天水北互通立交某路段滑坡處治與方案評價(jià)

陸鵬、紀(jì)仁芹

（1.中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430000；2.武漢華夏理工學(xué)院，湖北 武漢， 430000）

0 引言

天水北互通立交位于天水1隧道和天水2隧道之間的羅玉溝，設(shè)連接線與天水市成紀(jì)大道銜接，為天水市城市北部片區(qū)提供出行服務(wù)。

1 工程概況

互通所在區(qū)為河谷，地形開闊平坦，周邊為黃土山地，互通區(qū)基底上部為淺層黃土，下部為砂土。CPK0+084—CPK0+320 段左側(cè)深路塹原設(shè)計(jì)為五級挖方邊坡，邊坡最大高度為32m。2020年3月18日原設(shè)計(jì)第五級邊坡發(fā)生部分垮塌，拱形骨架防護(hù)脫落。

結(jié)合地勘資料對邊坡防護(hù)方案進(jìn)行調(diào)整，2020年5月28日下午，在護(hù)坡樁施工過程中，天水北互通收費(fèi)站CPK0+084—CPK0+320 左側(cè)挖方邊坡再次發(fā)生垮塌。

2 穩(wěn)定性計(jì)算

根據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》（GB 50021—2001）和《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015）的規(guī)定與要求，對高陡斜坡的典型工程地質(zhì)剖面，進(jìn)行基于剛體極限平衡方法的多剖面、多工況的穩(wěn)定性計(jì)算分析。所采用的穩(wěn)定性計(jì)算方法主要為Janbu 條分法。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果：在開挖之前，各剖面在天然與飽水工況下穩(wěn)定系數(shù)均大于1.2，邊坡為穩(wěn)定狀態(tài)；在地震工況下，240 剖面穩(wěn)定系數(shù)小于1.05，邊坡為欠穩(wěn)定狀態(tài)；開挖之后和前緣反壓前，各剖面在各工況下穩(wěn)定系數(shù)均小于1，為不穩(wěn)定狀態(tài)；前緣反壓后，各剖面在天然與飽水工況下穩(wěn)定系數(shù)均大于1.2，邊坡為穩(wěn)定狀態(tài)；在地震工況下，各剖面穩(wěn)定系數(shù)在1～1.05，邊坡為欠穩(wěn)定狀態(tài)。計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場實(shí)際情況一致。

3 處治方案及評估

以CPK0+140—CPK0+310 段為例：

第一級邊坡坡腳設(shè)2m×3m 抗滑樁，樁長為22m，懸臂端8m，樁間距5m?？够瑯堕_挖施工前，為確保邊坡穩(wěn)定，在坡腳處增設(shè)一排鋼管樁，樁徑63cm，樁中心距1.5m，樁長為12m。第2～第6 級邊坡坡率為1∶1.5，采用框格梁防護(hù)。

對拌和站平臺靠近場坪邊坡一側(cè)部分垮塌形成的缺口，采用回填土處理，并增設(shè)5.5m 高擋土墻支擋，擋土墻埋深1.5m，與原料場背后擋土墻形成整體。為排除坡體地表水和地下滲水，在邊坡范圍設(shè)置坡頂截水溝、平臺排水溝，并在邊坡土體增設(shè)深層排水管。在拌和站平臺靠山一側(cè)，增設(shè)0.8m×0.8m 碎石盲溝，用來排出土體內(nèi)滯水。

3.1 加固力計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)有設(shè)計(jì)方案，對上、下排樁所需加固力進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算時(shí)考慮了后緣陡傾裂隙中的水壓力，并將坡頂加載設(shè)為30kN/m。剖面工況如圖1、圖2、圖3 所示，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 設(shè)樁處所需加固力計(jì)算結(jié)果

圖1 240 剖面下排樁處天然工況

圖2 240 剖面下排樁處飽水工況

圖3 240 剖面上排樁處天然工況

3.2 抗滑樁設(shè)計(jì)計(jì)算

3.2.1 抗滑樁樁位、樁間距、樁長等參數(shù)的復(fù)核

上排樁：根據(jù)設(shè)計(jì)，在坡頂處共布設(shè)45 根圓孔灌注樁。樁截面直徑為2.2m，樁長28m，最大懸臂端10.9m，間距4.0m，樁頂采用冠梁整體澆筑，抗滑樁的錨固段長度為樁長的1/3～1/2，滿足規(guī)范要求。

下排樁：根據(jù)設(shè)計(jì)，在下方坡體坡腳共布設(shè)35 根人工挖孔抗滑樁。樁截面尺寸均為2m×3m，樁長22m，最大懸臂端8m，間距5.0m。樁前采用板墻連接。抗滑樁的錨固段長度為樁長的1/3～1/2，滿足規(guī)范要求。

3.2.2 抗滑樁內(nèi)力位移計(jì)算

滑動(dòng)面以上樁身內(nèi)力的計(jì)算，可根據(jù)一般結(jié)構(gòu)力學(xué)公式直接計(jì)算；滑動(dòng)面以下樁身內(nèi)力的計(jì)算，應(yīng)首先根據(jù)錨固段的換算長度，確定屬于剛性樁還是彈性樁，然后采用相應(yīng)的公式計(jì)算樁身的內(nèi)力和變形。當(dāng)為剛性樁時(shí)，按剛性樁計(jì)算；當(dāng)為彈性樁時(shí)，按彈性樁計(jì)算。否則會出現(xiàn)較大的誤差。計(jì)算時(shí)，還須根據(jù)設(shè)樁處的地層情況選擇K 法或m 法。根據(jù)本段坡體的地質(zhì)情況，這里選擇m 法按彈性樁進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算程序采用理正計(jì)算軟件。

選取最大加固力240 剖面，分別進(jìn)行上排和下排抗滑樁內(nèi)力位移計(jì)算。其中下排人工挖孔樁的埋深5m，滑面加固力為1042kN，抗滑樁懸臂端為8m，滑面至坡腳平臺還有3m 懸臂，此處考慮樁背主動(dòng)土壓力，經(jīng)計(jì)算約為162kN。因此整個(gè)抗滑樁懸臂端需提供的加固力為1204kN；上排圓形灌注樁需提供最大加固力為428kN。

主要剖面處的內(nèi)力計(jì)算結(jié)果如圖4 所示。

圖4 240 剖面下排抗滑樁內(nèi)力計(jì)算結(jié)果

3.2.3 配筋量計(jì)算

抗滑樁樁頂位移和最大配筋量計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 抗滑樁樁頂位移和最大配筋量計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

下排人工挖孔樁背側(cè)縱筋共布設(shè)了108 根φ32 的鋼筋，配筋量為86858mm。上排圓形灌注樁樁背側(cè)縱筋共布設(shè)了54 根φ32 的鋼筋，其配筋量為43429mm。均大于表2 中的計(jì)算配筋量，截面最大配筋量滿足要求。

3.2.4 樁頂位移計(jì)算

上排圓形灌注樁樁頂位移為68mm，小于懸臂端的1/100，滿足規(guī)范要求。

下排人工挖孔樁樁頂位移為77mm，小于懸臂端的1/100，滿足規(guī)范要求。

3.3 越頂滑動(dòng)計(jì)算

3.3.1 下排樁樁頂越頂滑動(dòng)計(jì)算

下排抗滑樁樁頂以上邊坡較高，且部分?jǐn)嗝鎺r土界面距離樁頂坡腳較近，存在沿樁頂滑出的潛在風(fēng)險(xiǎn)。因此，對上、下兩排樁之間的坡體，沿著下排抗滑樁樁頂滑出的穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算時(shí)，滑動(dòng)面沿著黃土與泥巖交界面的部分，計(jì)算參數(shù)選用修正的滑動(dòng)面的參數(shù)，滑動(dòng)面位于黃土中的部分，選用修正的黃土的參數(shù)，計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 下排樁頂越頂滑動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

從計(jì)算結(jié)果可知：240 剖面在天然和飽水工況下，穩(wěn)定系數(shù)滿足規(guī)范要求。在地震工況下穩(wěn)定系數(shù)為1.041，為欠穩(wěn)定狀態(tài)，不滿足規(guī)范要求的1.05 的穩(wěn)定系數(shù)，建議采取框架錨桿等必要的工程措施。

3.3.2 上排樁樁頂越頂滑動(dòng)計(jì)算

對上排抗滑樁樁頂上方坡體的穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算時(shí)選用修正的黃土的參數(shù)。剖面工況如圖4、圖5 所示，計(jì)算結(jié)果見表4。

圖4 240 剖面天然工況

圖5 240 剖面飽水工況

表4 上排樁頂越頂滑動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

從計(jì)算結(jié)果可知，各剖面在各工況下穩(wěn)定系數(shù)均滿足規(guī)范要求，上排樁樁頂上方坡體不會發(fā)生滑動(dòng)。

4 結(jié)語

對現(xiàn)有設(shè)計(jì)方案進(jìn)行計(jì)算，可知兩排抗滑樁的錨固段長度為樁長的1/3～1/2，滿足規(guī)范要求。兩排樁截面最大配筋量滿足規(guī)范要求。上排圓形灌注樁樁頂位移為68mm，下排人工挖孔樁樁頂位移為77mm，均小于懸臂端的1/100，滿足規(guī)范要求。

對上、下兩排樁之間的坡體沿著下排抗滑樁樁頂滑出的穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算可知，240 剖面在地震工況下穩(wěn)定系數(shù)為1.041，為欠穩(wěn)定狀態(tài)，不滿足規(guī)范要求的1.05 的穩(wěn)定系數(shù)，建議采取框架錨桿等必要的工程措施。對上排抗滑樁樁頂上方坡體的穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算可知，3 個(gè)剖面在各工況下穩(wěn)定系數(shù)均滿足規(guī)范要求，上排樁樁頂上方坡體不會發(fā)生滑動(dòng)。

建議在坡體后方設(shè)置排水盲溝，截?cái)嗟叵滤蜻吰聺B流的徑流途徑，同時(shí)采用集水井、深部排水孔等手段加強(qiáng)坡體地下水的泄排，完善排水系統(tǒng)。