某國道隧道進(jìn)口配電房邊坡穩(wěn)定性分析與治理

蘭亞光

(四川省交通運(yùn)輸廳交通勘察設(shè)計(jì)研究院, 四川成都 610017)

[定稿日期]2017-10-13

隨著道路工程活動范圍的擴(kuò)展，時?？赡軐Φ缆费鼐€邊坡開挖，在邊坡開挖的過程中,或者是邊坡開挖一段時間之后，原來基本穩(wěn)定的坡體可能發(fā)生失穩(wěn)。本文以G213線川主寺至汶川公路段海子山隧道入口配電房邊坡為例，對該邊坡的穩(wěn)定性及治理措施進(jìn)行探討。

1 工程概況

G213線川主寺至汶川公路經(jīng)四川省阿壩藏族羌族自治州茂縣轄區(qū)，線路經(jīng)過疊溪海子堰塞湖。海子山隧道進(jìn)口配電房邊坡位于公路內(nèi)側(cè)，隧道施工完后配電房選址于該邊坡前緣，在新建配電房的過程中，對該段邊坡進(jìn)行工程開挖，此后該邊坡多次發(fā)生不同規(guī)模的垮塌，但隨著雨季的來臨，邊坡變形加劇。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地層巖性

該邊坡內(nèi)未見基巖出露，邊坡整體為土質(zhì)邊坡。邊坡地層結(jié)構(gòu)為，邊坡前緣公路一帶上覆人工填筑土(Q4me)，中部夾一層崩坡積厚含碎石粉土(Q4c+dl)，下部為湖湘沉積粉質(zhì)黏土(Q3l)。

2.2 氣象及水文地質(zhì)條件

工程區(qū)所在地區(qū)屬高原溫帶半干旱季風(fēng)氣候區(qū)， 6～9月為雨季，日最大降雨量45.6mm。10月～次年3月為霜凍期(162d)，最大凍土深度約0.6～0.8m。工程區(qū)內(nèi)地下水主要為松散堆積層孔隙水，受大氣降水和高山雪融水所補(bǔ)給。第四系松散堆積層孔隙潛水主要埋藏于崩坡積塊碎石土及湖相沉積粉土質(zhì)砂中，含水豐富，透水性強(qiáng)。

3 邊坡特征

3.1 空間形態(tài)特征

自然邊坡縱向長約200m，橫向?qū)捈s100m，平面整體呈舌形伸向干海子，后緣呈弧形展布。邊坡整體走向?yàn)?26°，與岷江河流走向基本一致。自然邊坡下部(公路外側(cè))，地形為緩坡地形，坡度約10～20°；自然邊坡上部(公路內(nèi)側(cè))，呈斜坡地形，坡度一般20～35°，局部陡坎達(dá)40～60°，自然邊坡坡面植被較發(fā)育。配電房后側(cè)人工開挖邊坡，位于公路內(nèi)側(cè)，坡度40～50°，平均坡度45°。

3.2 邊坡變形特征

配電房初建過程中，邊坡前緣開挖，不久出現(xiàn)鼓脹現(xiàn)象，邊坡后緣出現(xiàn)拉裂縫①，通過封閉，短期內(nèi)坡體未見變形加劇。進(jìn)入雨季后，通過對現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)邊坡塌滑，堆積物掩埋配電房后側(cè)開挖平臺；主裂縫①裂縫處已下錯形成高度1～2.5m高陡坎(滑坡壁)，①裂縫已發(fā)展成為滑坡洼地，滑坡洼地深度0.3～0.8m，寬度0.5～1.5m，延伸長度約40m，該處土體呈散體狀。在滑坡壁后側(cè)又發(fā)現(xiàn)兩條裂縫，②裂縫位于配電房正后方，平行于主裂縫，距離主裂縫約5m，張開寬度0.5～1cm，延伸長度8～10m；③裂縫位于配電房右后側(cè)，張開寬度5～10cm，延伸長度約15m，可見深度0.1～0.3m；最上部④裂縫，裂縫寬度1～3cm，可見深度5～15cm，延伸長度15～20m；配電房右側(cè)外側(cè)裂縫(⑤裂縫)寬度0.2～0.5cm，延伸長度約3m。

4 邊坡穩(wěn)定性分析

4.1 成因分析

工程邊坡位于海子山隧道進(jìn)口段，由于邊坡開挖，形成高度達(dá)18m的高陡臨空面，坡腳土體被挖除后，坡腳失去支撐，坡體內(nèi)應(yīng)力重整，土體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，上部土體向臨空面擠壓，在開挖邊坡后緣及側(cè)緣形成數(shù)條張拉裂縫，開挖邊坡局部失穩(wěn)、塌滑。雨季來臨，由于連續(xù)降雨的影響，雨水沿裂縫入滲至邊坡內(nèi)，致使邊坡土體飽水，土體抗剪強(qiáng)度降低，坡體穩(wěn)定性降低，工程邊坡前緣局部失穩(wěn)、塌滑，牽引引起邊坡進(jìn)一步變形、開裂，沿主裂縫(①裂縫)下錯，工程邊坡坡面鼓脹、開裂，形成連續(xù)滑動面，進(jìn)而形成滑坡。綜上所述，邊坡物質(zhì)組成及土體結(jié)構(gòu)等地質(zhì)條件是邊坡變形的內(nèi)在因素；坡腳工程開挖是引起邊坡變形的直接因素；降雨的影響是邊坡變形的重要誘發(fā)因素。

4.2 邊坡穩(wěn)定性及推力計(jì)算

4.2.1 計(jì)算方法

計(jì)算公式選用折線型滑面推力計(jì)算公式。

邊坡穩(wěn)定性系數(shù)計(jì)算公式：Ks=(∑Riψiψi+1…ψn-1+Rn)/ (∑Tiψiψi+1…ψn-1+Tn),(i=1,2,3,…,n-1)

剩余下滑力計(jì)算公式：Fn=Fn-1ψ+KtGnt-Gnntgφn-CnLn

式中：ψ=Cos(βn-1-β)-Sin(βn-1-βn) tgφn；

Fn、Fn-1為第n塊、第n-1滑體的剩余下滑力(kN/m)；

ψ為傳遞系數(shù)；Kt為滑坡安全系數(shù)；

Gnt、Gnn為第n塊滑體自重沿滑動面分力及垂直滑動面的分力(kN/m)，

其中：Gnt=GnSinβn、Gnn=GnCosβn；

φn為第n塊滑體沿滑動面土的內(nèi)摩擦角(°)；

Cn為第n塊滑體沿滑動面土的單位凝聚力(kPa)；

Ln為第n塊滑體滑動面長度(m)。

4.2.2 參數(shù)選取

滑帶計(jì)算參數(shù)采用試驗(yàn)、反算及工程類比附近相同地質(zhì)條件邊坡計(jì)算參數(shù)指標(biāo)相結(jié)合的方法，最終確定，天然工況下，天然粘聚力C=14kPa，天然內(nèi)摩擦角φ=16.5°，天然容重γ=16kN/m3；暴雨工況下，飽和粘聚力C=12kPa，飽和內(nèi)摩擦角φ=14°，飽和容重γ=18kN/m3。

4.2.3 穩(wěn)定性計(jì)算

以Ⅰ-Ⅰ’斷面作為計(jì)算斷面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，計(jì)算簡圖見圖1。

圖1 Ⅰ-Ⅰ’斷面計(jì)算

對滑坡的整體穩(wěn)定性分別按天然工況、暴雨工況、地震工況等三種工況進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算

4.2.4 推力計(jì)算

對滑坡分別在三種工況下計(jì)算滑坡的整體下滑推力，根據(jù)JTGD30《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》，該公路等級為二級公路，設(shè)計(jì)安全系數(shù)確定為：天然工況Ks=1.15，暴雨工況Ks=1.10，地震工況Ks=1.10，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 滑坡下滑推力計(jì)算

通過對不同工況下穩(wěn)定性系數(shù)的對比，同時考慮到工程區(qū)雨季降雨量大且降雨集中，坡體內(nèi)地下水豐富，地下水是邊坡開裂、變形的主要影響因素等內(nèi)容，故采用暴雨或連續(xù)降雨工況作為設(shè)計(jì)控制工況。

5 邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)措施

通過對邊坡穩(wěn)定性的分析：隧道配電房的開挖，導(dǎo)致坡體前緣失去支撐，為坡體的變形、失穩(wěn)提供了充足的物質(zhì)基礎(chǔ)，當(dāng)雨季來臨，豐富的流動水體，則成為了坡體變形加劇、塌滑的動力基礎(chǔ)，因此對該邊坡的治理從恢復(fù)支撐和排泄水體兩方面入手。

5.1 配電房后側(cè)錨索擋墻

配電房后側(cè)邊坡變形最為嚴(yán)重，且坡高達(dá)18m，同時配電房后側(cè)場地空間較小，無法布置大體量的抗滑擋墻，所以在該區(qū)域內(nèi)設(shè)置混凝土面板擋墻，同時輔以錨索，加強(qiáng)對坡體的支撐。此外，該側(cè)坡體的出水口較多，應(yīng)適量增加擋墻排水孔的設(shè)置。

5.1.1 擋墻

配電房后側(cè)采用鋼筋混凝土面板擋墻，墻高20m，墻厚0.6m，頂寬0.85m，墻體背坡及面坡均為1∶1,由C25混凝土澆筑。擋墻泄水孔采用預(yù)埋φ10.0cmPVC管，共布置10排，下部3排加密設(shè)置，橫向間距1.5m，縱向間距3m(展開面)，其余7排橫向間距3m，縱向間距2m，泄水孔后緣設(shè)置反濾包。擋墻每10m設(shè)置一道伸縮縫。擋墻基礎(chǔ)需對地基土進(jìn)行換填，換填深度1.0m，換填寬度1.5m。

5.1.2 預(yù)應(yīng)力錨索

錨索，配電房后側(cè)墻體上共布設(shè)11排錨索，下部3排錨索，長16m，錨固段10m，縱橫間距均為3m，上部8排錨索，長20m，錨固段10m，縱距2m，橫距3m。錨索采用4束φ15.24高強(qiáng)度、低松弛鋼絞線制作，鉆孔尺寸為φ150mm，錨索設(shè)計(jì)拉力值為200kN(圖2)。

5.2 配電房左、右側(cè)擋墻

在配電房左側(cè)設(shè)置仰斜式擋墻，高度5m，墻頂寬度1.0m，面坡坡度1∶0.25，背坡1∶0.20，擋墻采用C15片石混凝土澆注，泄水孔采用預(yù)埋φ10cmPVC管，間距2m，排距1m；配電房右側(cè)設(shè)置重力式抗滑擋土墻，擋墻高度6m，墻頂寬度1.5m，面坡坡度1∶0.3，背坡1∶0.10，擋墻采用C15片石混凝土澆注，泄水孔采用預(yù)埋φ10cmPVC管，間、排距2m。擋墻地基需要換填，換填高度2.0m，換填范圍為墻體底部寬度前后各擴(kuò)展1m(圖3)。

5.3 排水

自然邊坡雖然植被豐富，但坡面匯水面積也較大，在連續(xù)降雨和暴雨的作用下，過量的水體極易滲入坡體，所以在工程邊坡邊界區(qū)域設(shè)置一道環(huán)形截水溝。截水溝在砌筑前需調(diào)整縱坡，以方便匯水的順利排出，溝底在挖至預(yù)制截水溝的深度后需下挖10cm，并在夯實(shí)底部地層后鋪5cm厚的砂以防可能的變形。

圖2 防護(hù)措施布置

圖3 左右側(cè)邊坡防護(hù)措施

5.4 綠化

左、右側(cè)擋墻后邊坡采用三維植被網(wǎng)護(hù)坡。

6 結(jié)束語

通過對以上內(nèi)容的探討，本文謹(jǐn)希望在類似邊坡的處置過程中，加強(qiáng)綜合信息的收集，結(jié)合對實(shí)地的調(diào)查和分析，讓處理措施更加可靠合理。

[1]GB50021-2001 巖土工程勘察規(guī)范[S].

[2]GB50330-2013 建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

[3]JTGD30-2015 公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]DZ/T0219-2006 滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范[S].

[5] 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, 1994:327-331.

[6]GB50086-2015 巖土錨桿與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范[S].