高速公路局部不穩(wěn)定路基邊坡綜合治理

楊濃郁（甘肅長(zhǎng)達(dá)路業(yè)有限責(zé)任公司，甘肅蘭州　730000）

高速公路局部不穩(wěn)定路基邊坡綜合治理

楊濃郁
（甘肅長(zhǎng)達(dá)路業(yè)有限責(zé)任公司，甘肅蘭州730000）

高速公路建設(shè)過(guò)程中不可避免的會(huì)給原始地形地貌帶來(lái)破壞，路基邊坡開(kāi)挖后一般不會(huì)即刻發(fā)生坍塌。但隨著時(shí)間的推移，雨水的侵蝕、植被短時(shí)間內(nèi)不能覆蓋成型，加之邊坡自身蠕動(dòng)變形，就會(huì)出現(xiàn)邊坡開(kāi)裂的現(xiàn)象，這種淺層局部不穩(wěn)定現(xiàn)象是邊坡滑塌的前兆，對(duì)于正在建設(shè)或已經(jīng)通車運(yùn)營(yíng)的高速公路將是巨大的隱患。以武罐高速公路K53+142～K53+230段路基邊坡病害為例，針對(duì)該邊坡出現(xiàn)局部開(kāi)裂并有加劇趨勢(shì)的特征，通過(guò)地勘資料及邊坡穩(wěn)定性分析，采用上邊坡預(yù)應(yīng)力錨索框架梁防護(hù)，下邊坡錨索抗滑樁加固路基的綜合治理措施，從而徹底解決路基邊坡不穩(wěn)定發(fā)展的隱患。

路基邊坡穩(wěn)定性分析綜合治理

1　工程概況

武罐高速公路K53+142～K53+230段位于甘肅省隴南市西秦嶺山地區(qū)，受地形限制左幅為高架橋，右幅為路基，路基上邊坡路塹挖方段采用漿砌片石護(hù)面墻防護(hù)。由于該地區(qū)雨季持續(xù)降雨，該路段山體發(fā)生次生地質(zhì)災(zāi)害，導(dǎo)致山體淺層坡體變形、上邊坡護(hù)面墻開(kāi)裂，出現(xiàn)路基沉降、擋墻外傾情況的發(fā)生。

2　邊坡現(xiàn)狀

由于高速公路施工，在右幅右側(cè)坡腳形成陡坡，K53+050-K53+140段坡腳土層為卵礫石，密實(shí)程度較好，局部有坍塌現(xiàn)象；K53+140-K53+240段坡腳主要土層為黃土。黃土垂直節(jié)理發(fā)育，直立性好，其上分布有大量的落水洞，直徑0.10-1.50m不等，可見(jiàn)深度最深達(dá)5m左右，貫通性較好。由于雨水長(zhǎng)期侵蝕沖刷，該坡體左右兩側(cè)均形成沖溝，右側(cè)沖溝寬2～3.5m，切割深度較淺，底部可見(jiàn)基巖層，左側(cè)沖溝寬1.0-5.0m，切割深度較深，沖溝兩側(cè)散落大量的碎塊石，邊坡后部為風(fēng)積黃土，未見(jiàn)開(kāi)裂及傾斜現(xiàn)象。邊坡本身為發(fā)生滑塌，但存在局部開(kāi)裂局部不穩(wěn)定的趨勢(shì)。

3　邊坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

3.1定性評(píng)價(jià)

本地區(qū)位于秦嶺山地區(qū)，該邊坡地段屬黃土梁峁溝壑區(qū)。一般來(lái)說(shuō)黃土梁峁溝壑區(qū)地表破碎，溝壑發(fā)育，地形陡峻，山體斜坡坡角一般在30°以上，高差相對(duì)較大，許多地方溝谷切割深度100-200米甚至更深，第四系上更新統(tǒng)黃土廣泛分布，土質(zhì)疏松，垂直節(jié)理裂隙發(fā)育，風(fēng)化強(qiáng)烈。

K53+050-K53+240段右側(cè)斜坡坡體較陡峭，地形較完整，沖溝較發(fā)育，坡體排水條件較好，水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，山體植被一般。邊坡巖土體主要由黃土、碎石和板巖組成。通過(guò)外業(yè)地質(zhì)調(diào)繪和鉆探揭露，該邊坡體土層厚度約為4.90～23.70米，中后緣部分未見(jiàn)拉張裂縫，前緣未發(fā)現(xiàn)剪出口，鉆孔中亦未發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)面，除局部因?yàn)榇笥隂_刷前緣出現(xiàn)坍塌外，并未產(chǎn)生滑動(dòng)，因此判斷該邊坡在天然狀況下處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖1?、?Ⅰ剖面邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算

由于近兩年該地區(qū)持續(xù)降雨和落水洞的分布，地表水下滲，土體與風(fēng)化巖層面極易形成飽水狀態(tài)下的軟弱面，加之該邊坡全-強(qiáng)風(fēng)化巖面為順坡向大傾角界面，巖體多為散體狀，節(jié)理裂隙極發(fā)育，飽水易軟化，其力學(xué)性能通常會(huì)大幅度降低，故在水的影響下，尤其是在長(zhǎng)降雨期間，坡體有失穩(wěn)的可能性。

3.2定量評(píng)價(jià)

該邊坡為上土下巖邊坡，全-強(qiáng)風(fēng)化巖多為散體碎裂狀，潛在的軟弱面可能為土巖接觸部位。根據(jù)場(chǎng)地巖土體結(jié)構(gòu)特征，工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件，結(jié)合類似場(chǎng)地的經(jīng)驗(yàn)及邊坡可能失穩(wěn)的模式，定量評(píng)價(jià)模型采用折線滑動(dòng)法，其公式如下：

ψj=cos（θi－θi+1）－sin（θi－θi+1）tanφi+1

Ri=Nitanφi+CiLi

式中：Fs——穩(wěn)定系數(shù)；

θi——第i塊段滑動(dòng)面與水平面的夾角（°）；

圖2?、?Ⅱ剖面邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算

圖3?、?Ⅲ剖面邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算

表1　穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果一覽表

Ri——作用于第i塊段的抗滑力（KN/m）；

Ni——作用于第i塊段的法向分力（KN/m）；

φi——第i塊段土的內(nèi)摩擦角（°）；

Ci——第i塊段土的粘聚力（Kpa）；

Li——第i塊段滑動(dòng)面長(zhǎng)度（m）；

Ti——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；

ψ——第i塊段的剩余下滑動(dòng)力的傳遞至i+1塊段時(shí)的傳遞系數(shù)（j=i）。

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30-2004）3.7.4條，邊坡的穩(wěn)定性驗(yàn)算應(yīng)分成以下三種工況：①正常工況：邊坡處于天然狀態(tài)下；②非正常工況Ⅰ：邊坡處于暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)下；③非正常工況Ⅱ：邊坡處于地震等荷載作用狀態(tài)下。邊坡在正常工況下的安全系數(shù)為1.20～1.30，非正常工況Ⅰ下的安全系數(shù)為1.10～1.20，非正常工況Ⅱ下的安全系數(shù)為1.05～1.10。

根據(jù)土工實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，計(jì)算中分別選取黃土的天然容重為19.6kN/m3，飽和容重為20.0kN/m3，碎石、卵石的天然容重為20. 5kN/m3，飽和容重為21.0kN/m3，假設(shè)滑帶為土巖接觸面，卵石、碎石的c值和ψ值建議取值：c=0～5kpa；ψ=28～35°，黃土的c值和ψ值建議取值：c=23～28kpa；ψ=19～23°。

結(jié)合邊坡現(xiàn)狀及病害情況，選取具有代表性的Ⅰ-Ⅰ剖面圖1（即K53+180～K53+240段），Ⅱ-Ⅱ剖面圖2（即K53+050處），Ⅲ-Ⅲ剖面圖3（即K53+180處）進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析。

邊坡穩(wěn)定性定量計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

3.3邊坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果

綜合邊坡的定性定量評(píng)價(jià)結(jié)果，得出：

Ⅰ剖面（即K53+180～K53+240段）在正常工況下是穩(wěn)定的；非正常工況Ⅰ及非正常工況Ⅱ下是不穩(wěn)定的；Ⅱ～Ⅲ剖面（即K53+050～K53+180段）在三種工況下均是穩(wěn)定的。因此只需要對(duì)邊坡K53+180～K53+240段進(jìn)行防護(hù)。

4　治理方案

4.1上邊坡治理

（1）將右側(cè)的地表水重歸自然排泄，即將山體黃土陷穴、落水洞進(jìn)行灰土夯實(shí)回填，并增設(shè)截水溝和沖溝排水溝，將路塹護(hù)面墻墻體上泄水孔進(jìn)行疏導(dǎo)，確保其排水通暢。

（2） K53+160～K53+260段右幅右側(cè)一級(jí)護(hù)面墻，在一級(jí)邊坡增設(shè)錨索框格梁植草防護(hù)，可在原護(hù)面墻上開(kāi)槽施工?？蚣芙孛?0cm×50cm，錨索分別長(zhǎng)23m～27m，橫向和縱向間距3.5m，坡率1：0.75，框架采用C25鋼筋砼現(xiàn)場(chǎng)澆注，每片框架設(shè)置6孔錨索，每孔錨索由7根Φs15.24mm的高強(qiáng)度、低松弛的1860級(jí)鋼絞線組成，錨索傾角25°，鉆孔直徑為130mm，每孔錨索設(shè)計(jì)荷載600KN，鎖定荷載480KN，仰斜式排水管采用PVC直徑11cm。

4.2下邊坡治理

右幅左側(cè)拆除原擋墻，在原有位置設(shè)樁板墻防護(hù)。其中抗滑樁樁身截面1.8×2.4米，6根，樁長(zhǎng)27m，嵌入段22m，鎖口高2米，護(hù)壁厚25cm，每根樁設(shè)置上下爬梯，兩樁間設(shè)置擋土板，每塊厚0.4米，高3.0米，共10塊，樁頂面以上設(shè)置高為3.0m的冠梁，樁頂面以下2.0m處設(shè)置錨索，錨索需錨入中風(fēng)化巖層8.0m。

5　施工注意事項(xiàng)

5.1施工順序

邊坡治理工程施工一定要嚴(yán)格按照施工的工序進(jìn)行，總體上施工的先后順序如下：①回填落水洞和黃土陷穴→②錨索框架梁施工→③擋土墻施工。路塹坡腳是應(yīng)力集中部位，為減小對(duì)其擾動(dòng)，刷坡及防護(hù)工程基礎(chǔ)施工應(yīng)分段間隔實(shí)施，避免在土體較濕時(shí)大段落刷坡及開(kāi)挖基礎(chǔ)。施工過(guò)程中加強(qiáng)巡視監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)塹頂開(kāi)裂或坡體移動(dòng)等異?，F(xiàn)象，應(yīng)立即采取措施，以保障施工安全。防止邊坡治理工程對(duì)原有防護(hù)造成干擾破壞。

5.2預(yù)應(yīng)力錨索施工

（1）錨索設(shè)計(jì)荷載600KN，錨固段嵌入中風(fēng)化板巖8m，且應(yīng)根據(jù)施工鉆探過(guò)程中的實(shí)際情況，實(shí)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)并及時(shí)調(diào)整。

（2）錨索孔位測(cè)放時(shí)力求準(zhǔn)確，鉆孔俯角25°，傾角允許誤差± 1°；考慮沉碴的影響，為確保錨索深度，實(shí)際鉆孔深度要大于設(shè)計(jì)深度1.0米。

（3）錨索施工由下向上依次進(jìn)行，在錨索制安工作完成以后，不施加預(yù)應(yīng)力鎖固錨索，待一處伸縮縫內(nèi)框架梁施工到位后由下而上統(tǒng)一張拉鎖定。

（4）錨索成孔禁止開(kāi)水鉆進(jìn)，以確保錨索施工不致于惡化邊坡巖土體工程地質(zhì)條件。鉆進(jìn)過(guò)程中應(yīng)對(duì)每孔地層變化、進(jìn)尺速度、地下水情況以及一些特殊情況作現(xiàn)場(chǎng)記錄。若遇坍孔，應(yīng)立即停鉆，進(jìn)行固壁灌漿處理，注漿24小時(shí)后重新鉆進(jìn)。

（5）錨固段必須除銹、除油圬，按設(shè)計(jì)要求安裝承載板和擠壓套、綁扎架線環(huán)和箍線環(huán)，架線環(huán)鋼管兩頭外側(cè)應(yīng)倒成園角狀，箍線環(huán)采用φ8鋼筋焊接成內(nèi)徑5cm的園環(huán)；自由段除銹后，涂抹黃油并立即外套波紋管，兩頭用鐵絲扎緊，并用電工膠布纏封。

（6）錨索孔內(nèi)灌注水泥砂漿，水灰比0.4～0.5，灰砂比1：1，砂漿體強(qiáng)度不低于30Mpa。采用從孔底到孔口返漿式注漿，注漿壓力不低于0.7Mpa，當(dāng)砂漿體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%后，方可進(jìn)行張拉鎖定。

（7）為了確定錨索的極限承載力，驗(yàn)證錨索設(shè)計(jì)參數(shù)和施工工藝的合理性以及錨索的工程質(zhì)量，在預(yù)應(yīng)力錨索施工前，必須進(jìn)行錨索拉拔試驗(yàn)。

5.3框架梁施工

（1）先在修整好的一級(jí)坡面上刻框架槽，在錨索施工范圍內(nèi)，起止點(diǎn)用儀器設(shè)置固定樁，中間視條件加密，并應(yīng)保證在施工階段不得損壞，孔位偏差應(yīng)≤50mm，錨索鉆孔直徑應(yīng)不小于設(shè)計(jì)直徑，孔軸應(yīng)保持直線。

（2）必須待錨索砂漿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后，方可進(jìn)行下一道工序施工。在安置框架鋼筋前，應(yīng)先清除框架基礎(chǔ)底浮渣，保證基礎(chǔ)密實(shí)，并在底部鋪一層1：3水泥砂漿墊層。綁扎鋼筋，用砂漿墊塊墊起，與坡面保持一定距離，并和錨索相連。灌注框架混凝土必須連續(xù)作業(yè)，邊灌注邊振搗。

5.4抗滑樁施工注意事項(xiàng)

（1）抗滑樁的施工工序?yàn)椋簻y(cè)放樁位——樁位場(chǎng)地整平——鎖口盤施工——開(kāi)挖樁節(jié)與護(hù)壁施工——樁體鋼筋綁扎——樁體混凝土澆注。

（2）抗滑樁要準(zhǔn)確放線定位，施工前應(yīng)先將樁位附近邊坡或表層（3）抗滑樁應(yīng)分節(jié)開(kāi)挖（爆破），每節(jié)開(kāi)挖（爆破）深度不超過(guò)1.0m，為保證施工安全，應(yīng)適當(dāng)增加爆破空眼。開(kāi)挖一節(jié)，做好該節(jié)護(hù)壁，當(dāng)護(hù)壁砼具有一定強(qiáng)度后方可開(kāi)挖下一節(jié)，為了保證工期，護(hù)壁應(yīng)加速凝劑。護(hù)壁各節(jié)縱向鋼筋必須焊接，禁止簡(jiǎn)單綁扎。

易滑塌部分清除，并做好樁位附近地表水的攔截工作，視具體地質(zhì)情況跳單樁或兩樁開(kāi)挖，樁坑挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高后進(jìn)行驗(yàn)槽，保證封底厚度。

（4）澆筑護(hù)壁砼時(shí)，必須保證護(hù)壁不侵入樁截面凈空以內(nèi)。樁坑開(kāi)挖過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)校準(zhǔn)其垂直度和凈空尺寸。樁身砼應(yīng)邊灌注邊振搗，全樁砼應(yīng)不間斷一氣呵成。

6　結(jié)語(yǔ)

高速公路建設(shè)過(guò)程中不可避免的會(huì)給原始地形地貌帶來(lái)破壞，路基邊坡開(kāi)挖后一般不會(huì)即刻發(fā)生坍塌。但隨著時(shí)間的推移，雨水的侵蝕、植被短時(shí)間內(nèi)不能覆蓋成型，加之邊坡自身蠕動(dòng)變形，就會(huì)出現(xiàn)邊坡開(kāi)裂的現(xiàn)象，這種淺層局部不穩(wěn)定現(xiàn)象是邊坡滑塌的前兆，對(duì)于正在建設(shè)或已經(jīng)通車運(yùn)營(yíng)的高速公路將是巨大的隱患。采用上邊坡錨索框架防護(hù)、下邊坡樁板墻加固路基的綜合治理措施，既能徹底解決邊坡病害，也可以保證運(yùn)營(yíng)高速公路半幅通車、半幅施工的可能性。

［1］馬惠民.山區(qū)高速公路高邊坡病害防治實(shí)例.人民交通出版社，2006.

［2］馮玉勇，曲永新，徐衛(wèi)亞.南陽(yáng)膨脹土的宏觀結(jié)構(gòu)與路塹邊坡病害治理［J］.工程地質(zhì)學(xué)報(bào)，2005.

［3］駱行文，姚海林.高填路基錨索樁板墻支擋結(jié)構(gòu)計(jì)算方法及施工控制.《巖石力學(xué)與工程的創(chuàng)新和實(shí)踐:第十一次全國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)術(shù)大會(huì)論文集》，2010.

［4］中交第一勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司.武罐高速公路K53+142～K53+230段路基邊坡處治施工圖設(shè)計(jì)，2014.