馬鞍山至巢湖高速公路某邊坡治理設(shè)計(jì)分析

張百永 周 峙

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，安徽合肥 230088)

0 引言

馬鞍山至巢湖高速公路是安徽省北沿江高速公路的重要一段，同時(shí)還是馬鞍山長(zhǎng)江公路大橋向西的延伸線，也是安徽省高速公路網(wǎng)中的“橫6”。

該公路K24+450～K24+800邊坡經(jīng)過(guò)區(qū)域處于新華夏系第三隆起帶和第三沉降帶之結(jié)合部位。淺部巖石風(fēng)化裂隙極發(fā)育，巖體完整性差，風(fēng)化強(qiáng)烈。

邊坡開挖前處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，由于施工切坡開挖后，將崩坡積、殘坡積前緣部分挖除，改變了邊坡巖體原來(lái)應(yīng)力分布狀況，降低了邊坡坡腳段的阻滑力，加之在雨水的誘導(dǎo)作用下，導(dǎo)致邊坡坡面及山坡上部出現(xiàn)了裂縫和施工便道垮塌，阻塞了施工便道的正常運(yùn)營(yíng)。為了滿足安全可靠和經(jīng)濟(jì)合理的雙重目標(biāo)，對(duì)高邊坡做深入的工程地質(zhì)分析和對(duì)其治理工程方案的慎重選擇顯得非常重要。

1 滑坡區(qū)工程地質(zhì)概況勘察分析

1.1 地形地貌特征

邊坡及周邊屬構(gòu)造剝蝕、溶蝕斜坡地貌單元，地形切割深度約200 m，總體地勢(shì)為南高北低。

該邊坡位于山體的南坡中部，后緣高程為480 m～495 m左右，前緣高程為437.4 m ～450 m，前后緣高差 52.8 m ～57.4 m。邊坡坡度較緩，陡坎較多。山坡坡面植被少，部分緩坡為耕植土，生長(zhǎng)有莊稼，地形呈凹形，崩坡積物覆蓋層厚度較大，且主要以碎石土為主。巖土體抗剪強(qiáng)度較低，而易于形成滑動(dòng)帶(面)。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

邊坡出露地層主要為三迭系中統(tǒng)巴東組第二段(T2b2)泥質(zhì)粉砂巖。邊坡滑動(dòng)區(qū)為單斜地層，與山坡成逆向坡，有利于山體的穩(wěn)定。地表主要發(fā)育兩組(裂隙)節(jié)理，裂隙充填物為粘性土，對(duì)邊坡穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。

1.3 地層巖性

邊坡出露地層主要為三迭系中統(tǒng)巴東組第二段(T2b2)及第四系殘坡積、崩坡積(Qel+dl，Qc+dl)、殘積層(Qel)。

殘坡積、崩坡積層主要為含碎石亞粘土、碎石土以及殘積含角礫亞粘土層，巴東組地層主要為強(qiáng)、弱風(fēng)化紫紅色泥質(zhì)粉砂巖。

1.4 水文地質(zhì)條件

該邊坡地表水系較發(fā)育，同時(shí)由于地表水徑流、排泄條件較為暢通，因此具有下雨有水，無(wú)雨干枯的特點(diǎn)。

區(qū)內(nèi)地下水主要為松散層孔隙水類型，含水地層為上部第四系殘坡積碎石土。地下水入滲后往往聚集在碎石土底部，造成碎石土底部及基巖面易被地下水浸泡，因而覆蓋層與基巖面附近巖土體抗剪強(qiáng)度較低，而易于形成滑動(dòng)(面)。

2 邊坡變形特征及變形原因分析

2.1 邊坡變形特征

由于邊坡人工開挖后出現(xiàn)的張拉裂縫未及時(shí)采取治理措施，導(dǎo)致大量雨水沿裂隙滲入坡體，顯著降低了巖土結(jié)構(gòu)面間的力學(xué)強(qiáng)度，加劇了巖體進(jìn)一步失穩(wěn)滑動(dòng)。路基一級(jí)邊坡面上出現(xiàn)3條拉裂縫，隨著裂縫進(jìn)一步發(fā)展，數(shù)量進(jìn)一步增加，裂縫寬度最寬的發(fā)展8 cm～10 cm。

從邊坡已開挖坡面看，原第一級(jí)邊坡平臺(tái)附近可見挖方邊坡坡面的明顯隆起或鼓起帶，坡面在位于紫紅色殘坡積碎石土～灰黃色崩坡積碎石土(夾滾石)地層中，看不出滑坡有明顯的剪出口或滑動(dòng)面，但路基一級(jí)邊坡面上出現(xiàn)一條拉裂縫，表明邊坡處于蠕動(dòng)變形階段。

2.2 邊坡變形原因分析

本路段地表崩坡積碎石土(夾滾石)覆蓋層較厚，最深覆蓋層厚度達(dá)20多米，覆蓋層較松散，因路基施工開挖部分或全部挖除了崩坡積～殘坡積體的前緣抗滑段，破壞了山體原有應(yīng)力分布狀態(tài)，造成邊坡坡腳段抗滑力減小，下滑力增大，導(dǎo)致邊坡坡面及坡上部出現(xiàn)了許多裂縫，包括大貫穿裂縫，開挖后坡沿臨空面一側(cè)發(fā)生蠕動(dòng)變形，導(dǎo)致邊坡變形，進(jìn)一步發(fā)展將形成工程滑坡。

地表水和地下水是邊坡發(fā)展的誘發(fā)因素:由于山坡上以堆積體結(jié)構(gòu)松散，巖土間孔隙率較大，容易吸收大氣降水，在下伏基巖面易造成積水，造成已開挖風(fēng)化巖土軟化，進(jìn)一步降低滑帶的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，導(dǎo)致邊坡變形速度加快，最終造成邊坡松散覆蓋層的滑塌。

3 穩(wěn)定性分析計(jì)算與評(píng)價(jià)

3.1 計(jì)算剖面的確定

根據(jù)地勘資料及測(cè)繪地質(zhì)剖面圖，對(duì)邊坡剖面進(jìn)行穩(wěn)定計(jì)算，同時(shí)考慮線路邊坡放坡后的情形。由于覆蓋土層是主要沿與基巖接觸面附近滑動(dòng)，潛在滑動(dòng)面呈折線形，采用極限平衡理論的不平衡推力傳遞系數(shù)法公式進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，為了準(zhǔn)確把握滑坡的穩(wěn)定性情況，選擇上述3段縱剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。

由于滑坡滑面形態(tài)為折線形態(tài)，因此，計(jì)算塊段劃分選擇在滑面的轉(zhuǎn)折部位，邊坡穩(wěn)定性計(jì)算剖面圖見圖1～圖3。

圖1 K24+490處邊坡橫剖面計(jì)算示意圖

圖2 K24+640處邊坡橫剖面計(jì)算示意圖

圖3 K24+750處邊坡橫剖面計(jì)算示意圖

3.2 計(jì)算參數(shù)的確定

根據(jù)《工程地質(zhì)手冊(cè)》中有關(guān)規(guī)定，假定暫時(shí)穩(wěn)定的滑坡在飽和狀態(tài)下穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.0，根據(jù)地勘報(bào)告和反算，經(jīng)綜合分析確定邊坡穩(wěn)定性分析的主要物理力學(xué)計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 邊坡主要物理力學(xué)計(jì)算參數(shù)

3.3 計(jì)算工況及安全系數(shù)

由于邊坡治理的保護(hù)對(duì)象為高速公路，根據(jù)JGT D30-2004公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范有關(guān)規(guī)定，計(jì)算工況分別為:

工況一為路基開挖后的自重(天然狀態(tài))，安全系數(shù)Ks=1.30，工況二為路基開挖后的自重+暴雨(飽和狀態(tài))，安全系數(shù)Ks=1.20。

3.4 穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算

根據(jù)潛在邊坡區(qū)的破壞邊界條件和可能失穩(wěn)方式，采用覆蓋層沿基巖面折線滑動(dòng)的破壞模式，穩(wěn)定性系數(shù)根據(jù)傳遞系數(shù)法公式計(jì)算，見式(1)。

其中，Ks為穩(wěn)定系數(shù);Ri為作用于第i塊段的抗滑力，kN/m;Ti為作用于第i塊段滑動(dòng)面上的滑動(dòng)分力，kN/m，出現(xiàn)與滑動(dòng)方向相反的滑動(dòng)分力時(shí)，Ti應(yīng)取負(fù)值;Ψj為第i塊段剩余下滑動(dòng)力傳遞至i+1塊段時(shí)的傳遞系數(shù)(j=i)。

根據(jù)以上確定參數(shù)和公式可以計(jì)算不同工況下的邊坡穩(wěn)定性系數(shù)，各種工況的滑坡穩(wěn)定性系數(shù)結(jié)果和支擋線處剩余下滑力計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 不同工況下滑坡穩(wěn)定系數(shù)和剩余下滑力表

3.5 穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

從地形地貌、地層和巖性上看，該邊坡處在山坡的中部，地形較緩，地面坡度約26°，地表覆蓋第四系殘坡積、崩坡積含碎石亞粘土、碎石土和殘積含角礫亞粘土，厚度變化較大，局部較厚，在鉆探施工中，覆蓋層厚達(dá)20.20 m。

基巖為泥質(zhì)粉砂巖，巖層產(chǎn)狀147°∠32°，與坡體形成逆向坡，巖層穩(wěn)定，自然地形是穩(wěn)定的。

但該邊坡在工程切坡等因素的作用下，破壞了原有邊坡的平衡狀態(tài)，覆蓋層有沿基巖接觸面構(gòu)成軟弱結(jié)構(gòu)面向臨空面底即路塹底剪出趨勢(shì)。

從穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果上看該邊坡潛在滑坡區(qū)在天然狀態(tài)下穩(wěn)定系數(shù)為1.177～1.353，處于穩(wěn)定狀態(tài)。在暴雨或連續(xù)降雨的情況下，邊坡穩(wěn)定性有所下降，穩(wěn)定性降為1.008～1.036，說(shuō)明該段邊坡巖土體此情況下處于欠～不穩(wěn)定狀態(tài)，支擋線處剩余下滑力在暴雨工況按1.2的安全系數(shù)計(jì)算為2 063 kN/m～2 219 kN/m，由于下滑力較大，因此處治設(shè)計(jì)時(shí)可采用的抗滑樁+樁頂預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行支擋;邊坡在暴雨或連續(xù)降雨的情況下穩(wěn)定性降為1.108，說(shuō)明該段邊坡巖土體此情況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，支擋線處剩余下滑力在暴雨工況按1.2的安全系數(shù)計(jì)算為571 kN/m，由于下滑力較小，因此處治設(shè)計(jì)時(shí)可采用削坡及錨桿框架進(jìn)行支擋。

4 治理工程措施

根據(jù)邊坡破壞機(jī)理及目前滑坡產(chǎn)生的原因，本著安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的原則選擇邊坡治理方案。主要設(shè)計(jì)思路和技術(shù)措施采用治坡和治水相結(jié)合的綜合治理方案。

1)根據(jù)地質(zhì)調(diào)查的結(jié)果，目前邊坡的變形情況以及對(duì)邊坡穩(wěn)定性分析結(jié)果，對(duì)邊坡主要進(jìn)行抗滑支擋措施。2)對(duì)蠕動(dòng)變形較大的坡面，采用隨機(jī)錨桿進(jìn)行邊坡加固處理，隨機(jī)錨桿采用全長(zhǎng)粘結(jié)型錨桿，拉桿采用φ25Ⅱ級(jí)鋼筋，錨桿外采用錨墩與坡面固定。3)修復(fù)整個(gè)邊坡的排水系統(tǒng)，防止地表水沿水溝破壞部分下滲或沖刷坡體，引起邊坡變形破壞;由于邊坡坡角基巖面附近有滲水，故應(yīng)注意邊坡的地面和地下的防水和排水，采用排水溝、深部排水管等，邊坡外緣采用截排水溝。

［1］馬巢高速K24+450～K24+800邊坡勘察報(bào)告［R］.安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，2006.

［2］JGT D30-2004，公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

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