對某公路高邊坡處治及變形機理的探討

林昌云

（貴州省黔東南州交通建設工程公司，貴州 黔東南州 556000）

1 地形與工程地質簡介

該公路全長2685km,是我國西南主通道。路線樁號K49+057～K49+258左側是一處高邊坡不良地質路段。路塹地貌上屬于剝蝕殘丘地貌。地層自上而下可分為第四系坡積層、殘積層以及燕山早期基巖。亞粘土層厚1.30～3.45m,平均2.38m;全風化花崗巖厚度8.45～14.20m,平均11.33m;底部為強風化花崗巖,巖石風化強烈,遇水易軟化、崩解,巖石強度不均勻,局部夾弱風化巖塊,巖質稍硬。地下水由上部土層孔隙潛水和下部基巖裂隙水組成。坡底山溝內地表水系發(fā)育,水流量較小,且受季節(jié)變化的影響較大,地表排水條件較好。

2 路塹邊坡變形機理分析

2.1 變形機理

該路塹的頂部為土質邊坡,中下部為全風化土質邊坡。全風化巖土體具有泡水易軟化、崩解的特性,邊坡開挖后,將會導致坡腳應力集中,特別是在降雨(尤其是突發(fā)性大暴雨)條件下,孔隙水壓力會增大,邊坡自重增加,巖體結構面的抗剪強度將顯著降低,同時由于邊坡高陡,斷面開挖土方量大,坡體應力調整較大,易形成較大的松弛區(qū),有可能產(chǎn)生由于坡腳應力集中和巖土強度不足而產(chǎn)生的沿相對軟弱面、結構面的坍塌滑動變形或圓弧滑動變形。

2.2 指標選取與計算依據(jù)

2.2.1 各地層的物理力學指標(表1)

2.2.2 計算理論及依據(jù)

K49+057～K49+258段左側坡體的破壞方式主要為圓弧形滑動,通過采用有限元法在應力應變條件下的潛在滑動面搜索,也證實了該坡體的潛在滑動面為圓弧形。計算時選取邊坡控制性斷面K49+200進行極限平衡法驗算,采用簡化畢肖普(Bishop)法進行圓弧形滑動面搜索并計算。計算分兩種情況。情況Ⅰ:加固前潛在圓弧形滑動面搜索并計算;情況Ⅱ:加固后潛在滑動面搜索并計算。

2.3 設計思路

2.3.1 本段山坡較平緩,亞粘土層和全風化花崗巖較厚,山體相對較高,適當放坡有利于提高穩(wěn)定性,而K49+180～K49+240段邊坡較高,若采用過度放緩邊坡和加寬平臺的工程措施以提高坡體開挖后自身的整體穩(wěn)定性,則邊坡開挖的土石方量及邊坡高度都大為增加,增大用地和天然植被的破壞;若放陡邊坡,則可以減少土石方開挖,減少占地,但邊坡穩(wěn)定系數(shù)將降低,需進行邊坡加固。

表1 地層物理力學指標

2.3.2 本段坡體的巖土體主要為厚度較大的全風化巖土層,采用“固腳強腰”的理念,對坡體進行加固。

3 邊坡坡率與加固方案比較

3.1 邊坡坡形與坡率方案

方案一:邊坡采用臺階式邊坡,即邊坡坡形及坡率依據(jù)地質情況來確定:碎落臺寬1m;第一、二、三、四級邊坡坡率均為1∶1,第五級邊坡坡率為 1∶1.25;每級間平臺寬均為2m,邊坡單級高度10m(圖 1)。

方案二:邊坡采用臺階式結合樁錨墻邊坡,即人為放陡邊坡:碎落臺寬1m;樁錨墻及每級平臺寬均為2m;第二、三級邊坡坡率為1∶1;第一級樁錨式擋墻邊坡高8m,邊坡單級高度10m(圖2)。

3.2 邊坡加固方案

3.2.1 邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)。依據(jù)《公路路基設計規(guī)范》(JTGD30-2004)對邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)要求,公路在正常工況下,加固后的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)不小于1.2。

3.2.2 選取邊坡K49+200斷面對上面兩種坡形方案進行穩(wěn)定分析。

3.2.3 邊坡加固防護措施。為了減小人工雕琢痕跡,盡量減少圬工工程,根據(jù)本路塹邊坡的工程地質條件,主要采用錨桿和預應力錨索進行加固。方案一:邊坡第一級采用4排全長粘結錨桿格梁植草防護,錨桿長分別為8m和10m,交錯布置,錨桿格梁方形布置,間距2.8m×3.0m;第二級采用壓力分散型預應力錨索格梁植草防護,錨索采用6索,錨索長26m,錨固段總長10m,分三個相同的錨固單元,格梁方形布置,間距3.5m×3.75m,尺寸為0.5m×0.5m;第三級采用壓力分散型預應力錨索格梁植草防護,錨索采用6索,錨索長28m,格梁方形布置,間距3.5m×3.75m;第四級采用四排預應力錨桿格梁植草防護,錨桿長為12m,錨桿格梁方形布置,間距 2.8m×3.0m;第五級采用襯砌拱植草防護。方案二:邊坡第一級采用樁錨式擋土墻加固,錨索采用壓力分散型預應力錨索,錨索采用6索,錨索長28m,錨式擋土墻樁總長12m,地面以上8m,地面以下4m,樁體截面1m×1m,樁中心間距為4m,樁與樁之間設擋土板,擋土板預制尺寸為 3.6m×0.5m×0.3m;第二級采用壓力分散型預應力錨索格梁植草防護,錨索采用6索,錨索長28m,格梁方形布置,間距3.5m×3.75m;第三級采用襯砌拱植草防護。

圖1 K49+200左側路塹臺階式高邊坡橫斷面圖(單位:m)

圖2 K49+200左側路塹臺階式結合樁錨墻高邊坡橫斷面圖(單位:m)

3.3 邊坡方案工程經(jīng)濟比較

對此段高邊坡采用兩種坡形和加固方案進行工程經(jīng)濟比較,采用臺階式結合樁錨墻坡形加固方式,比直接依據(jù)地層情況放坡總費用要低21.6萬元,且該路塹所在的標段存在大量廢方,采用垂直支擋結構的坡形能減少土石方開挖量,減少了公路用地,符合交通部提出的可持續(xù)發(fā)展的新理念。因此對該段路塹邊坡設計的方案研究,采用底部設置垂直支擋結構、錨索結合樁錨墻的加固更為經(jīng)濟合理。

4 結論

上文結合該公路K49+057～K49+258左側一段高邊坡的設計實例,對山區(qū)公路高邊坡坡率和加固方案的選定進行了介紹,對此類邊坡坡率和加固方案進行優(yōu)化設計提供了借鑒。該段路塹高邊坡存在的問題主要是根據(jù)地質情況選擇坡率,設計開挖線會存在嚴重的“削山皮”現(xiàn)象(即方案一坡形)。

對于該類邊坡,可采用下部設置垂直支擋的做法進行收坡(即方案二坡形),同時垂直支擋結構不宜設置過高,否則影響公路景觀。采用重力式抗滑擋土墻是路塹邊坡工程中最為經(jīng)濟且最為常用的一種坡腳加固方式,但是重力式擋土墻體積較大,圬工數(shù)量大,且加固高度和效果均有限。隨著對公路施工安全、景觀和綠化要求的提高,越來越多地被錨桿擋土墻、樁板式擋土墻等代替,針對本段路塹邊坡的穩(wěn)定情況,設計采用錨索樁板式擋土墻進行加固。

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