二級(jí)公路順層巖質(zhì)邊坡滑坡穩(wěn)定性分析及治理措施

王天達(dá)

（唐山市交通運(yùn)輸局公路管理站，河北 唐山 063300）

1 工程地質(zhì)分析

某施工項(xiàng)目位于山地丘陵區(qū)，公路等級(jí)為Ⅱ級(jí)公路，根據(jù)滑坡體形成的嚴(yán)重程度，分為兩個(gè)部分。一部分是變形坡體，順坡向，樁號(hào)為K275+210—K275+330 段。另一部分是滑坡已經(jīng)形成，樁號(hào)為K275+330—K275+530 段，主體已經(jīng)達(dá)到新的平衡，并具有以下特點(diǎn)：（1）滑坡體物質(zhì)主要為粉質(zhì)黏土、礫質(zhì)粉土和黏土，滑動(dòng)面土體為粉砂質(zhì)泥巖間的軟弱夾層，軟弱夾層340°∠19°，其結(jié)構(gòu)疏松，透水性較強(qiáng)[1]；（2）滑床較為平坦。該段原地面橫坡角度約為18°，路基設(shè)計(jì)標(biāo)高約為142m，經(jīng)過(guò)初步測(cè)算已達(dá)到劇烈滑動(dòng)區(qū)域約為11萬(wàn)m3，邊（滑）坡平面示意圖見圖1。

圖1 邊（滑）坡平面示意圖

2 滑坡成因

2.1 地形地貌因素

場(chǎng)區(qū)的地形斜坡較多，是平原向山地的過(guò)渡區(qū)。順向坡的坡面上部結(jié)構(gòu)很陡峭，下部結(jié)構(gòu)比較平緩，坡向350°，坡角在17～27°之間。

2.2 水文地質(zhì)因素

滑坡區(qū)發(fā)育3 條沖溝，對(duì)滑坡穩(wěn)定性影響最大的沖溝主要有2 條，由于地表水的長(zhǎng)期侵蝕，巖層表面沿節(jié)理裂隙形成寬達(dá)1.5m以上的溶溝溶槽，再加之降水較多，且多暴雨，形成的徑流直接沖刷坡面，使巖體的抗剪強(qiáng)度降低。

2.3 邊坡開挖

坡腳是路基開挖時(shí)最薄弱的位置，坡腳由于開挖打破了力的平衡，造成不穩(wěn)定。此時(shí)，由于開挖沒有按照豎向分層、水平分區(qū)、分段進(jìn)行操作。此外，防護(hù)不當(dāng)或不能及時(shí)進(jìn)行防護(hù)也會(huì)導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。

3 穩(wěn)定性力學(xué)分析

滑坡治理設(shè)計(jì)的宗旨首先是保證施工安全，其次是確?；麻L(zhǎng)期穩(wěn)定，滑坡加固設(shè)計(jì)主要通過(guò)分析結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行操作。抗滑樁具有抗滑能力強(qiáng)、樁位靈活、圬工數(shù)量小、支擋效果好等優(yōu)點(diǎn)，因此，采用抗滑樁作為該邊坡支護(hù)結(jié)構(gòu)[2]。

3.1 巖體力學(xué)參數(shù)的反算

根據(jù)滑體的表現(xiàn)特征，取兩個(gè)典型斷面進(jìn)行參數(shù)反算，一個(gè)是變形坡體樁號(hào)K275+290 位置，另一個(gè)是滑坡面樁號(hào)K275+450，分別取安全系數(shù)KS=1.00 及KS=0.95進(jìn)行滑面峰值強(qiáng)度和殘余強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，參數(shù)計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 巖體力學(xué)參數(shù)反算結(jié)果

3.2 巖體力學(xué)參數(shù)的確定

通過(guò)巖體力學(xué)反算結(jié)果再結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，選取典型斷面K275+290 及K275+450 進(jìn)行分析，得出設(shè)計(jì)取用的巖體力學(xué)參數(shù)[3]，見表2。

表2 設(shè)計(jì)取用巖體力學(xué)參數(shù)

3.3 坡體剩余下滑力的計(jì)算

采用不平衡推力傳遞法，于K275+450 剖面計(jì)算坡體剩余下滑力，其結(jié)果見表3。表3 得出的坡體下滑力的計(jì)算結(jié)果可作為方案設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。

表3 坡體剩余下滑力計(jì)算表

4 邊坡治理方案設(shè)計(jì)

根據(jù)地形、地質(zhì)、施工條件及理論計(jì)算結(jié)果對(duì)抗滑樁進(jìn)行設(shè)計(jì)[4]。

4.1 抗滑樁位置的設(shè)定及截面尺寸的確定

根據(jù)設(shè)計(jì)滑坡推力大小、地形、地質(zhì)條件及理論計(jì)算結(jié)果，抗滑樁直徑為Φ1 000mm。采用兩種情況對(duì)地基土層進(jìn)行抗滑穩(wěn)定驗(yàn)算設(shè)計(jì)，一種是設(shè)計(jì)低水位，另一種是極端低水位。

4.2 抗滑樁布置在邊坡前沿進(jìn)行加固處理

為簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，對(duì)邊坡進(jìn)行加固計(jì)算。僅對(duì)設(shè)計(jì)低水位一種情況進(jìn)行分析，在樁頂自由和水平位移約束條件下，得到計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4 設(shè)計(jì)低水位的加固計(jì)算結(jié)果

由表4 計(jì)算結(jié)果的安全系數(shù)可知，在設(shè)計(jì)低水位情況下，采用在邊坡前利用抗滑樁進(jìn)行加固并對(duì)樁頂結(jié)構(gòu)進(jìn)行限制，無(wú)論樁頂是自由情況還是水平位移約束情況，都不能達(dá)到規(guī)范值，因此，在邊坡前加固不可行。

4.3 抗滑樁布置在邊坡后沿進(jìn)行加固處理

對(duì)設(shè)計(jì)低水位和極端低水位兩種情況下考慮樁頂?shù)淖杂杉皹俄敭a(chǎn)生水平位移約束情況進(jìn)行邊坡加固計(jì)算。其計(jì)算結(jié)果如表5所示。

表5 不同情況下邊坡加固計(jì)算結(jié)果

由表5 可知，無(wú)論樁頂是在自由還是約束的情況下，在設(shè)計(jì)低水位還是在極端低水位兩種情況下，安全系數(shù)都大于規(guī)范值，完全符合要求。另一方面，通過(guò)比較兩種不同工況，對(duì)樁頂進(jìn)行必要的約束，安全系數(shù)將有所提高，以便更有效地增加抗滑樁的加固作用。

本文采用的方法是有限元強(qiáng)度折減法，與文獻(xiàn)[5]進(jìn)行比較見表6?？梢钥闯?，兩種方法都可以滿足規(guī)范要求。使用文獻(xiàn)[5]計(jì)算的安全系數(shù)都偏大[5]。

5 具體工程項(xiàng)目實(shí)施

一般情況下，為獲得更大的抗彎和抗剪能力，抗滑樁布設(shè)長(zhǎng)軸方向應(yīng)與滑坡的主滑方向平行，因此，抗滑樁最合理的設(shè)置是在二級(jí)平臺(tái)上?？够瑯稑堕L(zhǎng)20m ，截面尺寸為2m×3m，坡高10m，縱向間距5m。兩施工段均采用放坡+抗滑樁+坡面防護(hù)進(jìn)行治理。樁前邊坡分三級(jí)刷坡，刷坡坡率自上而下依次為 1∶1. 25 、1∶1.25 和 1∶1.5 ，坡頂開挖線后緣設(shè)一排抗滑樁板墻進(jìn)行支擋，確保邊坡整體穩(wěn)定。二級(jí)平臺(tái)寬度設(shè)置4m，一級(jí)平臺(tái)設(shè)置寬度相比二級(jí)平臺(tái)可以窄1.5m?？够瑯妒┕そY(jié)束后，為提高地基承載力，達(dá)到地基穩(wěn)定，應(yīng)設(shè)置擋土墻。擋土墻的位置結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)具體情況安排，一般設(shè)置在一級(jí)坡腳處，墻高約1m，一級(jí)、二級(jí)邊坡都要進(jìn)行坡面防護(hù)，護(hù)面墻類型均采用大窗式。主滑面處治設(shè)計(jì)見圖2。

圖2 主滑面處治設(shè)計(jì)

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015），在正常工況下的滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.20，通過(guò)與文中穩(wěn)定安全系數(shù)1.25 計(jì)算結(jié)果對(duì)比，通過(guò)抗滑樁進(jìn)行支擋能夠達(dá)到滑坡治理要求。

6 滑坡位移監(jiān)測(cè)分析

6.1 滑坡安全監(jiān)測(cè)要求

該滑坡區(qū)域地質(zhì)較差，滑動(dòng)體積巨大，為保證施工安全，在施工過(guò)程中對(duì)邊坡動(dòng)態(tài)進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)，并分析評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性?；掳踩O(jiān)測(cè)要求，在運(yùn)營(yíng)期正常情況下，位移、產(chǎn)生傾斜及巡視檢查和地下水位監(jiān)測(cè)2 次/月，在非正常情況下做到2 次/d，8 次/月。在施工期間要加大監(jiān)測(cè)力度，以保證施工安全。

6.2 滑坡平面與垂直位移監(jiān)測(cè)情況

該滑坡施工期參照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)期限為30d，監(jiān)測(cè)位移情況如圖3所示。

圖3 滑坡監(jiān)測(cè)位移曲線

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，在施工監(jiān)測(cè)期內(nèi)滑坡未出現(xiàn)較大變形，基本穩(wěn)定，表明采用抗滑樁進(jìn)行邊坡治理方法可行。

7 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)巖體力學(xué)參數(shù)的反算確定了抗滑樁黏聚力和內(nèi)摩擦角兩個(gè)重要設(shè)計(jì)參數(shù)。利用不平衡推力傳遞系數(shù)法計(jì)算的穩(wěn)定系數(shù)和剩余下滑力作為邊坡治理方案設(shè)計(jì)的安全依據(jù)?？够瑯恫贾迷谶吰潞笱?，任何情況都滿足規(guī)范要求，方案可行。通過(guò)在施工期間對(duì)主滑斷面進(jìn)行30d 安全監(jiān)測(cè)表明，位移量在安全規(guī)范的范圍內(nèi)，表明該滑坡治理有效。