某匝道邊坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

王　輝,洪　昀

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司, 安徽 合肥　230088)

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某匝道邊坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

王輝,洪昀

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司, 安徽 合肥230088)

摘要：文章通過對(duì)該段邊坡工程地質(zhì)條件及采空區(qū)的研究，分析評(píng)價(jià)了采空區(qū)性質(zhì)、影響范圍及穩(wěn)定性等，結(jié)合地形地貌、巖性、挖深、采空區(qū)及水文地質(zhì)等條件，采用定性和定量的方法分析評(píng)價(jià)邊坡穩(wěn)定性，并提出處治建議。

關(guān)鍵詞：邊坡；穩(wěn)定性；分析與評(píng)價(jià)

0引言

本挖方段開挖長度約為100 m，路基寬為10.5 m，為雙側(cè)開挖，左側(cè)最大開挖深度為13 m，右側(cè)最大開挖高度約為26 m，挖方區(qū)分布小煤窯采空區(qū)，地表有塌陷跡象。路塹挖方邊坡主要工程問題為挖方形成的高邊坡及采煤形成的采空塌陷，穩(wěn)定性差，對(duì)工程影響較大，應(yīng)查明深挖路段工程地質(zhì)條件[1]，特別是采空區(qū)性質(zhì)、特征和分布等[2]，并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行分析評(píng)價(jià)和提出處治措施。

1場地工程地質(zhì)條件

(1) 地形地貌。邊坡區(qū)微地貌屬低丘，地面標(biāo)高一般在22～67m之間，其自然山坡坡度較緩，一般在12°～25°，植被茂密，主要以竹及灌木為主,本段挖方從低丘中下部通過。

(3) 地質(zhì)構(gòu)造和新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)。項(xiàng)目區(qū)未見斷層構(gòu)造，場地新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)以振蕩式差異升降運(yùn)動(dòng)為主，場地地震動(dòng)峰值加速度為0.05g。

(4) 水文地質(zhì)條件。項(xiàng)目區(qū)地下水主要有上部松散層孔隙水，下部基巖裂隙水。第四系松散層孔隙水含水層主要為粉質(zhì)黏土層，以潛水為主，地下水對(duì)混凝土及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具微腐蝕性。

(5) 小煤窯采空區(qū)。該采空區(qū)開采時(shí)間較久遠(yuǎn)，現(xiàn)場調(diào)繪可見2個(gè)井口依然存在，洞口尺寸約為1.6 m×1.9 m，現(xiàn)在洞口已經(jīng)坍塌，被植物覆蓋。當(dāng)時(shí)采掘條件較差，幾乎全部靠人工開挖，巷道用木材等支撐，開采深度較淺，開采巷道均為沿洞口向上10°～15°方向掘進(jìn)，采出量較小。

2邊坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

2.1采空區(qū)的影響范圍

采空區(qū)的塌陷變形對(duì)路線影響范圍按文獻(xiàn)[3]確定，通過計(jì)算，采空區(qū)沿路線縱向方向處治長度約為14.86 m，橫向處理范圍為34.36 m，主要分布于擬開挖的右側(cè)邊坡。

2.2采空區(qū)穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

(1) 場地穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。采空區(qū)的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)采用極限平衡分析方法,計(jì)算維持巷道頂板穩(wěn)定的臨界深度Hcr[3]為31.53 m，采空區(qū)的開采深度為2.4～6.0 m之間，顯然Fs<1.0，采空區(qū)的頂板不能滿足上覆巖層穩(wěn)定性的要求，該采空區(qū)為不穩(wěn)定。

(2) 地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)。國外早在19世紀(jì)末開始研究采空區(qū)變形計(jì)算方法[4-6],目前在采空區(qū)地面變形計(jì)算領(lǐng)域主要有經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法和理論計(jì)算方法[7]。

本次地表變形估算主要采用理論和經(jīng)驗(yàn)計(jì)算方法進(jìn)行預(yù)測，最大沉降量為2 550 mm，最大剩余沉降量為510 mm，最大剩余傾斜量為340 mm/m，最大剩余水平位移為±69.83 mm/m，最大剩余豎曲率為±353.9 mm/m2。

根據(jù)采空區(qū)允許變形值的規(guī)定，該段采空區(qū)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要進(jìn)行處理。

2.3挖方邊坡的穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

根據(jù)邊坡巖土工程條件，采用定性和定量分析相結(jié)合的方法進(jìn)行[8]。

(1) 定性評(píng)價(jià)。開挖后形成左右側(cè)邊坡，主體為粉質(zhì)黏土、全風(fēng)化炭質(zhì)灰?guī)r及強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)灰?guī)r工程，為類土質(zhì)坡，左側(cè)邊坡高度約為13 m，邊坡高度較小，開挖主體為全強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)灰?guī)r，且未有采空區(qū)分布，在合適的坡率下總體較穩(wěn)定；右側(cè)邊坡高度較大，最大挖深達(dá)26 m，由于開挖切坡，產(chǎn)生臨空面，破壞了坡體原有的應(yīng)力平衡，挖方區(qū)匯水面積較大，且局部分布采空區(qū)。綜合邊坡高度、巖性、地形地貌、降水及采空塌陷等不利因素影響，右側(cè)邊坡穩(wěn)定性總體較差。

(2) 定量評(píng)價(jià)。邊坡穩(wěn)定性分析選取代表性斷面，按天然工況和飽水工況2種工況進(jìn)行計(jì)算。其巖土層參數(shù)和計(jì)算結(jié)果見表1所列。 對(duì)于斷面1(左側(cè))，其天然工況和飽水工況的穩(wěn)定系數(shù)分別為1.655和1.40；對(duì)于斷面2(右側(cè))，其天然工況和飽水工況的穩(wěn)定系數(shù)分別為1.213和1.09。

通過定性分析和定量計(jì)算，左側(cè)邊坡高度較小，在合適的坡率下，總體較穩(wěn)定，右側(cè)邊坡高度較大，穩(wěn)定性較差，飽水工況為欠穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)進(jìn)行邊坡的穩(wěn)定性治理。

表1　邊坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)和計(jì)算結(jié)果

(3) 計(jì)算模型。左側(cè)、右側(cè)坡體計(jì)算模型(天然工況) 分別如圖1、圖2所示。

圖1　左側(cè)坡體計(jì)算模型

圖2　右側(cè)坡體計(jì)算模型

3邊坡處治方案

該邊坡右側(cè)為欠穩(wěn)定邊坡，破壞形式主要為全風(fēng)化巖層產(chǎn)生圓弧滑動(dòng)。小煤窯采空區(qū)處理措施主要有回填或壓力灌漿[9]，本采空區(qū)根據(jù)其性質(zhì)和特征，建議采用回填和注漿法綜合處治。對(duì)右側(cè)欠穩(wěn)定邊坡具體放緩邊坡，分級(jí)開挖，并采用錨桿(錨索)格構(gòu)支擋加固，同時(shí)結(jié)合防排水等措施綜合整治。

4結(jié)論

(1) 采空區(qū)主要分布挖方邊坡右側(cè)，埋深淺，規(guī)模較小，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，對(duì)工程有一定影響，需進(jìn)行處治。

(2) 該路塹左側(cè)邊坡高度較低，在合適的坡率下，總體較穩(wěn)定，右側(cè)邊坡高度較大，且存在采空區(qū)，穩(wěn)定性較差，飽水工況為欠穩(wěn)定狀態(tài)，應(yīng)進(jìn)行邊坡綜合治理。

(3) 該邊坡可先回填結(jié)合注漿加固采空段，再對(duì)右側(cè)欠穩(wěn)定邊坡放緩邊坡，分級(jí)開挖，并采用錨桿(錨索)格構(gòu)支擋加固，同時(shí)結(jié)合防排水等措施綜合整治。

〔參考文獻(xiàn)〕

[1]JTG C20-2011，公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].

[2]李景山.小煤窯采空區(qū)工程地質(zhì)勘察幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)[J].科技與交流，2006(4)：30-33.

[3]JTG/T D31-03-2011,采空區(qū)公路設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則[S].

[4]陽軍生,劉寶琛，陽生權(quán).豎井建設(shè)引起地表移動(dòng)及變形[J].巖石力學(xué)及工程學(xué)報(bào)，1999,18(3):101-103.

[5]New B M,Bowers K H.Ground movement model validation atthe heathrow express trial tunnel[J].Tunnelling,1994(3):301-329.

[6] Holla L.Ground movement due to longwall mining in highrelief areas in new south wales, australia[J]. 1997,34(5): 775-787.

[7]劉寶琛,繆國華.煤礦地面移動(dòng)的基本規(guī)律[M].北京:中國工業(yè)出版社, 1965.

[8]GB 50330-2013,建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

[9]林宗元.工程地質(zhì)手冊(cè)(第4版)[M].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2007.

收稿日期：2016-03-10；修改日期：2016-03-18

作者簡介：王輝(1974-)，男，安徽六安人，安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司高級(jí)工程師．

中圖分類號(hào)：U419

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5781(2016)02-0242-02