李鳳嶺
(山西省交通科學(xué)研究院,山西 太原 030006)
K3+965—K4+195深挖路塹段,總長230.0 m,中心最大挖深20.2 m,邊坡最大高度40.3 m(左側(cè))。施工基本完成后,各級邊坡均有裂縫出現(xiàn),坡面產(chǎn)生局部滑塌,部分框架梁梁體開裂。坡頂線外側(cè)10~30 m處出現(xiàn)貫通裂縫,最大寬度約30 cm,邊坡存在整體滑移的變形趨勢。各級邊坡狀態(tài)見表1。
表1 各級邊坡狀態(tài)一覽表
圖1 邊坡鳥瞰圖
該路段屬低山丘陵區(qū),地形起伏較平緩,最大自然坡角約為15°。山體植被發(fā)育,以松樹、灌木及蕨類植物為主。
工程所在區(qū)域?qū)倌蟻啛釒Ъ撅L(fēng)氣候,雨季長,雨量充沛。地下水主要類型為孔隙水及基巖裂隙水,大氣降水為其主要補(bǔ)給來源。
邊坡主要由第四系殘坡積粉質(zhì)黏土和泥盆系中統(tǒng)老虎坳組D2l全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖組成,詳見圖 2(見 29頁)、表 2。
表2 地層巖性
該區(qū)域雨季長,雨量充沛,風(fēng)害多、雷暴頻,年平均降雨量為1 680.2 mm,最大日雨量達(dá)400 mm,充沛的雨量和地表徑流對坡體的穩(wěn)定性影響較大。邊坡表層為殘坡積的粉質(zhì)黏土夾強(qiáng)風(fēng)化巖塊,下部為強(qiáng)-中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖,坡面抗沖刷能力差,土巖交界面易產(chǎn)生滑動失穩(wěn)?;鶐r裂隙水,透水性及富水性不均勻,地下水以側(cè)向滲流的方式排泄或蒸發(fā)。邊坡所處巖層風(fēng)化強(qiáng)烈,含泥量大,存在軟弱夾層(泥化夾層),軟弱層遇水軟化后,可產(chǎn)生層間多級滑動。
圖2 典型橫斷面及工程地質(zhì)剖面圖
該段邊坡與巖層小角度相交,巖層傾角小于邊坡傾角,呈現(xiàn)順層巖邊坡狀態(tài)。邊坡開挖基本成型后,坡腳抗滑體變小,抗滑能力減弱,坡腳兩側(cè)凌空后,已出現(xiàn)局部變形及破損。而加固防護(hù)措施的實施略顯滯后,導(dǎo)致坡體處于極限平衡狀態(tài),存在整體滑移變形的危險。
由于地形地貌、周邊建筑、工程費用及社會影響等諸多因素的限制,本處坡體不適宜進(jìn)行大范圍卸載減重施工,采用支擋防護(hù)+局部卸載是制定處治方案的基本原則。
4.1.1 方案一 樁板墻+局部卸載(見圖3)
圖3 樁板墻+局部卸載方案
一級邊坡取消錨桿框架梁防護(hù),坡腳處設(shè)置1.5 m×2 m C30樁板墻,樁間距5 m,樁長23 m(露出地面8 m),板厚30 cm,共計41根樁。樁板墻與第一級邊坡之間的臺背采用碎石土回填。
二、三級邊坡維持現(xiàn)有錨索框架梁防護(hù),對開裂梁體進(jìn)行修復(fù)加固,清除坡面松散堆積物,坡體裂縫用水泥漿充填。
四級邊坡卸載,卸載范圍根據(jù)后緣裂縫位置確定,卸載的同時需清除淺層坍塌虛土。卸載邊坡坡率為1∶2.00,采用掛網(wǎng)客土噴播防護(hù)。
4.1.2 方案二 預(yù)應(yīng)力錨索+鋼花管注漿+局部卸載(見第30頁圖4)
一級邊坡坡腳設(shè)置兩排注漿鋼花管,排間距1.2 m,樁間距3.0 m,鋼管長12 m。將原設(shè)計中的錨桿框架梁調(diào)整為預(yù)應(yīng)力錨索框架梁,錨索長度32~36 m,共設(shè)置3排。
二、三級邊坡清除松散堆積物,坡體裂縫采用水泥漿充填密閉,對已經(jīng)施工完成的預(yù)應(yīng)力錨索框架梁進(jìn)行修復(fù)加固。為確保坡體的整體穩(wěn)定,需增設(shè)框架錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處治,二級邊坡增設(shè)兩排,三級邊坡增設(shè)一排,錨索長度36~38 m,錨固段長10 m。
四級邊坡卸載,卸載范圍根據(jù)后緣裂縫位置確定,卸載的同時需清除淺層坍塌虛土。卸載邊坡坡率為1∶2.00,采用掛網(wǎng)客土噴播防護(hù)。
4.1.3 方案比選
圖4 預(yù)應(yīng)力錨索+鋼花管注漿+局部卸載
樁板墻具有抗滑能力強(qiáng)、樁位靈活、施工經(jīng)驗成熟等優(yōu)點,但工程造價較高,進(jìn)行坡腳清理及人工挖孔等施工作業(yè)時存在一定的安全隱患,與方案二相比施工進(jìn)度較慢。
方案二可在保留現(xiàn)有防護(hù)的前提下,對坡體進(jìn)行加固,采用的防護(hù)形式與原設(shè)計方案相近,施工機(jī)具齊備,工人熟練程度較高,施工組織便利,并且工程費用較低,能夠確保施工質(zhì)量及進(jìn)度。
綜上所述,經(jīng)過多方比選,最終采用方案二:預(yù)應(yīng)力錨索+鋼花管注漿+局部卸載。
4.2.1 計算方法[1]
參照《公路路基設(shè)計規(guī)范》(JTG D30—2015)按傳遞系數(shù)法計算邊坡的穩(wěn)定性及剩余下滑力。
式中:Ti、Ti-1為第 i和第 i-1滑塊剩余下滑力,kN/m;Fs為穩(wěn)定安全系數(shù);Wi為第i滑塊的自重力,kN/m;αi、αi-1為第i和第i-1滑塊對應(yīng)畫面的傾角,(°);ψi為傳遞系數(shù);φi為第 i滑塊畫面內(nèi)摩擦角,(°);ci為第i滑塊畫面巖土黏聚力,kN/m;Li為第i滑塊畫面長度,m。
4.2.2 邊坡穩(wěn)定計算
表3 邊坡穩(wěn)定性計算
坡體牽引區(qū)強(qiáng)度參數(shù)為c=0 kPa,φ=35.0°;主滑區(qū)強(qiáng)度參數(shù)為c=15 kPa,φ=18.0°;抗滑區(qū)強(qiáng)度參數(shù)為c=15.0 kPa,φ=20.0°,計算結(jié)果如表3。
在坡頂卸載、錨索加固及坡腳鋼花管注漿條件下進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析計算,坡體末端滑塊的剩余下滑力為負(fù)值,表明該滑塊以上的坡體呈穩(wěn)定狀態(tài)。綜合治理后本段邊坡正常工況下,安全系數(shù)K=1.252;非正常工況下,K=1.158,均滿足規(guī)范要求。
影響路塹邊坡及坡體穩(wěn)定性的因素較多,如自然環(huán)境、地質(zhì)條件、施工質(zhì)量等。為確保工程安全,邊坡加固治理時,應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況,進(jìn)行動態(tài)設(shè)計與施工,確保處治措施的合理性及時效性。
調(diào)查分析邊坡的平衡狀態(tài)、結(jié)構(gòu)組成及地質(zhì)情況,從而為理論計算提供可靠的物理力學(xué)參數(shù)。結(jié)合該區(qū)域既有工程的成功經(jīng)驗、工程造價、社會影響、施工難易程度及時間緊迫性等諸多因素,確定最終的加固治理措施。
施工過程中應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計文件及相關(guān)規(guī)范進(jìn)行操作,確保施工質(zhì)量與安全,避免因施工擾動引起二次破壞的發(fā)生。對欠穩(wěn)定坡體進(jìn)行加固施工時,應(yīng)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測,實時采集欠穩(wěn)定坡體的變形、位移等重要安全參數(shù),并及時與監(jiān)理、設(shè)計等相關(guān)部門溝通,消除安全隱患,確保工程安全。