高速公路邊坡治理在復(fù)雜地質(zhì)區(qū)的實(shí)施研究

浦云鶴

西華大學(xué)土木建筑與環(huán)境學(xué)院

1 引言

2018年，中國(guó)的高速公路里程已經(jīng)達(dá)到13.6萬(wàn)千米，高速公路在西南山區(qū)的建設(shè)，助力西南地區(qū)山城的發(fā)展。高速公路沿線復(fù)雜地質(zhì)區(qū)邊坡治理與加固是在西南地區(qū)建設(shè)高速公路過程中重要的問題[1]。錨桿、錨索、土工袋及錨索框格梁等加固技術(shù)已經(jīng)在高速公路邊坡治理與加固工程廣泛應(yīng)用[2]。攀大高速總發(fā)樞紐互通工程由于樁基施工量大，且樁型較多且較為復(fù)雜，采用旋挖鉆孔灌注樁、沖孔樁和人工挖空灌注樁等[3]，尤其是沖孔樁和旋挖鉆孔灌注樁所使用的機(jī)械對(duì)山體震動(dòng)影響較大，且有部分樁承臺(tái)需要大開挖、深開挖施工，如果對(duì)邊坡治理與加固不到位，易引發(fā)安全事故。

2 邊坡治理地質(zhì)勘探實(shí)驗(yàn)分析

2.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

攀大高速總發(fā)樞紐互通工程，是連接攀大高速與京昆高速的重要綜合樞紐互通工程。項(xiàng)目地區(qū)屬于構(gòu)造剝蝕低山地貌，局部地段橫穿河流侵蝕堆積地貌區(qū)，區(qū)內(nèi)地形起伏大，施工區(qū)域相對(duì)高差約100m。攀西地區(qū)四季不分明，夏季降雨量大且集中，太陽(yáng)輻射強(qiáng)，垂直氣候差異顯著等特點(diǎn)，極端天氣下風(fēng)速可達(dá)17m/s。

2.2 地質(zhì)勘探實(shí)驗(yàn)分析

表1 巖土物理力學(xué)指標(biāo)

通過現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)勘探：項(xiàng)目實(shí)施區(qū)域地層主要為新生界第四系全新統(tǒng)人工堆積層、沖洪積層、坡洪積層、崩坡積層、新生界第三系上新統(tǒng)昔格達(dá)組及元古界晉寧期石英閃長(zhǎng)巖夾輝綠巖。場(chǎng)地地震基本烈度為Ⅶ度，地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45s。其中：人工填筑土由碎石、建碴等構(gòu)成，石質(zhì)成分主要為石英閃長(zhǎng)巖、輝綠巖等硬質(zhì)巖為主，呈強(qiáng)中風(fēng)化，少量砂粒及建碴，透水性較好，厚度一般0.5m～1.0m，局部可達(dá)9.5mm。粉質(zhì)黏土由硬塑，黏粒為主，結(jié)構(gòu)不均，頂層為種植土，層厚0.5m～2.0m。強(qiáng)風(fēng)化泥巖由礦物成分以黏土礦物為主，泥質(zhì)膠結(jié)，薄層狀構(gòu)造，巖質(zhì)輕且軟，錘擊易碎，巖石具飽水軟化、脫水開裂風(fēng)化特征，層厚0m～43.9m。元古界晉寧期巖層，該層分布整個(gè)場(chǎng)地，巖性以石英閃長(zhǎng)巖為主，斜坡陡坎地帶常見出露，偶見有輝綠巖脈侵入，該層厚度大，鉆探未揭穿。通過鉆探取樣對(duì)巖土物理力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表1。

3 邊坡治理

3.1 邊坡治理分析

對(duì)于邊坡地震動(dòng)力穩(wěn)定性分析，一般采用有限差分軟件進(jìn)行數(shù)值模擬分析，然后采用在邊坡關(guān)鍵部位選取計(jì)算監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)安全系數(shù)計(jì)算，分析計(jì)算結(jié)果對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析，最后得到邊坡各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的安全系數(shù)時(shí)程曲線[4]?？偘l(fā)樞紐互通工程主要以樁基、橋梁工程為主，尤其是L 匝道橋樁長(zhǎng)度普遍在30m以上，橋長(zhǎng)超過100m，周邊地質(zhì)條件復(fù)雜，邊坡治理難點(diǎn)在于原有高邊坡的開挖加寬以及樁基施工產(chǎn)生的較大震動(dòng)對(duì)山體的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，且歷史上有較大地震發(fā)生。對(duì)工程場(chǎng)地進(jìn)行物探剪切波速測(cè)試，根據(jù)物探剪切波速測(cè)試:本場(chǎng)地土層等效剪切波速use 為233.90m/s～332.65m/s，覆蓋層厚3m～50m，場(chǎng)地土類型為中軟-中硬場(chǎng)地土，建筑場(chǎng)地類別為Ⅱ類。通過軟件模擬分析，采用的邊坡點(diǎn)安全系數(shù)基于Mohr-Coulomb強(qiáng)度準(zhǔn)則可表示為[4]:

式中：

Ks——點(diǎn)安全系數(shù)；

c、Φ——計(jì)算點(diǎn)巖土體的黏聚力（kPa）和內(nèi)摩擦角（°）；

σ1、σ3——計(jì)算點(diǎn)的大、小主應(yīng)力（kPa）。

通過模擬分析，本工程路基邊坡的抗震穩(wěn)定系數(shù)采用1.20，滿足JTGB 02—2013《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定路基邊坡的抗震穩(wěn)定系數(shù)不應(yīng)小于1.15。

3.2 邊坡治理加固

土石方開挖施工應(yīng)從上之下分級(jí)進(jìn)行開挖。對(duì)于較低高度的土石方開挖，先疏于表水，清除地表草皮及腐殖土，挖臺(tái)階填筑時(shí)分層碾壓夯實(shí)，并留設(shè)平臺(tái)，同時(shí)做好坡面、坡外的排水措施和綠化防護(hù)措施。對(duì)于高位山體開挖，先修筑好截水溝、排水溝以及擋土支護(hù)結(jié)構(gòu)，設(shè)置支擋工程，以土層或基巖風(fēng)化層為持力層，做到支護(hù)安全、結(jié)構(gòu)牢固。涵洞和通道基礎(chǔ)采用明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)，以全風(fēng)化石英閃長(zhǎng)巖為持力層，并做好邊坡防護(hù)與加固。

為了做好邊坡治理工作，項(xiàng)目部應(yīng)首先在成立以項(xiàng)目經(jīng)理為首的邊坡治理小組，以技術(shù)總工為技術(shù)負(fù)責(zé)人對(duì)邊坡治理編制具體的施工方案。堅(jiān)持“分級(jí)開挖，分級(jí)防護(hù)”的原則，邊坡治理采用錨桿、錨索、土工袋及錨索框格梁等技術(shù)方式，確保邊坡治理與加固做到安全有效（代表性橫斷面圖1）。

圖1 邊坡治理示意圖

通過對(duì)邊坡治理計(jì)算分析，對(duì)較高位的邊坡治理，首先在原地面開挖平整出大的工作面，最下層工作面寬度不小于4 m，工作面成2%～4%的內(nèi)傾斜坡，每隔3m～5m 設(shè)置一道向下的排水溝，然后逐層開挖。對(duì)于坡度大于25%，高度大于8 m的斜陡坡，在頂部路床范圍內(nèi)鋪設(shè)一組3層土工格柵進(jìn)行加固處理，土工格柵端頭錨固采用U型釘錨固措施。對(duì)于山體出現(xiàn)裂縫或者易發(fā)生山體滑坡的山體，采用錨索、錨桿及錨索框格梁等技術(shù)進(jìn)行加固，錨索最長(zhǎng)達(dá)到30m，錨桿最長(zhǎng)達(dá)到9m，并設(shè)置錨桿框架梁護(hù)坡，同時(shí)在設(shè)置抗滑樁，抗滑樁與錨桿框架梁相連，選取中間兩個(gè)相隔4個(gè)樁位的抗滑樁布置應(yīng)力變形傳感器，來監(jiān)測(cè)護(hù)坡位移變形量，采用土壓力盒來來監(jiān)測(cè)抗滑樁周圍的土壓力，在施工的時(shí)候?qū)ξ灰谱冃瘟繃?yán)格監(jiān)控，當(dāng)變形量超過風(fēng)險(xiǎn)值時(shí)立即停止施工。監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)在采用旋挖機(jī)鉆孔和沖孔樁機(jī)沖孔時(shí)，抗滑樁的位移量較大，土壓力變化也較大，說明采用旋挖機(jī)鉆孔和沖孔樁機(jī)沖孔時(shí)對(duì)L匝道橋邊坡治理與加固影響較大。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過物探剪切波速測(cè)試、變形傳感器位移監(jiān)測(cè)技術(shù)和軟件模擬計(jì)算安全系數(shù)，結(jié)合攀大高速總發(fā)樞紐工程實(shí)例，本工程路基邊坡的抗震穩(wěn)定系數(shù)采用1.20，滿足JTGB 02—2013《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定路基邊坡的抗震穩(wěn)定系數(shù)不應(yīng)小于1.15，采用錨桿、錨索及錨索框格梁等技術(shù)方式能滿足本工程的邊坡治理與加固的安全實(shí)施。