廣西某高速公路邊坡穩(wěn)定性分析及治理方案研究

何 濤，閆向陽，劉玉鳳

(1.中國公路工程咨詢集團(tuán)有限公司，北京 100089；2.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司安全分院，北京 100013；3煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(煤炭科學(xué)研究總院)，北京 100013)

廣西自治區(qū)百色某高速公路為整體式路基，原設(shè)計(jì)為五級(jí)挖方邊坡，最大高度55 m。第二級(jí)開挖施工防護(hù)的過程中，發(fā)生滑坡?；挛＜案咚俟肥┕ぜ斑\(yùn)營安全，急需對(duì)滑坡進(jìn)行穩(wěn)定分析及治理。本文針對(duì)現(xiàn)場條件，提出經(jīng)濟(jì)合理的治理方案。

1 工程地質(zhì)條件

滑坡區(qū)屬丘陵地貌，地面高程517～732 m，原始地形坡度約為26°～45°，地表為第四系殘積地層覆蓋，局部地段見基巖出露，地表植被較發(fā)育，主要種植松樹等經(jīng)濟(jì)林。

根據(jù)勘察成果，滑坡區(qū)從地面依次向下主要地層為含礫粉質(zhì)黏土、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖、中風(fēng)化粉砂巖。

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)調(diào)查、鉆探揭露及區(qū)域地質(zhì)資料，滑坡區(qū)上部多為第四系坡積層，下伏基巖為三疊系中統(tǒng)粉砂巖，巖石風(fēng)化裂隙有一組較發(fā)育，產(chǎn)狀分別138°∠31°，頻數(shù)為5～7條/m；裂隙面多有鐵質(zhì)渲染及泥質(zhì)充填，部分無充填。巖體結(jié)構(gòu)面發(fā)育，平直光滑，局部有泥質(zhì)充填，結(jié)合程度差，巖體呈碎裂狀結(jié)構(gòu)，完整程度屬于較破碎。

2 滑坡特征

2.1 外貌特征

本滑坡屬于屬于正在滑動(dòng)的新生滑坡，滑坡體沿路線長80 m，垂直路線方向約60 m，高43 m，平均厚度約8 m，滑坡面積約3 000 m2，體積約2萬方；后緣高程623 m，距離坡頂省道206約24 m，高差15 m，前緣剪出口位于設(shè)計(jì)標(biāo)高位置，距離下方溝谷約200 m，高差74 m。

2.2 滑動(dòng)帶

根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪、勘探及位移監(jiān)測(cè)，確定了剪入口和剪出口的位置。根據(jù)地質(zhì)鉆探及深孔位移監(jiān)測(cè)確定了滑面的位置。

圖1 開挖后的潛在滑面

根據(jù)位移監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)在平面圖展布，滑動(dòng)方向約27°，與路線走向夾角100°?；麦w以含礫粘質(zhì)粘土及碎石為主，少量碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化粉砂巖。

3 滑坡穩(wěn)定性分析

該滑坡具有完整的邊界，后緣滑坡壁高差約2 m，前緣鼓起明顯，特征發(fā)育較完整，根據(jù)該邊坡滑坡的變形破壞現(xiàn)狀，滑坡已經(jīng)經(jīng)過了滑動(dòng)階段，滑面已完全貫通，目前處于停止滑動(dòng)的階段。受控于其脆弱的坡體地質(zhì)背景條件，如果未能及時(shí)實(shí)施有效支擋加固工程措施或進(jìn)一步擾動(dòng)，其變形勢(shì)必會(huì)繼續(xù)發(fā)展和擴(kuò)大。

巖體層理產(chǎn)狀45～65°∠32～45°，滑坡段產(chǎn)狀74°∠32°，和邊坡坡向夾角37°，視傾角26.8°，根據(jù)赤平投影分析，為順層坡，屬于不利組合，繼續(xù)施工下挖，剪出口將相應(yīng)移至坡腳，誘發(fā)更大范圍和更深層的整體式滑動(dòng)破壞。

圖2 赤平投影分析

4 滑坡剩余下滑力計(jì)算

巖土強(qiáng)度參數(shù)根據(jù)反演分析并結(jié)合工程地質(zhì)類比綜合確定。

表1 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算反演參數(shù)一覽表

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》D30-2015，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)取值如下表所示：其中正常工況為邊坡處于天然狀態(tài)下的工況，非正常工況1為處于暴雨或連續(xù)降雨?duì)顟B(tài)下的工況，非正常工況2為處于地震等荷載作用狀態(tài)下的工況。

表2 邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)取值

該滑坡治理后穩(wěn)定安全系數(shù)按照正常工況1.25;非正常工況1.15控制。由于地震烈度為7度，根據(jù)《公路工程抗震規(guī)范》JTG B02-2013的要求，可不進(jìn)行抗震驗(yàn)算。采用不平衡推力法對(duì)目前滑坡剩余下滑力進(jìn)行計(jì)算，其數(shù)值如表3。

表3 剩余下滑力

5 治理方案設(shè)計(jì)

目前剪出口位于右幅路基路面范圍之內(nèi)，土體完全開挖后，剪出口將移至坡腳，將會(huì)誘發(fā)深層滑動(dòng)破壞，深層破壞的方式是順層滑動(dòng)破壞；土層松散，錨索預(yù)應(yīng)力易損失；距離省道206較近，破壞后果嚴(yán)重。因此，必須選用適合的治理方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

5.1 工程措施

(1)方案一：圓樁

①支檔：在在第一級(jí)頂部平臺(tái)位置設(shè)置直徑2.5 m圓樁，樁長20～26 m，樁間距4 m，共16根；樁頂設(shè)置2根6束預(yù)應(yīng)力錨索，錨索長30 m，錨固段10 m，錨固力750 KN，張拉力600 KN；懸臂段設(shè)置樁間板，該位置目前滑面剩余下滑力950 KN，深層滑面剩余下滑力1 600 KN，樁身及擋土板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，護(hù)壁強(qiáng)度等級(jí)不低于C20。

②二級(jí)路下方設(shè)置四排鋼管樁，間距1.5 m。排距0.5 m，共設(shè)置四排；樁頂設(shè)置2 m高系梁，每隔3 m設(shè)置一道預(yù)應(yīng)力錨索，錨索張拉力50 KN。

③抗滑樁裝頂以上修整坡面后按噴錨支護(hù)封閉坡面。

④治理之后目前滑面正常工況及非正常工況穩(wěn)定安全系數(shù)為1.32/1.21；潛在滑面正常工況及非正常工況穩(wěn)定安全系數(shù)為1.23/1.15。

⑤造價(jià)約683萬。

(2)方案二：方樁

①支檔：在坡腳位置設(shè)置2.5×3 m2抗滑樁，樁長20～26 m，樁間距7.5 m，共13根；樁頂設(shè)置1根6束預(yù)應(yīng)力錨索，錨索長30 m，錨固段10 m，錨固力750 KN，張拉力400 KN；懸臂段設(shè)置樁間板，該位置目前滑面剩余下滑力950 KN，深層滑面剩余下滑力1 600 KN，樁身及擋土板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，護(hù)壁強(qiáng)度等級(jí)不低于C20。

②二級(jí)路下方設(shè)置四排鋼管樁，間距1.5 m。排距0.5 m，共設(shè)置四排；樁頂設(shè)置2 m高系梁，每隔3 m設(shè)置一道預(yù)應(yīng)力錨索。③治理之后目前滑面正常工況及非正常工況穩(wěn)定安全系數(shù)為1.31/1.2；潛在滑面正常工況及非正常工況穩(wěn)定安全系數(shù)為1.228/1.14。

④方案造價(jià)約476萬。

(3)方案對(duì)比及選取

表4 方案對(duì)比表

從經(jīng)濟(jì)、安全、施工工期等方面，對(duì)上述兩種方案進(jìn)行綜合比選后，將方案一做為推薦方案，共設(shè)置24根圓樁。

5.2 排水措施

地表排水：邊坡坡頂線外5 m位置設(shè)置截水溝，可以按實(shí)際地形接順。另外在后緣裂縫外側(cè)依據(jù)實(shí)際地形設(shè)置第二道截水溝，所有截水溝應(yīng)與涵洞、山間沖溝或坡頂急流槽接順；樁頂設(shè)置上擋式截水溝，各級(jí)平臺(tái)截水溝需接順。

地下水排水：在第二、三級(jí)坡腳做超長斜式排水孔，平均長度49 m，排水孔間距5 m，在具體施工過程中，應(yīng)根據(jù)施工揭示地層及含水狀態(tài)等實(shí)際情況調(diào)整孔位、孔數(shù)和孔深，以排水孔正常出水率達(dá)50%以上為宜，確保平孔排水工程效果。

5.3 監(jiān)測(cè)措施

在邊坡K80+322斷面附近布設(shè)深部位移監(jiān)測(cè)斷面1條，共三個(gè)點(diǎn)，平均孔深25 m，監(jiān)測(cè)周期為治理期一年，工后兩年；在地表布設(shè)地表位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)周期為治理期一年，工后兩年；在每根抗滑樁頂部設(shè)置位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)抗滑樁位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，樁頂錨索設(shè)置錨索測(cè)力計(jì)，監(jiān)測(cè)錨索受力變化情況，壓力傳感器外露測(cè)線應(yīng)注意保護(hù)，防止老化；監(jiān)測(cè)周期為治理期一年，工后兩年。

在邊坡各級(jí)按設(shè)計(jì)錨索總孔數(shù)的10%隨機(jī)抽樣，進(jìn)行錨下預(yù)應(yīng)力長期監(jiān)測(cè)工作，監(jiān)測(cè)周期為工后2年。

6 結(jié) 論

根據(jù)不平衡推力法計(jì)算得出的滑坡剩余下滑力，研究給出“圓樁”和“方樁”兩種方案，綜合分析兩種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，得出“圓樁”方案施工更為安全，可以保證現(xiàn)場順利施工，因此，最終選用“圓樁”方案進(jìn)行滑坡治理。