高速公路邊坡抗滑樁加固分析

馮盛林

(山西交通養(yǎng)護(hù)集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

高速公路在運(yùn)營(yíng)通車一段時(shí)間后，由于車輛荷載、自然、氣候因素的作用，或維護(hù)不當(dāng)?shù)仍驎?huì)造成公路邊坡出現(xiàn)滑塌等病害。為有效根除邊坡滑坡破壞，應(yīng)對(duì)邊坡地質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)破壞情況及其成因制定方案進(jìn)行處治。結(jié)合霍永高速公路高邊坡滑塌處理案例，分析抗滑樁加固效果。為了確定邊坡抗滑樁處治效果，采用信息化手段，對(duì)抗滑樁處治后邊坡的表面位移、深部變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)邊坡的安全穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 工程概況

霍永高速公路設(shè)計(jì)采用雙向四車道標(biāo)準(zhǔn)，路基設(shè)計(jì)寬度24.5 m，設(shè)計(jì)時(shí)速80 km/h。K200+580～K200+880段上行方向，路面硬路肩處出現(xiàn)隆起，右側(cè)邊溝變形破損，路塹墻向內(nèi)推移，墻身出現(xiàn)多處裂縫；右側(cè)一級(jí)至二級(jí)挖方邊坡出現(xiàn)護(hù)面墻破損、邊坡滑塌的現(xiàn)象，其破損的石塊侵入路面范圍，嚴(yán)重影響行車安全。2020年9月，對(duì)K200+580～K200+880段右側(cè)邊坡滑塌情況進(jìn)行了外業(yè)詳細(xì)勘察及處治設(shè)計(jì)，制定措施采取抗滑樁進(jìn)行處治。

2 高邊坡基本情況調(diào)查

2.1 邊坡坍塌現(xiàn)狀

1)K200+695～K200+735段邊坡滑塌。K200+695～K200+735段第一級(jí)～第二級(jí)護(hù)面墻邊坡(約8 m高)出現(xiàn)坍塌，坍塌邊坡將一級(jí)平臺(tái)覆蓋，并掩埋該段的碎落臺(tái)及邊溝，渣土最終滑落至硬路肩停止，形成K200+695～K200+735共40 m長(zhǎng)邊坡防護(hù)、排水設(shè)施損毀。

2)K200+740～K200+775段路塹擋墻裂縫。建設(shè)期在一級(jí)邊坡砌筑了K200+686～K200+854共168 m路塹墻，墻身頂寬2.0 m，外露高度4.0 m，整體完好，墻身泄水孔無(wú)流水痕跡，墻腳處綠植生長(zhǎng)良好。調(diào)查時(shí)K200+740～K200+775段(長(zhǎng)度35 m范圍)共發(fā)現(xiàn)6處由上至下裂縫，寬度1.0 cm～4.0 cm間，縫內(nèi)干燥、無(wú)水跡。

3)K200+664～K200+866段滑坡。建設(shè)期K200+664～K200+866段滑坡，削方卸載后形成了一段高33 m～45 m四級(jí)～五級(jí)邊坡，一級(jí)邊坡為路塹墻，高4 m；二級(jí)邊坡噴混防護(hù)，坡率1∶1.75，坡高約5 m；三級(jí)邊坡坡高約8 m，坡率1∶1.5。平臺(tái)寬度：一級(jí)6 m～13 m；二級(jí)最小2 m，最大9 m；三級(jí)2 m～4 m；削方卸載段落四級(jí)以上無(wú)平臺(tái)。

主裂縫出現(xiàn)在K200+735～K200+795段，第三級(jí)平臺(tái)后緣，將原噴混層拉裂形成錯(cuò)臺(tái)，裂縫寬度頂部約10 cm～20 cm，露出混凝土層后基巖。

K200+715～K200+795段，路塹墻向邊溝方向鼓出，最大偏移約2.5 m；K200+710等處邊溝受擠壓，外側(cè)壁向內(nèi)傾，并有多道裂縫。

2.2 邊坡病害原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察情況分析可知，該段工程類型為土石結(jié)合的挖方路塹，路塹邊坡的地層以黃土及強(qiáng)風(fēng)化泥巖為主，表層黃土覆蓋，下層泥巖裂隙發(fā)育，整體呈松散結(jié)構(gòu)和碎裂狀結(jié)構(gòu)，自穩(wěn)能力差[1]。由于雨季降水集中，大氣降水沿節(jié)理裂隙下滲，造成泥巖吸水膨脹、軟化，強(qiáng)度明顯降低，導(dǎo)致邊坡在自重作用下，傾向路基，局部出現(xiàn)蠕動(dòng)變形，裂隙不斷發(fā)育增大，大氣降水入滲比例增大，最終導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)、坍塌。

3 邊坡抗滑樁加固方案

對(duì)K200+695～K200+735段塌方路段一級(jí)邊坡坡面采取清理坍塌體+護(hù)面墻加固，在K200+705～K200+795段邊坡一級(jí)平臺(tái)設(shè)置鋼筋混凝土抗滑樁。對(duì)K200+740～K200+775段路塹墻采取原位鉆孔注漿加固，并在K200+686～K200+854全段路塹墻設(shè)置仰斜式排水孔。K200+695～K200+735段護(hù)面墻破壞比較嚴(yán)重的邊坡坡面，清理坍塌體后采取掛網(wǎng)噴錨+種植紫穗槐加固。

按照邊坡滑塌處治方案，在K200+705～K200+795段一級(jí)平臺(tái)頂設(shè)置抗滑樁，由K200+705和K200+795位置路塹墻頂向內(nèi)4.5 m處的連線為樁中心連線，樁徑1.6 m，樁中心距5.0 m，跳樁施工。其中K200+705～K200+785段鋼筋混凝土抗滑樁設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為9 m，17根；K200+790～K200+795段設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為15 m，2根，抗滑樁立面布置如圖1所示。

4 邊坡抗滑樁加固效果分析

4.1 表面位移監(jiān)測(cè)與分析

邊坡表面位移監(jiān)測(cè)是通過(guò)在邊坡上部布置測(cè)點(diǎn)，布設(shè)地面測(cè)量網(wǎng)點(diǎn)利用全站儀對(duì)水平和垂直相對(duì)位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。本項(xiàng)目采用徠卡TCA2003高精度全站儀開展監(jiān)測(cè)，建立控制網(wǎng)對(duì)各測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)和高程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。建立坐標(biāo)控制網(wǎng)，對(duì)各控制點(diǎn)坐標(biāo)進(jìn)行修正，以降低測(cè)量誤差。通過(guò)比較各觀測(cè)點(diǎn)單次坐標(biāo)觀測(cè)值與初始觀測(cè)值，計(jì)算得出坐標(biāo)增量，計(jì)算確定位移變化量。分別選取一級(jí)邊坡平臺(tái)3個(gè)測(cè)點(diǎn)(記為P01，P02，P03)，在相同高程位置邊坡坡面布置3個(gè)測(cè)點(diǎn)(記為P04，P05，P06)，對(duì)樁頂位移和邊坡表面位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。將每次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與初始觀測(cè)值進(jìn)行對(duì)比分析，分別得出坡面垂直方向位移(dx，正值向外)，坡面平行位移(dy)和高差(dz)。由于各測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相近，只選取P02和P06作為研究對(duì)象，分析監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖2,圖3所示。

分析圖2抗滑樁樁頂位移變化曲線，隨著監(jiān)測(cè)時(shí)間的增加抗滑樁有向坡外移動(dòng)的趨勢(shì)，與坡面平行位移不大，樁頂高程有下降的趨勢(shì)?？够瑯断蚱峦獾奈灰齐S著監(jiān)測(cè)時(shí)間的增加不斷增加，監(jiān)測(cè)半年后基本趨于穩(wěn)定，位移最大值為41.3 mm。與坡面平行方向位移較小，監(jiān)測(cè)期間略有波動(dòng)，但最大值僅為7.1 mm，變化量不大，監(jiān)測(cè)結(jié)束后基本趨于穩(wěn)定。樁頂高程隨監(jiān)測(cè)時(shí)間的增加不斷下降，且監(jiān)測(cè)結(jié)束時(shí)仍呈現(xiàn)小幅度增加的趨勢(shì)。

分析圖3所示邊坡表面位移變化曲線，坡面向外位移量相對(duì)較大，而與坡面平行位移和高程變化量較小。從曲線變化趨勢(shì)可以看出，前期坡面向外位移變化速率較快，后期較慢并逐步趨于穩(wěn)定。與坡面平行位移略有波動(dòng)，變化量較小，最大值不超過(guò)6 mm。高程變化量也較小，也呈現(xiàn)前期變化速率較大后期逐漸放緩的趨勢(shì)，監(jiān)測(cè)完成后高程變化基本趨于穩(wěn)定。這是由于抗滑樁采用跳樁施工，間隔一個(gè)孔位施工，后期第二批抗滑樁已施工完成，逐步發(fā)揮作用，有效控制了邊坡變形[2-3]。

4.2 深部變形監(jiān)測(cè)與分析

深部位移可以反映邊坡的變形情況，本項(xiàng)目采用鉆孔測(cè)斜儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在抗滑樁內(nèi)部設(shè)置測(cè)斜孔，并做好保護(hù),防止在施工過(guò)程中碰撞彎曲，在水泥混凝土澆筑過(guò)程中防止?jié)B入水泥漿，通過(guò)測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)確定不同深度抗滑樁的變形情況。以9 m長(zhǎng)抗滑樁作為研究對(duì)象，在施工過(guò)程中布置測(cè)斜管，使用測(cè)斜儀對(duì)深度變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)。2020年10月，抗滑樁施工完成后進(jìn)行初次測(cè)量，每次測(cè)量3次，取穩(wěn)定值作為監(jiān)測(cè)值。監(jiān)測(cè)時(shí)間從2020年10月開始到2021年6月，取其中三次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為研究對(duì)象，繪制抗滑樁不同深度位移變化曲線如圖4所示。

分析圖4所示曲線變化情況，不同深度抗滑樁變形趨勢(shì)基本一致，抗滑樁向坡面外側(cè)的位移較明顯，最大值出現(xiàn)在深度為6 m處?？够瑯锻旯ず螅谶吰律喜客馏w推力的作用下，3 m以下有向坡面外側(cè)移動(dòng)的趨勢(shì)。從抗滑樁頂面向下，隨著深度的增加變形呈現(xiàn)先增大后變小的趨勢(shì)。對(duì)比分析2021年3月和2021年6月的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，二者相差不大，說(shuō)明深度變形呈現(xiàn)不斷變小的趨勢(shì)?？够瑯断虏繛榉€(wěn)固巖體，變形量不斷變小，9 m位置位移基本為0。抗滑樁變形最大位移出現(xiàn)在深度為6 m處，2021年6月監(jiān)測(cè)變形量為10.3 mm。結(jié)合其他監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，抗滑樁深度變形已基本趨于穩(wěn)定，進(jìn)而得出邊坡土體已基本停止滑動(dòng)，說(shuō)明采用抗滑樁對(duì)邊坡處治后有效控制了邊坡滑動(dòng)，邊坡土體處于穩(wěn)定狀態(tài)[4-6]。

5 結(jié)語(yǔ)

霍永高速公路運(yùn)營(yíng)通車以來(lái)，由于受到溫度變化、降雨等多方面因素的影響，局部高邊坡出現(xiàn)了滑塌破壞。通過(guò)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，確定了破壞類型和破壞程度，分析了成因，并有針對(duì)性的制定了處治措施。針對(duì)K200+705～K200+795段抗滑樁處治施工，制定監(jiān)測(cè)方案對(duì)滑坡處治效果進(jìn)行分析，確定加固效果。分別布置測(cè)點(diǎn)對(duì)樁頂位移和坡面位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得出監(jiān)測(cè)前期變形速率較快，而抗滑樁完工后變形速率明顯下降，變形逐步趨于穩(wěn)定，且總位移量也較小。通過(guò)在抗滑樁內(nèi)部布置測(cè)斜管，采用測(cè)斜儀對(duì)抗滑樁深部位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)，得出隨著深度增加，抗滑樁變形呈現(xiàn)先增加后變小的趨勢(shì)，且最終逐漸趨于穩(wěn)定，說(shuō)明抗滑樁有效控制了上部邊坡土體的滑動(dòng)，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，達(dá)到了預(yù)期的加固效果。