東莞某大橋橋下填土邊坡穩(wěn)定性分析與治理研究

趙貴玲

（林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司廣州分公司 廣東廣州 510335）

引言

工程棄土所形成的填方邊坡，往往存在不經(jīng)壓實處理，土體壓實不足，抗剪強(qiáng)度低，土質(zhì)松軟且土層分布不均勻等一系列的特點。長期暴露在野外環(huán)境中，很容易發(fā)生坡面剝落掉塊、坡體濕陷變形、崩塌、滑坡以及泥石流等災(zāi)害，存在較大的安全隱患，必須采用支護(hù)措施對其進(jìn)行治理以加固邊坡、穩(wěn)定坡體。目前常用邊坡支護(hù)措施有擋土墻、土釘墻、樁板式擋土墻、抗滑樁以及格梁錨固等。本文以東莞某大橋橋下高填土邊坡的治理為例，提出坡面采用混凝土格構(gòu)梁+預(yù)應(yīng)力錨索/錨桿，坡腳設(shè)置抗滑樁+一道預(yù)應(yīng)力錨索的支護(hù)治理措施，以確保邊坡在使用年限內(nèi)安全可靠。

1 邊坡工程概述

東莞省道某高架橋段，呈南北走向，歷年來在橋下堆填大量土方，形成一個東高西低的土坡，西側(cè)土坡坡底現(xiàn)標(biāo)高約為54.00m，沿著坡底有一條既有排水溝，排水溝另一側(cè)為工業(yè)區(qū)。高架橋基樁與部分基樁橫梁埋于坡體之中。現(xiàn)場踏勘發(fā)現(xiàn)，基樁橫梁出現(xiàn)顯著裂縫，土坡對高架橋的安全造成一定的不利影響。因此，需對橋下土坡進(jìn)行治理。

根據(jù)甲方要求，將橋下土方平整至絕對標(biāo)高約54.00m，露出第二道（從上往下）高架橋基樁橫梁。高架橋東側(cè)坡頂現(xiàn)狀種植苗木，邊坡開挖不能侵占苗木用地，橋下至西側(cè)工業(yè)區(qū)的土方全部挖除。土方開挖后，坡腳標(biāo)高約53.660～54.340m，坡頂標(biāo)高約為53.660～77.912m，坡高約0～23.57m。橋底及西側(cè)平整后的場地采用植草護(hù)面；其他開挖后的土方邊坡需進(jìn)行支護(hù)。邊坡支護(hù)范圍內(nèi)邊坡長約395m，邊坡為分級放坡，每級坡高 5.0～7.0m，坡率 1：1.00～1：1.54，坡間平臺寬 2.0m。

2 場地巖土條件

在鉆孔控制深度范圍內(nèi)，場地巖土層地質(zhì)特征自上而下依次為：

①素填土：灰黃色、紫紅色，濕～稍濕，松散～稍密。其中粉質(zhì)粘土占60～70%；礫石、塊石占20～30%，塊徑1～10cm。已基本完成自重固結(jié)。全場地分布，層厚7.50～29.80m；平均為21.18m。

②粉質(zhì)粘土：紫紅色、褐黃色，稍濕，硬塑～堅硬，成份以粉粘粒為主，局部含少量角礫，分布不均勻；手捏稍粘手，切面粗糙，稍有光澤反應(yīng)，韌性中等，干強(qiáng)度中等。局部分布，層厚2.90～7.30m，平均為4.44m。

③-1全風(fēng)化砂巖：褐黃色、灰黑色。巖石中大部分礦物成份已完全風(fēng)化成粉粘粒狀。巖芯呈土柱狀，水沖易散。全場地分布；層厚2～7.7m，平均為3.83m。

③-2強(qiáng)風(fēng)化砂巖：褐黃色、灰黑色，原巖結(jié)構(gòu)大部分已破壞，礦物成份顯著變色，巖石風(fēng)化強(qiáng)烈，巖心多呈半巖半土狀，手捏可散，局部夾少量中風(fēng)化巖塊。全場地分布。屬極軟巖，受風(fēng)化程度影響，巖體極破碎，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。

③-3中風(fēng)化砂巖：褐黃色、灰黑色。砂狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造。泥、鐵質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)程度一般。砂粒約占80～90%，膠結(jié)物、粘粒等約占10～20%。節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖芯多呈碎塊狀，錘擊聲啞，易擊斷。局部分布，巖層堅硬程度屬軟巖，巖體完整程度屬破碎，巖體基本質(zhì)量等級屬Ⅴ類。

地下水類型主要有孔隙水和裂隙水。變化幅度2.00～3.00m?？辈炱陂g測量穩(wěn)定地下水位2.80～17.50m之間，地下水位標(biāo)高在56.73～64.00m之間。地下水和水位以上的土對混凝土結(jié)構(gòu)有微腐蝕性；對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋有微腐蝕性。

根據(jù)工程場地的巖土地質(zhì)詳細(xì)勘察階段勘察報告，并結(jié)合類似工程經(jīng)驗，本邊坡支護(hù)設(shè)計所選用的土層參數(shù)見表1。

表1 主要土層物理力學(xué)指標(biāo)

3 邊坡治理方案

本邊坡遵循“減載、固腳、強(qiáng)腰、排水”的原則，貫徹“水土保持、綜合治理、因地制宜、技術(shù)先進(jìn)”的設(shè)計理念，參照一級公路的路塹邊坡的設(shè)計要求進(jìn)行設(shè)計。本邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)為永久性支護(hù)結(jié)構(gòu)，使用年限與被保護(hù)橋梁的使用年限相同。所有錨索（桿）的設(shè)計防腐等級為Ⅰ級。

3.1 邊坡支護(hù)設(shè)計方案

對于由填土形成的高邊坡，本項目組進(jìn)行討論研究，并通過多次反復(fù)試算比選，確定本次支護(hù)結(jié)構(gòu)坡面采用混凝土格構(gòu)梁+預(yù)應(yīng)力錨索/錨桿支護(hù)，橋下東側(cè)邊坡底部設(shè)置抗滑樁+一道預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行支護(hù)的加固方案。

邊坡坡面格構(gòu)梁為"井"字形，截面尺寸為40cm×40cm，水平間距1.5～2.0m，坡面垂直間距1.5～2.0m，格構(gòu)梁主筋采用12根直徑20mm鋼筋，箍筋用φ8mm@20cm，格構(gòu)梁間掛鋼筋網(wǎng)噴C20細(xì)石混凝土護(hù)坡，鋼筋網(wǎng)采用 φ8mm@20×20cm。預(yù)應(yīng)力錨索采用 3～4×7φ5 鋼絞線，fptk=1860MPa；土釘采用單根直徑28三級螺紋鋼筋，預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)入巖層不小于5m。錨索孔徑不小于15cm，土釘孔徑不小于13cm。

橋下東側(cè)邊坡底部設(shè)置抗滑樁+一道預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行支護(hù)，坡底以上樁長2.0m，樁體進(jìn)入土層不小于5m。抗滑樁樁徑80cm，樁心距120/150cm，樁頂冠梁截面尺寸為80cm×80cm。預(yù)應(yīng)力錨索選用與要求同坡面支護(hù)。

由于填土邊坡浸水后粘聚力急劇減小，強(qiáng)度大幅度降低，邊坡遇雨水及地表水后易發(fā)生破壞，所以邊坡后期運(yùn)營中邊坡的排水系統(tǒng)至關(guān)重要。本次邊坡設(shè)計排水系統(tǒng)包括坡頂、平臺截水溝、坡中豎向排水溝（跌水踏步）、坡底排水溝、坡面排水管等，以確保邊坡坡體范圍內(nèi)的水能夠有組織地及時排出。

本次設(shè)計支護(hù)樁、冠梁、格構(gòu)梁、壓頂梁、基礎(chǔ)梁、跌水踏步、坡面截水溝、樁間擋板、封錨、錨頭承壓板的混凝土強(qiáng)度等級為C30，急流槽、沉砂井的混凝土強(qiáng)度等級為C25，墊層的混凝土強(qiáng)度等級為C15。鋼筋：HPB300鋼筋，強(qiáng)度設(shè)計值fy=270N/mm2；HRB400鋼筋，強(qiáng)度設(shè)計值fy=360N/mm2。

3.2 典型剖面穩(wěn)定性分析

根據(jù)開挖地形所得坡面形狀，結(jié)合場地周邊地質(zhì)勘察資料分析，對邊坡代表性的剖面進(jìn)行治理前后的穩(wěn)定性進(jìn)行計算分析，邊坡支護(hù)典型剖面見圖1。

圖1 邊坡支護(hù)典型剖面

該邊坡剖面為四級邊坡，坡高21.57m，其中第一級邊坡高為5m，坡率1：1.54，設(shè)置三道預(yù)應(yīng)力錨索，錨索長依次為15m、15m和18m；第二級邊坡坡高為7m，坡率為1：1.5，設(shè)置五道預(yù)應(yīng)力錨索，錨索長依次為20m、25m、25m、30m 和 30m；第三級邊坡坡高為 7m，坡率為 1：1.5，設(shè)置一道預(yù)應(yīng)力錨索和四道錨桿，長度依次為25m、20m、20m、18m和18m；第四級邊坡坡高為2.57m，坡率為1：1.5，設(shè)置一道錨桿，長為18m。坡腳設(shè)置抗滑樁，樁頂冠梁上設(shè)一道預(yù)應(yīng)力錨索，長為15m。

通過理正巖土計算6.5版“等厚土層土坡穩(wěn)定計算”項目對其坡面進(jìn)行穩(wěn)定性計算分析，滑裂面形狀為圓弧滑動法，計算得出，未經(jīng)治理的邊坡安全系數(shù)為0.657，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。經(jīng)邊坡加固方案治理后的邊坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)為1.516；利用理正深基坑7.0PB1對坡腳支護(hù)樁進(jìn)行計算，計算得到整體穩(wěn)定安全系數(shù)1.704，均滿足規(guī)范要求。

4 結(jié)論

本文以東莞某大橋橋下高填土邊坡進(jìn)行分析研究，提出坡面采用混凝土格構(gòu)梁+預(yù)應(yīng)力錨索/錨桿，坡腳設(shè)置抗滑樁+一道預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)的治理方案，并對邊坡加固前后的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，得到邊坡加固后，安全系數(shù)相對較大，滿足邊坡穩(wěn)定性要求，該支護(hù)結(jié)構(gòu)較為安全，為類似工程設(shè)計提供參考。

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