下里哈軟巖路基順層邊坡防護(hù)支擋對(duì)策研究

袁　奇，龍　維，劉　品，陳　媛

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴陽(yáng)　550081)

下里哈軟巖路基順層邊坡防護(hù)支擋對(duì)策研究

袁奇，龍維，劉品，陳媛

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴陽(yáng)550081)

摘要：為設(shè)計(jì)下里哈軟巖路基順層邊坡的支擋防護(hù)，對(duì)下里哈路基順層坡工程地質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)。以分析計(jì)算為手段，以剩余下滑力、下滑段及抗滑段為指標(biāo)，提出樁板墻及樁基承臺(tái)擋墻2個(gè)比選方案。結(jié)合地層巖性并考慮潛蝕和軟巖流變，確定采用樁板墻為防護(hù)支擋對(duì)策。

關(guān)鍵詞：軟巖路基；順層邊坡；剩余下滑力；防護(hù)對(duì)策

貴州山區(qū)由于受多期構(gòu)造作用，地表切割強(qiáng)烈，地貌起伏高差大，溝谷發(fā)育溝壑交錯(cuò)，從而導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)順層坡非常發(fā)育。高速公路施工建設(shè)過(guò)程中，各種挖方邊坡和填方路基邊坡都受到順層滑坡的威脅[1]，且由于降雨充沛，順層滑坡時(shí)有發(fā)生。

許多學(xué)者對(duì)順層滑坡理論進(jìn)行了探索。劉才華[2]研究了后緣張裂隙充水高度與匯水流量的相關(guān)性。劉玉梅[3]針對(duì)順層坡穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，推導(dǎo)出地下水作用下順層邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)。許強(qiáng)[4]研究了極緩傾斜順層邊坡的滑動(dòng)條件和成因機(jī)理，并探討了相應(yīng)的防治措施。祝輝[5]對(duì)向家坡滑坡進(jìn)行了穩(wěn)定性分析并提出了3種防治對(duì)策。另外，許多設(shè)計(jì)人員還對(duì)順層邊坡進(jìn)行了詳細(xì)的防治設(shè)計(jì)研究。吳輝[1]對(duì)貴州省高速公路建設(shè)過(guò)程中出現(xiàn)的邊坡病害進(jìn)行了總結(jié)并提出了清除滑坡體、治理排水、抗滑擋土墻等一系列防治策略。劉宏力[6]對(duì)109個(gè)邊坡實(shí)例進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，對(duì)層狀巖質(zhì)邊坡的失穩(wěn)判據(jù)進(jìn)行總結(jié)，得出了順層邊坡失穩(wěn)與坡體巖性、巖層傾角、厚度、邊坡角及坡高的關(guān)系。陳華興[7]對(duì)曾家坡滑坡進(jìn)行了機(jī)理分析并將該滑坡分成3個(gè)區(qū)進(jìn)行了治理。廖俊[8]則將多排樁與框架錨索聯(lián)合應(yīng)用進(jìn)行滑坡防治。

盡管眾多學(xué)者對(duì)順層滑坡理論進(jìn)行了探索、設(shè)計(jì)人員對(duì)順層邊坡防治進(jìn)行了總結(jié)，但針對(duì)具體的順層邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員仍須結(jié)合具體的工程地質(zhì)條件進(jìn)行具體防護(hù)設(shè)計(jì)。為了設(shè)計(jì)下里哈軟巖路基順層邊坡的支擋防護(hù)，本文以下里哈路基順層坡工程地質(zhì)條件為背景，以分析計(jì)算為手段，以剩余下滑力、下滑段及抗段為指標(biāo)，從而確定下里哈軟巖路基順層邊坡的支擋防護(hù)對(duì)策。

1工程概況

貴州省余慶—安龍高速公路位于云貴高原向華南丘陵過(guò)渡的斜坡地帶，地勢(shì)北西高，南東低。下里哈軟巖路基順層邊坡位于余慶至安龍高速公路羅甸—望謨段下里哈村境內(nèi)，起訖樁號(hào)為YK52+026～YK52+206，路基平面見(jiàn)圖1。由于路線(xiàn)走向與坡面走向近于水平，因此填方路基處于順層狀態(tài)。

YK52+026～YK52+206段填方路基順層邊坡所處的下里哈村年平均降雨量為1 300.8 mm，日最大降雨量為181.8 mm。地下水類(lèi)型為松散層孔隙水和基巖裂隙水。受季節(jié)影響明顯，夏秋2季地層極為富水。地層由新到老分別為黃褐色第4系粉質(zhì)粘土及殘坡積碎石土，下伏基巖為3疊系中統(tǒng)許滿(mǎn)組(T2Xm)，產(chǎn)狀為295°∠30°，薄層泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖。根據(jù)巖體的節(jié)理、裂隙發(fā)育特征、硬度與完整性，將下伏基巖劃分為強(qiáng)風(fēng)化和中風(fēng)化2層：強(qiáng)風(fēng)化層為灰黃色泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，局部節(jié)理裂隙面粉質(zhì)粘土充填；中風(fēng)化層為深灰色泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖，節(jié)理發(fā)育-不發(fā)育，巖體較破碎-較完整。因此，總結(jié)該段路基邊坡特點(diǎn)為富水、軟巖、順層坡。

2防護(hù)支擋備選方案

本文根據(jù)YK52+026～YK52+206段路基邊坡富水、軟巖、順層坡的特點(diǎn)，結(jié)合吳輝、劉宏力和陳華興[1、6-7]對(duì)貴州省高速公路順層邊坡防護(hù)支擋方案的設(shè)計(jì)總結(jié)，以YK52+100剖面為計(jì)算剖面，選擇樁基承臺(tái)擋土墻、樁板墻、路肩墻及路堤墻為路基防護(hù)備選方案。主要考慮“安全耐久”的設(shè)計(jì)原則，并對(duì)防護(hù)支擋所處位置剩余下滑力大小、下滑段長(zhǎng)短和抗滑段長(zhǎng)短進(jìn)行比較擇優(yōu)，再結(jié)合工程地質(zhì)條件進(jìn)行防護(hù)支擋方案的選擇。

3剩余下滑力計(jì)算

3.1潛在滑動(dòng)面分析

余慶至安龍高速公路羅甸—望謨段YK52+026～YK52+206分左右2幅設(shè)計(jì)。因該路段左側(cè)挖方邊坡確定采用抗滑樁進(jìn)行防護(hù)，故進(jìn)行路基填方穩(wěn)定性分析時(shí)，將左側(cè)挖方邊坡視為穩(wěn)定邊坡。由于路基填料使用軟質(zhì)巖填料填筑路基，軟質(zhì)巖經(jīng)過(guò)開(kāi)采、搬運(yùn)、壓實(shí)等措施之后易崩解、軟化，結(jié)構(gòu)會(huì)受到極大破壞，因此穩(wěn)定性分析計(jì)算時(shí)，將對(duì)坡體按照均質(zhì)巖進(jìn)行分析。應(yīng)用簡(jiǎn)化畢肖普法搜索潛在最危險(xiǎn)滑動(dòng)面。參考劉宏力和陳華興[6-7]對(duì)順層坡防治經(jīng)驗(yàn)，4種防護(hù)支擋不考慮支擋措施、只考慮路基填土性質(zhì)及動(dòng)載荷的作用，以此計(jì)算各防護(hù)支擋所處位置所受的剩余下滑力。潛在滑動(dòng)面如圖2所示。圖2中，①、②、③、④分別代表樁基承臺(tái)擋土墻、樁板墻、路肩墻及路堤墻的潛在滑動(dòng)面；CBYK1與BP3分別為鉆孔編號(hào)，其中左側(cè)為高程數(shù)字，右側(cè)為鉆孔深度；T2Xm為三疊系中統(tǒng)許滿(mǎn)組薄層泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖。

圖2　4種備選方案橫斷面及相應(yīng)潛在滑動(dòng)面示意

3.2參數(shù)選擇

剩余下滑力計(jì)算采用傳遞系數(shù)法，不考慮滑塊間變形和拉張。由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查和室內(nèi)飽水條件下的直剪試驗(yàn)結(jié)果可知，順層坡層面受地下水作用軟化后其力學(xué)參數(shù)急速降低，故穩(wěn)定性分析計(jì)算時(shí)需將潛在滑動(dòng)面全部按照滑帶土取值。穩(wěn)定性分析時(shí)，考慮了地下水對(duì)土體參數(shù)的弱化作用，故不再重復(fù)考慮地下水作用。分析計(jì)算采用的基本參數(shù)見(jiàn)表1。

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告及設(shè)計(jì)要求，路基邊坡土層從上到下分別為軟質(zhì)巖填料、松散坡積層、強(qiáng)風(fēng)化層及中風(fēng)化層，其土性參數(shù)見(jiàn)表2。

表1　剩余下滑力計(jì)算基本參數(shù)

表2　土性參數(shù)選取

3.3結(jié)果對(duì)比

根據(jù)剩余下滑力計(jì)算結(jié)果繪制了4種支擋防護(hù)潛在滑動(dòng)面的剩余下滑力曲線(xiàn)，見(jiàn)圖3。根據(jù)對(duì)剩余下滑力曲線(xiàn)的分析，4種防護(hù)支擋方案的支擋處剩余下滑力大小、抗滑段長(zhǎng)度、下滑段長(zhǎng)度見(jiàn)表3。4種防護(hù)支擋方案的3類(lèi)指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)圖4。

圖3　4種支擋方案剩余下滑力曲線(xiàn)

圖4　4種支擋方案的3類(lèi)指標(biāo)對(duì)比

對(duì)比指標(biāo)樁板墻路肩墻路堤墻樁基承臺(tái)擋墻支擋處剩余下滑力/(kN·m-1)763.531481.081318.64585.15下滑段長(zhǎng)度/m25303022.5抗滑段長(zhǎng)度/m12.523.522.510.8

由表3和圖3、圖4可以看出，路肩墻剩余下滑力最大，達(dá)到1 481.08 kN/m，路堤墻次之，樁板墻所受的剩余下滑力為763.53 kN/m，樁基承臺(tái)擋墻所受的剩余下滑力最小，只有585.15 kN/m；樁基承臺(tái)擋墻下滑段最短，只有22.5 m，而路肩墻和路堤墻均達(dá)到30 m；路肩墻和路堤墻的抗滑段最長(zhǎng)，達(dá)到約23 m，而樁基承臺(tái)擋墻的抗滑段最短，只有10.8 m。

4防護(hù)支擋方案

上述分析表明，樁基承臺(tái)擋墻承受的剩余下滑力最小，路堤墻和路肩墻剩余下滑力最大，樁板墻居中。因此，排除路堤墻和路肩墻，支擋方案應(yīng)在樁板墻和樁基承臺(tái)擋墻之間進(jìn)行比選。

由于路基下伏為第4系粉質(zhì)粘土、殘坡積碎石土，強(qiáng)風(fēng)化層為灰黃色泥質(zhì)粉砂巖夾泥巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，局部節(jié)理裂隙面由粉質(zhì)粘土充填，且路基受降雨及土體含水量影響較大，存在一定流變性質(zhì)，因此二者剩余下滑力差別應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如計(jì)算得到的那么顯著。

由于樁基承臺(tái)擋墻相鄰2樁之間存在支擋薄弱帶，軟質(zhì)巖填筑的路基在地下水作用下可能發(fā)生潛蝕，且軟巖土體由于長(zhǎng)期受載會(huì)產(chǎn)生流變，因此樁基承臺(tái)擋墻存在不“耐久”的隱患。而樁板墻則無(wú)此弱點(diǎn)，相鄰2樁的擋板 “包裹”了填筑路基，可避免地下水的潛蝕及土體的橫向應(yīng)變，避免流變大變形對(duì)路基造成的潛在威脅。基于以上分析，并結(jié)合“安全耐久”的設(shè)計(jì)原則，下里哈軟巖路基順層邊坡的防護(hù)支擋方案設(shè)計(jì)為樁板墻。

趙明階[9]研究成果指出，土層或軟質(zhì)巖層，其抗滑樁錨固深度取1/3～1/2樁長(zhǎng)比較合適，故本次設(shè)計(jì)錨固深度取10 m。根據(jù)CBYK1鉆孔可得到強(qiáng)風(fēng)化層為6 m，BP3鉆孔可得到強(qiáng)風(fēng)化層為8.9 m，內(nèi)插法得到抗滑樁處強(qiáng)風(fēng)化層深度為7 m，因此樁須嵌入中風(fēng)化層至少3 m。鑒于松散層厚度不一，故設(shè)計(jì)了A、B兩種樁，其中20 m長(zhǎng)A型樁19根，24 m長(zhǎng)B型樁12根，擋板543塊。設(shè)計(jì)立面見(jiàn)圖5。

圖5　支擋設(shè)計(jì)立面

5結(jié)束語(yǔ)

本文以下里哈路基順層坡工程地質(zhì)條件為背景，以分析計(jì)算為手段，以剩余下滑力、下滑段及抗滑段為指標(biāo)，結(jié)合地層巖性對(duì)下里哈軟巖路基順層邊坡的支擋防護(hù)對(duì)策進(jìn)行了研究，并對(duì)下里哈路基順層邊坡富水、軟巖、順層坡的特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。對(duì)剩余下滑力計(jì)算結(jié)果對(duì)比，確定樁板墻及樁基承臺(tái)擋墻為比選方案?？紤]地層巖性中軟巖流變和路基潛蝕，確定采用樁板墻進(jìn)行防護(hù)支擋。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]吳輝.貴州山區(qū)高速公路邊坡滑坡病害分析及治理[J].水土保持研究，2007，14(5)：221-224.

[2]劉才華，徐健，曹傳林，等.巖質(zhì)邊坡水力驅(qū)動(dòng)型順層滑移破壞機(jī)制分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005，24(19)：3529-3533.

[3]劉玉梅，楊振凱.飽水巖體邊坡抗滑穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算[J].巖土力學(xué)，2003，24(增2):329-331

[4]許強(qiáng)，范宣梅，李園，等.板梁狀滑坡形成條件、成因機(jī)制與防治措施[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010，29(2)：242-250

[5]祝輝，唐紅梅，李明，等.重慶—貴州高速公路向家坡滑坡穩(wěn)定性分析及防治對(duì)策研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2006，25(增1)：2687-2693.

[6]劉宏力，劉品，陳華興.西南山區(qū)高等級(jí)公路層狀巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)判據(jù)研究[J].交通科技，2010(5)：42-44.

[7]陳華興，王瑞甫，劉宏力.玉三高速公路曾家灣滑坡綜合治理研究[J].交通科技，2009(5)：52-54.

[8]廖俊，秦龍，張敏.多排抗滑樁與錨索框架梁在滑坡治理中的聯(lián)合應(yīng)用研究[J].交通科技，2015(4):57-59.

[9]趙明階，何光春，王多垠.邊坡工程處治技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2003.

Research on Countermeasures for Protective Support of Bedding Slope on Xialiha Soft-rock Roadbed

YUAN Qi, LONG Wei, LIU Pin, CHEN Yuan

Abstract:In order to design protective support of bedding slope of Xialiha soft-rock roadbed, this paper summarizes geological features of Xialiha roadbed bedding slope project. By means of analysis and calculation, and with residual downward slippery force, downward slippery section and anti-sliding section as indices, this paper proposes 2 comparison and selection schemes of slab-pile wall and pile foundation platform. In combination with formation lithology and in consideration of subsurface erosion and soft rock rheology, the paper determines to adopt slab-pile wall as the countermeasure for protective support.

Keywords:soft-rock roadbed; bedding slope; residual downward slippery force; protective countermeasure

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.03.005

收稿日期：2015-11-02

作者簡(jiǎn)介：袁奇(1990-)，男，貴州省遵義市人，碩士，助工。

文章編號(hào)：1009-6477(2016)03-0019-04中圖分類(lèi)號(hào)：U416.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A