湘西某工程不穩(wěn)定邊坡處治設計

摘要 當路線通過不良地質(zhì)路段時，應遵循預防為主、防治結合的原則，采取有效的工程處治措施，保證邊坡穩(wěn)定。為了對邊坡穩(wěn)定性處治方法進行研究，以湘西某公路深挖方邊坡為研究對象，分析了該邊坡主要存在的問題，并對邊坡的穩(wěn)定性進行了計算分析。結果表明：不穩(wěn)定斜坡A、B 區(qū)為坡面流及潛在滑坡區(qū)域，采用“坡面錨墩+坡面掛網(wǎng)噴錨+排水溝+監(jiān)測”進行綜合治理。研究結果可為邊坡穩(wěn)定性研究與處治提供技術借鑒。

關鍵詞 不穩(wěn)定邊坡;穩(wěn)定性計算;處治設計;錨索

中圖分類號 U416.14 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）12-0087-03

收稿日期：2022-04-07

作者簡介：秦莎莉（1981—），女，本科，工程師，研究方向：公路勘察設計。

0 引言

針對穩(wěn)定性較差或者不穩(wěn)定的高陡邊坡工程確定整體加固處治方案時，須依據(jù)邊坡現(xiàn)場勘察數(shù)據(jù)，綜合邊坡內(nèi)部各巖土層性質(zhì)、地下水位探測和室內(nèi)外巖土體實驗數(shù)據(jù)，并本著客觀分析以及經(jīng)濟合理的原則，進行高陡山體邊坡整體加固處理，如錨索加固、注漿加固以及設置柔性防護網(wǎng)等，確保邊坡能夠得到有效處治[1]。

1 項目概況

湘西某一公路K6+435～K6+605左側(cè)邊坡施工，分五級開挖放坡處理，坡向90°，順坡長70.00 m，坡腳寬約170.00 m;坡頂高程436.17 m，坡腳高程369.50 m，坡高66.67 m，坡度20°～65°，邊坡面積6 810 m2。單級邊坡高6.60～42.80 m，其中自上而下一～四級邊坡高6.60～8.96 m，坡比1∶1.08～1∶1.51，第五級邊坡高22.50～42.80 m，坡比1∶0.71～1∶0.92 m，碎落臺寬2.50～3.00 m，已完成387.00 m高程以上的支護工作。9個月后邊坡出現(xiàn)多處開裂、變形，邊坡遭受破壞后果嚴重，安全等級為二級。

2 自然地理條件

2.1 地形地貌

該工程K6+435～K6+605段邊坡屬構造侵蝕剝蝕型低山丘陵地貌，微地貌為西—東的鞍狀地貌，呈扇形，坡向90°，邊坡北側(cè)為修路時回填的碎石和巖塊，南側(cè)為桔園。

2.2 地層巖性

根據(jù)鉆探揭露及鄰近地表調(diào)查，場地內(nèi)地層較為簡單，由上覆土層和基巖組成，自上而下可以分為：第四系素填土①、碎石②、震旦系下統(tǒng)古城+大塘坡組絹云母板巖夾粉砂質(zhì)板巖③，以及斷層角礫巖④。

2.3 構造與地震

該項目所處大地構造位置為揚子準地臺南緣，湘西弧形構造帶中部，華夏系第三隆起帶雪峰隆起區(qū)西部，整體位于沅陵-麻陽-鳳凰晚期新華夏系拗陷地帶北西部，區(qū)內(nèi)褶皺、斷裂構造極發(fā)育。

根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》GB18306—2015，場地基本地震動峰值加速度為0.05 g，場地地震動反應譜特征周期為0.35 s，擬建公路等級為二級，邊坡治理為一般工程，根據(jù)《公路工程抗震設計規(guī)范》JTG B02—01—2013，劃分為丙類抗震設防類別，抗震設防標準建議按Ⅵ度區(qū)標準進行抗震設防。

3 邊坡變形特征

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，坡體上淺表層巖土體厚度小，結構較松散;強風化絹云母板巖夾粉砂質(zhì)板巖節(jié)理裂隙發(fā)育，該邊坡切坡后在前緣形成高陡臨空面，因改變了原有斜坡體內(nèi)的應力狀態(tài)，促使邊坡快速變形，易產(chǎn)生坡面滑坡和崩塌。據(jù)勘察成果資料，該邊坡潛在滑動面埋深3.00～10.50 m，滑面傾角約15°～47°，平均厚度4.80 m，不穩(wěn)定邊坡體積約3.27×104 m3，為淺層牽引式小型巖質(zhì)滑坡，下伏基巖為絹云母板巖夾粉砂質(zhì)板巖。

4 穩(wěn)定性計算

4.1 格構區(qū)預應力錨索計算

對邊坡A區(qū)采用格構錨索防護治理。

根據(jù)勘察報告，非正常工況邊坡1-1'線、4-4'、5-5'、6-6'線處于穩(wěn)定狀態(tài)，邊坡2-2'線處于欠穩(wěn)定狀態(tài)、3-3'線處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，故軸線（1）～（6）與軸線（25）～（45）兩段不設預應力錨索，只針對軸線（7）～（24）進行預應力錨索設計計算。

（1）剩余下滑力計算。根據(jù)地勘報告，2-2′剖面第（3）滑塊最不利，以該滑塊下滑力控制設計計算。剩余下滑力計算圖示如圖1。

根據(jù)《公路路基設計規(guī)范》（JTG D30—2015）（7.2.2-1）剩余下滑力計算公式：

（1）

上式中根據(jù)規(guī)范、地勘報告及邊坡現(xiàn)狀綜合取值如下：

Wi=S×P=118.67×21.6=256.3 kN/m（S——滑塊面積，P——滑塊容重）、Fs=1.1、α=47°、φ=20°、Ci=58 MPa、Li=19.9 m，代入上式得，每米剩余下滑力Ti=271.65 kN/m。

（2）錨索錨固力設計值計算。根據(jù)《公路路基設計規(guī)范》（JTG D30—2015）（5.5.4）錨索設計錨固力計算公式：

（2）

錨索豎向設計3排，水平、豎向間距均為3.0 m，則每根錨索承受的下滑力E=Ti×3 m÷3排=271.65×3÷3=

271.65 kN，上式中α=47°、β=20°、φ=20°，代入上式得，每根錨索錨固力設計值Pd=374.29 kN，即按每根錨索錨固力設計值374.29 kN控制軸線（7）～（24）段預應力錨索設計。

（3）錨索截面面積計算。根據(jù)《公路路基設計規(guī)范》（JTG D30—2015）（5.5.5）錨索體截面積計算公式：

（3）

上式中K1=1.8、Pd=374.29 kN、Fptk=1 860 MPa=

1 860 000 kPa，代入得，A=362.22 mm2。

（4）錨索根數(shù)計算。1根φs15.2（1×7）型鋼絞線截面面積=139 mm2，因此每根錨索需配置（362.22÷139=2.61）根φs15.2（1×7）型鋼絞線。即軸線（7）～（24）段預應力錨索設計每根錨索為3φs15.2鋼絞線。

（5）地層與錨索注漿體間黏結長度Lr計算。根據(jù)《公路路基設計規(guī)范》（JTG D30—2015）（5.5.6-1）計算公式：

（4）

上式中K2=2.0，frb=1 500 kPa，d=0.11 m，Pd=

374.29 kN，代入得：

1.44 m

（6）預應力錨索設計計算結論。根據(jù)以上計算及分析，綜合確定軸線（7）～（24）A區(qū)錨索設計水平、豎向間距均為3.0 m，每根錨索為3φs15.2鋼絞線，錨固段長度取≥4.0 m，每根錨索設計錨固力為375 kN，錨固砂漿為M30，錨固鉆孔直徑為11 cm，掛網(wǎng)構造：按構造要求進行，采用直徑為12 mm的HRB400鋼筋網(wǎng)，噴射混凝土面板厚度為10 cm。

4.2 格構梁計算

將格構的錨桿點視為固定支點，格構梁視為簡支梁，梁長度為3.0 m，每延米均布荷載q=375 kN/3 m=125 kN/m。

4.2.1 A、B點反力

根據(jù)平衡條件求的A、B點的反力為：

FA=FB=q1/2=125×3.0/2=187.5 kN （5）

4.2.2 確定剪力方程與彎矩方程

因沿梁的全長外力無突變，故剪力方程與彎矩方程均可用一個方程描述。

首先，以A點為原點建立A?x坐標軸。其次，取坐標為x的截面 m?n，考察左梁段的平衡，得到梁的剪力方程和彎矩方程分別為：

Q（x）+FA?qx=187.5?125x （6）

（7）

4.2.3 作剪力圖與彎矩圖

根據(jù)（6）式，Q（x）為x的一次函數(shù)，所以剪力圖為一斜直線。端點處（x=0，x=3.0）的剪力值Q（0）=187.5 kN和Q（3.0）=?187.5 kN，在Q?x坐標中，標出a、b兩點，連接兩點，即得剪力圖，不難看出，最大剪力發(fā)生在梁兩端的截面上，=187.5 kN。

根據(jù)（7）式，M（x）為x的二次函數(shù)，所以彎矩圖為拋物線。為繪制這一曲線的大致形狀，至少取三點，故除取兩端點截面（x=0，x=3.0）以外，再在梁中間取一截面（x=1.5）。這三個截面上的彎矩值分別為：

M（0）=0、M（3.0）=187.5×3.0?62.5×3.02=0、M（1.5）=187.5×1.5?62.5×1.52=140.6 kN·m，將它們標在M-x坐標中，標出a、b、c三個點，連接三點，即得彎矩圖，根據(jù)對稱性，c點為拋物線頂點，該處彎矩最大，Mmax=140.6 kN·m。

4.2.4 驗算梁截面尺寸

假定H=500 mm，b=400 mm，h0=500?50=450 mm。

根據(jù)《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50010—2010）第6.3.1-1公式：

V==187.5 kN≤0.25×βC×fC×b×h0=0.25×1.0×

1.43×400×450=643.5 kN滿足要求。

故：格構梁截面取b×h=400 mm×500 mm。

4.2.5 鋼筋配筋計算

根據(jù)梁的受力條件，配筋按雙向配筋，不考慮預應力筋，根據(jù)《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50010—2010）第6.2.7-1、6.2.10-1、6.2.10-3公式：

M=560.235 817×106>140.6×106 N·mm （8）

滿足要求，故按4Φ16配筋。縱向受拉鋼筋為HRB400鋼筋4Φ16。

根據(jù)上述計算結果，可確定格構梁內(nèi)配筋，受拉區(qū)和受壓區(qū)的縱向配筋均為HRB400鋼筋4Φ16，箍筋滿足構造要求即可。

5 不穩(wěn)定邊坡治理方案

處治過程中，通過對不穩(wěn)定斜坡的地質(zhì)特征、穩(wěn)定性狀況、危害對象、經(jīng)濟技術及可行性等多個方面的分析，該不穩(wěn)定斜坡治理設計可以采取兩種治理方案：

方案一：刷方減載+截排水溝工程+坡面局部噴漿綠化。

方案二：錨墩預應力錨索+坡面噴錨+截排水溝。

上述兩種方案，方案一開挖方量較大，施工時開挖大量土石方可能加劇邊坡變形破壞，場地周圍沒有棄土場，易造成次生地質(zhì)災害，適宜性較差;方案二結構輕巧，雖然工藝繁瑣，技術要求高，但施工技術成熟，能保證水土不產(chǎn)生流失，造價相對較低，基本不占用土地資源，施工期間對現(xiàn)有邊坡影響小。

根據(jù)現(xiàn)場條件進行比選，方案二具有較大的優(yōu)勢，故設計采用方案二。

（1）處治工程總體設計。不穩(wěn)定斜坡A、B區(qū)為坡面流及潛在滑坡區(qū)域，為了使整個不穩(wěn)定斜坡區(qū)處于穩(wěn)定狀態(tài)，需要對兩個區(qū)域進行綜合有效治理，為了達到全面治理效果，對A區(qū)不穩(wěn)定斜坡進行坡面錨墩錨索錨固設計，對B區(qū)不穩(wěn)定斜坡進行坡面錨桿噴錨設計。

不穩(wěn)定斜坡采用“坡面錨墩+坡面掛網(wǎng)噴錨+排水溝+監(jiān)測”進行綜合治理，沿著A區(qū)整個不穩(wěn)定斜坡的周界布置橫縱間距為3.0 m×3.0 m的預應力錨索錨墩，防止整個滑坡體變形移動;同時對B區(qū)進行掛網(wǎng)噴錨處理;在不穩(wěn)定斜坡內(nèi)部橫向布設兩條排水溝，把不穩(wěn)定斜坡體內(nèi)大部分雨水匯流排入坡體下方的公路排水系統(tǒng)中，施工過程中及完成后進行一段時間的監(jiān)測。

該次不穩(wěn)定的斜坡治理設計選取最不利2-2'坡面第（3）塊進行分析計算設計，剩余下滑力271.65 kN/m作為不穩(wěn)定斜坡滑動推力設計值。

（2）錨墩預應力錨索設計。根據(jù)勘察報告提供的巖土參數(shù)以及計算剖面圖，同時根據(jù)錨墩錨索的布置位置進行坡體推力計算設計及支護布置后的穩(wěn)定性驗算，通過計算土壓力小于坡體推力，因此采用坡體推力進行錨墩預應力錨索內(nèi)力計算和設計。

（3）坡面噴錨設計在不穩(wěn)定斜坡B 區(qū)域內(nèi)（噴錨面積約為5 586 m2），設計掛網(wǎng)噴錨支護形式，控制點為D1～D6與D21～D25，錨孔直徑為110 mm，沿著坡面縱橫向布置直徑為28 mm的HRB400鋼筋（錨孔水平間距為3.0 m，豎向間距為3.0 m），根據(jù)計算錨桿長度采用9.0 m或4.5 m，每根錨桿錨固力設計88 kN，詳見設計圖。掛網(wǎng)鋼筋為雙向間距為0.2 m直徑為12 mm的HRB400 鋼筋網(wǎng)。噴錨厚度為100 mm，噴錨混凝土強度為C20。

（4）截排水工程設計。根據(jù)現(xiàn)場匯水、地形、地質(zhì)條件，該部位匯流條件較簡單，采用矩形溝，最終匯流入坡體下方的公路排水系統(tǒng)中。

6 結束語

通過對湘西某一公路K6+435～K6+605段不穩(wěn)定邊坡的工程處治，取得良好效果，得出以下結論，可為不穩(wěn)定邊坡防治工程處治設計提供參考。

（1）山區(qū)巖體破碎區(qū)、構造發(fā)育泥砂巖區(qū)應對開挖邊坡進行專項評估，必要時采取強支擋工程。

（2）不穩(wěn)定邊坡做好處治工程的同時還要做好排水設計，有效排解疏通積水，防止土體物理邊學參數(shù)降低，坡體穩(wěn)定性下降。

（3）在施工中開挖不穩(wěn)定邊坡時，坡體開挖過程中應妥善處理好開挖的土石，不能堆積在坡體表面或坡體下部，避免造成不利影響，消除安全隱患[3]。

參考文獻

[1]王超. 公路高陡巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析及支護方案優(yōu)化[D]. 長沙：長沙理工大學， 2019.

[2]高禮. 公路下邊坡穩(wěn)定性分析及滑坡防治措施[J]. 中國公路， 2018（7）： 92-93.

[3]馮生海. 天龍山連接線K2+480～K2+690段不穩(wěn)定邊坡（1號橋左側(cè)）工程治理設計[J]. 建筑技術開發(fā)， 2021（3）： 65-67.