巖土錨固技術(shù)在土巖混合邊坡治理中的應(yīng)用及分析

劉秀會(huì)，李海平

(1.四川省冶金地質(zhì)勘查局水文工程大隊(duì)，四川 郫縣　611730； 2.山區(qū)道路工程與防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，重慶　400067)

巖土錨固技術(shù)在土巖混合邊坡治理中的應(yīng)用及分析

劉秀會(huì)1，李海平2

(1.四川省冶金地質(zhì)勘查局水文工程大隊(duì)，四川 郫縣611730； 2.山區(qū)道路工程與防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室，重慶400067)

摘要：土巖混合邊坡因其物質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而具有多種變形破壞模式。該類邊坡既有淺部雨水沖刷水毀、滑塌問題，也有基于土體自身強(qiáng)度較差原因造成的土體圓弧狀滑動(dòng)問題，以及受控于土巖結(jié)構(gòu)面控制的土體整體滑移問題。變形破壞模式的多樣性和影響因素的復(fù)雜性導(dǎo)致土巖混合邊坡在公路建設(shè)和后期營(yíng)運(yùn)過程中病害頻發(fā)，嚴(yán)重影響工程建設(shè)和運(yùn)營(yíng)。對(duì)廣樂高速公路K181+580～K181+790右側(cè)路塹邊坡工程地質(zhì)環(huán)境和變形破壞機(jī)理進(jìn)行分析，提出邊坡的合理整治措施，取得良好的工程效果。

關(guān)鍵詞：巖土錨固；混合邊坡；變形破壞；綜合處治技術(shù)

高速公路工程建設(shè)及營(yíng)運(yùn)過程中路塹邊坡變形的發(fā)生、發(fā)展過程與地層巖性等內(nèi)因密切相關(guān)，而氣象、水文及地震、施工等外動(dòng)力條件則是邊坡變形和發(fā)展的主要誘發(fā)因素[1-2]。土巖混合邊坡因其物質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)而具有多種變形破壞模式，在外動(dòng)力條件作用下，該類邊坡既有淺部雨水沖刷水毀、滑塌問題，也有基于土體自身強(qiáng)度較差原因造成的土體圓弧狀滑動(dòng)問題，以及受控于土巖結(jié)構(gòu)面控制的斜坡土體整體滑移問題；變形破壞模式的多樣性及其影響因素的復(fù)雜性導(dǎo)致土巖混合邊坡病害頻發(fā)，難以處治或根治，已成為公路建設(shè)和營(yíng)運(yùn)過程中困擾工程技術(shù)人員的重要難題之一。

巖土錨固技術(shù)主要是利用錨固結(jié)構(gòu)將邊坡不穩(wěn)定巖土體與穩(wěn)定巖土體緊密地聯(lián)鎖在一起，依靠錨桿與周圍巖土體的粘結(jié)強(qiáng)度使邊坡巖土體自身得到加固，從而保證邊坡的穩(wěn)定性[3-4]。在邊坡處治過程中充分利用巖土錨固技術(shù)特點(diǎn)，采用錨桿、錨索框格結(jié)構(gòu)進(jìn)行邊坡處治，可較好地實(shí)現(xiàn)邊坡加固。本文以廣樂高速公路K181+580～K181+790右側(cè)邊坡為例，對(duì)土巖混合邊坡的變形破壞機(jī)制及錨固處治設(shè)計(jì)情況進(jìn)行全面分析，為相同類型的邊坡病害處治提供一定的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

1邊坡概況與工程地質(zhì)環(huán)境

1.1邊坡概況

廣樂高速公路K181+580～K181+790右側(cè)邊坡高31.41 m，坡頂為自然斜坡，且無重要結(jié)構(gòu)物。邊坡分為4級(jí)，坡比1∶1～1∶1.25，分級(jí)高度8 m，分級(jí)平臺(tái)寬度2.0 m。邊坡為土巖混合邊坡，上覆為崩坡積含塊石粘性土，下伏燕山三期花崗閃長(zhǎng)巖[5-6]，如圖1所示。

圖1　邊坡典型地質(zhì)斷面示意

1.2邊坡工程地質(zhì)環(huán)境

1.2.1氣象及水文

邊坡區(qū)屬熱帶、亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，氣候溫暖濕潤(rùn)，雨量充沛，夏季濕熱，多臺(tái)風(fēng)暴雨；冬季干燥。4—8月為雨季，降水量約占全年降水量的70%；10月至第2年2月為旱季，降水量約占全年降水量的16%；1 h最大降水量320 mm，多年平均降水量1 982.4 mm。

1.2.2地形地貌

邊坡位于剝蝕-侵蝕低山駝丘谷地地貌區(qū)，最高高程131.75 m，最低高程102.35 m，高差約28.60 m。斜坡坡向154°，坡度為20°～26°，斜坡植被發(fā)育。

1.2.3地層巖性

邊坡所在區(qū)域出露地層為第4系崩坡積層和燕山3期花崗閃長(zhǎng)巖。

第4系崩坡積層：位于邊坡上部，分為含碎塊石粉質(zhì)粘土和碎石土2部分。含碎塊石粉質(zhì)粘土呈褐黃色，可塑，土質(zhì)不均勻，含約10%～30%的碎石，偶見孤石，碎塊石一般粒徑2～30 cm，厚16.0～27.2 m，為邊坡主要物質(zhì)成分；碎石土呈褐黃色，稍濕，中密，局部分布。

燕山3期花崗閃長(zhǎng)巖：下伏于邊坡下部，褐黃色，粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，裂隙發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化狀，巖體破碎，分布于邊坡下部及后緣。

邊坡地段土巖分界面較陡，坡度30°～35°，傾向與邊坡傾向一致。

1.2.4水文地質(zhì)

路塹區(qū)水文地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，未發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定地下水水位。

1.2.5場(chǎng)區(qū)構(gòu)造與地震

地震動(dòng)峰值加速度為0.05 g，地震動(dòng)反映譜特征周期為0.35 s，地震基本烈度為6°。

2邊坡變形機(jī)制及穩(wěn)定分析

2.1邊坡物質(zhì)結(jié)構(gòu)特征

邊坡上部主要是崩坡積含碎塊石粉質(zhì)粘土，結(jié)構(gòu)松散，呈稍濕-濕狀態(tài)，可塑-硬塑，均一性差，局部偶見孤石，厚度較大，達(dá)16.0～27.2 m；其下為強(qiáng)風(fēng)化塊狀花崗閃長(zhǎng)巖，巖體破碎，完整性差，節(jié)理裂隙發(fā)育[5-6]。土巖接觸界面具有上陡下緩特點(diǎn)，上部土巖界面傾角約32°～35°，下部逐步變緩，土巖界面傾向和坡向相近，屬于控制邊坡穩(wěn)定的主要不利結(jié)構(gòu)面。

2.2變形機(jī)制分析

邊坡物質(zhì)結(jié)構(gòu)主要由第4系崩坡積碎石土和細(xì)粒土組成，巖土體物理力學(xué)性能一般，具有土質(zhì)邊坡特點(diǎn)。未防護(hù)情況下，當(dāng)坡率較陡時(shí)，由于土體自身力學(xué)強(qiáng)度較低，在連續(xù)降雨期間，邊坡淺表層土體飽水后易出現(xiàn)滑塌和溜滑；降雨入滲導(dǎo)致土體重度增加和土體抗剪強(qiáng)度降低，邊坡開挖后極易出現(xiàn)較大體積的土體圓弧狀滑移失穩(wěn)——較深部位土體圓弧狀滑移破壞[7]；同時(shí)由于該邊坡土巖界面較陡，邊坡開挖后，斜坡土體存在沿土巖界面滑動(dòng)的可能——深部折線形滑移破壞。

由上述分析可知，土巖混合邊坡主要存在3種潛在變形破壞模式：1) 淺層降雨入滲深度或大氣影響深度內(nèi)土體淺表層溜滑、滑塌；2) 邊坡較深部位土體圓弧狀滑移破壞；3) 邊坡土體出現(xiàn)受控于土巖界面的深部折線形滑移破壞。

2.3邊坡穩(wěn)定分析

基于上述分析，并考慮到土巖混合邊坡風(fēng)化巖體結(jié)構(gòu)松散，邊坡變形具有土質(zhì)滑坡特點(diǎn)，本文采用圓弧滑動(dòng)法對(duì)該類邊坡進(jìn)行現(xiàn)狀模擬分析，并采用折線滑動(dòng)法對(duì)邊坡深部滑移變形進(jìn)行分析，模擬其變形情況，并分析其變形趨勢(shì)。

2.3.1巖土參數(shù)

巖土參數(shù)取值是根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告、區(qū)域經(jīng)驗(yàn)和反演分析情況綜合確定，見表1[6]。

2.3.2計(jì)算分析

根據(jù)廣樂高速公路K181+580～K181+790右側(cè)邊坡開挖情況，基于極限平衡原理和土質(zhì)邊坡破壞模式，模擬分析連續(xù)降雨情況下邊坡開挖至設(shè)計(jì)高程時(shí)的穩(wěn)定性。邊坡開挖至設(shè)計(jì)高程時(shí)，未經(jīng)防護(hù)情況下，邊坡出現(xiàn)土體內(nèi)部圓弧狀滑移破壞的穩(wěn)定系數(shù)Fs為0.869，放坡后受控于土巖界面的土體滑移的穩(wěn)定系數(shù)Fs為0.938，將產(chǎn)生整體失穩(wěn)破壞。從滑動(dòng)面搜索結(jié)果可知，除出現(xiàn)如圖2和圖3的整體失穩(wěn)破壞模式外，淺表層的溜滑、滑塌、滑移穩(wěn)定系數(shù)亦不能滿足規(guī)范要求。因此，該邊坡未經(jīng)防護(hù)時(shí)，其表層土體將出現(xiàn)溜滑、滑塌和滑移。

表1　邊坡巖土參數(shù)

圖2　放坡后未防護(hù)情況下邊坡穩(wěn)定分析(Fs=0.869，暴雨)

圖3　放坡后受控于土巖界面的土體滑移變形穩(wěn)定分析條

本文基于極限平衡原理，采用路基設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定的穩(wěn)定計(jì)算方法——條分法，對(duì)受控于土巖界面的土體滑移變形穩(wěn)定性進(jìn)行了計(jì)算，F(xiàn)s=0.938，不能滿足穩(wěn)定要求。安全系數(shù)取值1.20，暴雨條件下，根據(jù)條分法計(jì)算邊坡潛在滑面最不利斷面剩余下滑力T=950 kN/m[6]。

3邊坡加固處治設(shè)計(jì)

廣樂高速公路K181+580～K181+790右側(cè)邊坡地質(zhì)條件復(fù)雜，屬于土巖混合邊坡，且覆蓋層厚度大，上部土層力學(xué)性能差，難以提供支擋結(jié)構(gòu)所須抗力，常規(guī)支擋結(jié)構(gòu)難以有效發(fā)揮支擋功能。此外，邊坡破壞模式多樣，存在淺層溜滑、滑塌、中層土體圓弧狀滑移破壞，同時(shí)還存在深部沿土巖界面滑移的可能性。受上述特點(diǎn)限制，邊坡在不同階段具有不同的破壞模式，且后期更趨于復(fù)雜，破壞模式將更加呈現(xiàn)多樣性[8]。

基于此，對(duì)該邊坡的加固處治宜采用控制總體、兼顧局部的綜合處治方案，加固處治措施既要考慮控制邊坡深層滑移變形，也要考慮對(duì)中淺部土體變形的控制。

3.1邊坡治理方案比選

根據(jù)廣樂高速公路K181+580～K181+790右側(cè)邊坡破壞模式具有多樣性特點(diǎn)，初步擬定如下2個(gè)方案并進(jìn)行比較論證[6]。

方案1：全錨固方案，即邊坡潛在滑面下滑力全由錨固措施承擔(dān)，輔以截排水措施。

方案2：樁錨結(jié)合方案，即通過抗滑樁板墻承擔(dān)邊坡潛在滑面下滑力，并采取坡面錨固措施以避免淺層巖土體溜滑[9]，且輔以截排水措施。

方案1和方案2如圖4所示。

圖4　K181+580～K181+790右側(cè)邊坡治理方案設(shè)計(jì)

方案比選：方案2要求工期相對(duì)較長(zhǎng)，且其工程措施費(fèi)用也略高于方案1，景觀效果也較差，基于此，選擇方案1作為邊坡加固方案。

3.2邊坡治理措施

邊坡加固處治采用方案1，即對(duì)邊坡進(jìn)行分級(jí)放坡后采用錨索框架梁和錨桿格子梁進(jìn)行錨固，輔以仰斜式排水孔和地表截排水措施。

3.2.1分級(jí)放坡及錨固

錨固措施主要由2部分構(gòu)成：錨索框格錨固措施和錨桿框格錨固措施。錨桿框格布設(shè)于1級(jí)邊坡和4級(jí)邊坡，其主要解決巖土體淺層溜滑問題；錨索框格布設(shè)于邊坡中部，即2級(jí)和3級(jí)邊坡，其主要承擔(dān)邊坡下滑力。

邊坡分為4級(jí)，分級(jí)高度8.0 m，分級(jí)平臺(tái)寬度2.0 m。1級(jí)邊坡坡比1∶1，坡高8.0 m，平臺(tái)寬度2.0 m，采用1Φ32 mm自鉆式錨桿格子梁防護(hù)；2、3級(jí)邊坡坡比1∶1，分級(jí)高度8.0 m，平臺(tái)寬度2.0 m，6束錨索框架梁防護(hù)；4級(jí)邊坡坡比1∶1.25，1Φ32 mm錨桿格子梁防護(hù)。

3.2.2截排水

邊坡后緣設(shè)計(jì)坡面截水溝，邊坡分級(jí)平臺(tái)設(shè)排水溝。1級(jí)邊坡設(shè)置1排仰斜式排水孔，以疏排坡體內(nèi)地下水。

4結(jié)束語

廣樂高速公路K181+580～K181+790右側(cè)邊坡是地質(zhì)條件十分復(fù)雜的土巖混合邊坡。本文在充分分析其變形機(jī)制和影響因素的基礎(chǔ)上，采用極限平衡法對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，并基于其潛在的變形破壞特點(diǎn)，按照“標(biāo)本兼治、綜合治理”的邊坡加固處治原則，提出以框格錨固為主，輔以截排水的邊坡綜合處治技術(shù)，該技術(shù)目前已在廣樂高速公路K181+580～K181+790右側(cè)邊坡處治中得到成功應(yīng)用?；诖?，本文對(duì)該錨固技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行如下總結(jié)。

1) 土巖混合邊坡的物質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定其變形破壞模式的多樣性和影響因素的復(fù)雜性，從而導(dǎo)致其病害頻發(fā)，難以順利處治或根治。因此，該類邊坡加固處治設(shè)計(jì)應(yīng)遵從“標(biāo)本兼治”的設(shè)計(jì)原則，既考慮深層滑移變形的根本性問題，又兼顧淺表層變形的控制與處理。

2) 由于錨固措施對(duì)巖土體的錨固和增強(qiáng)作用，以及格構(gòu)框格對(duì)邊坡淺表層土體的約束作用，致使錨固結(jié)構(gòu)與巖土體具有較好的協(xié)調(diào)性和相互適應(yīng)能力，其與邊坡巖土體可形成一個(gè)共同的工作體系，可實(shí)現(xiàn)充分利用巖土體自身強(qiáng)度的目的。由此可知本文提出的巖土錨固技術(shù)可很好地用于一定條件下的土巖混合邊坡加固處治。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]張倬元，王士天，王蘭生.工程地質(zhì)分析原理[M].北京：地質(zhì)出版社，1981.

[2]肖樹芳，楊淑碧.巖體力學(xué)[M].北京：地質(zhì)出版社，1987.

[3]蔣樹屏，王福敏.巖土錨固技術(shù)研究與工程應(yīng)用[M].北京：人民交通出版社，2010.

[4]中國(guó)巖石力學(xué)與工程學(xué)會(huì)巖石錨固與注漿技術(shù)專業(yè)委員會(huì).錨固與注漿技術(shù)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2003.

[5]招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司．樂昌至廣州高速公路樟市至花東段T22合同段工程地質(zhì)補(bǔ)充勘察報(bào)告(K181+580～K181+790右側(cè)邊坡)[R]．重慶：招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，2011.

[6]招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司.樂昌至廣州高速公路樟市至花東段T22合同段K181+580～K181+790右側(cè)邊坡變更設(shè)計(jì)[R]．重慶：招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，2011.

[7]陳祖煜. 土質(zhì)邊坡穩(wěn)定分析(原理.方法.程序)[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2003.

[8]崔政權(quán)，李寧，邊坡工程理論與實(shí)踐最新發(fā)展[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，1999.

[9]李海光.新型支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工程實(shí)例(第二版)[M].北京：人民交通出版社，2011.

Application and Analysis of Rock-soil Anchoring Technology in Treatment of Soil-rock Mixed Slope

LIU Xiuhui1, LI Haiping2

Abstract:Soil-rock mixed slope has multiple deformation failure modes due to its material and structural features. Such slopes show not only the problems of shallow water damage due to rain wash and slump, but also the problem of arc-shaped slide of soil caused by bad strength of soil and the problem of integral soil slide controlled by soil-rock structural surface. Diversity of deformation failure modes and complexity of influence factors lead to frequent disasters of soil-rock mixed slope during highway construction and later operation that seriously affect project construction and operation. This paper analyzes geological environment and deformation failure mechanism of the slope project on the right cutting of Guangzhou—Lechang Expressway K181+580～K181+790 and proposes the reasonable treatment measures for the slope and has achieved perfect project effect.

Keywords:rock-soil anchoring; mixed slope; deformation failure; comprehensive treatment technology

DOI:10.13607/j.cnki.gljt.2016.03.007

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題(2015BAK09B01，2015BAK09B02)

收稿日期：2016-01-11

作者簡(jiǎn)介：劉秀會(huì)(1966-)，女，河北省蠡縣人，本科，工程師。

文章編號(hào)：1009-6477(2016)03-0027-05中圖分類號(hào)：U416.1+4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A