工況下，安全性較高，滿足《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTGD 30—2004)［2］(穩(wěn)定性安全系數(shù)(Ks)應(yīng)滿足暴雨工況下Ks=1.1～1.2;暴雨+地震工況下Ks=1.05～1.1)中的規(guī)定，表明邊坡治理效果很好.

由于兩種治理方案坡面加固措施略有不同，使工程投資稍有差別.在安全性相同的情況下，方案二比方案一的工程投資可節(jié)約十幾萬元，而且噴生態(tài)混凝土施工既可以起到護坡作用，防止雨水的滲入，又可以起到綠化的作用.因此選擇方案二進行邊坡治理.

4 結(jié)語

1)結(jié)合邊坡具體條件，采用多種治理措施相結(jié)合的方法，使得該段邊坡防治效果良好.

2)對于巖性條件較復(fù)雜的邊坡，應(yīng)避開雨季施工.在雨季，因雨水的入滲而使土層處于飽和狀態(tài)，極易導(dǎo)致邊坡發(fā)生失穩(wěn)破壞.

3)護坡防治措施可采用噴生態(tài)混凝土，既可以起到護坡作用，防止雨水的滲入，又可以獲得綠化的效果.

4)在邊坡治理的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件及降雨條件，制定合理的排水措施，進一步提高邊坡的穩(wěn)定性.

［1］重慶市建設(shè)委員會.GB 50330—2002建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002.

［2］中交第二公路勘察設(shè)計研究院.JTGD 30—2004公路路基設(shè)計規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［3］劉浩.潭邵高速公路K94+840～K95+040段路塹邊坡失穩(wěn)及處治對策［J］.湖南交通科技，2008，34(4):60 －62.

［4］徐剛，王舜.公路邊坡穩(wěn)定性分析及治理淺析［J］.四川水力發(fā)電，2008，27(3):51 －53.

［5］鐘銘.淺談公路邊坡生態(tài)治理防護方案［J］.廣東建材，2009(8):43－45.

［6］左雙英，梁風(fēng)，史文兵，等.貴陽市順海公路某路段邊坡穩(wěn)定性分析及治理［J］.貴州大學(xué)學(xué)報，2006，27(1):111－113.

［7］鄒祖銀，陶連金，朱占元，等.梅城公路K93+946～K94+082段邊坡穩(wěn)定性分析與加固研究［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2009(6):89－93.

［8］中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院.DZ 0240—2004滑坡防治工程設(shè)計與施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京:地質(zhì)出版社，2004.

［9］謝元玉，劉文高，姚海平，等.內(nèi)宜高速K43+200～256段邊坡治理措施［J］.探礦工程，2009，36(2):72－74.