公路路基邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)及處治分析

李俠

摘要 為有效解決公路路基邊坡失穩(wěn)問(wèn)題，保證公路運(yùn)營(yíng)安全性和穩(wěn)定性，文章依托某公路項(xiàng)目K5+820～K6+190段工程實(shí)踐，針對(duì)路基邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)及處治展開(kāi)綜合探究，通過(guò)實(shí)地勘查及數(shù)值模擬等方式明確了滑坡形成原因，得出滑坡概率為21.2%，邊坡平均安全系數(shù)為1.036；提出了三種不同的滑坡處治方案，并從處治效果、經(jīng)濟(jì)效益、使用效果等方面進(jìn)行綜合比較，確定了最優(yōu)處治方案，即抗滑樁預(yù)應(yīng)力錨索+坡面框架錨索方案，該方案施工簡(jiǎn)便、成本低廉、加固效果顯著，值得推廣、應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 路基工程項(xiàng)目；邊坡失穩(wěn)；定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；處治效果評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào) U416.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2023）12-0093-03

0 引言

公路工程運(yùn)營(yíng)期間受氣候、地質(zhì)、人為等各方面因素影響，極易產(chǎn)生路基邊坡失穩(wěn)、垮塌等問(wèn)題，嚴(yán)重威脅交通運(yùn)輸安全，造成不可估量的經(jīng)濟(jì)損失，因此，積極開(kāi)展路基邊坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估尤為必要。針對(duì)現(xiàn)役公路項(xiàng)目邊坡的風(fēng)險(xiǎn)研究，主要采用定性評(píng)估方式，根據(jù)地形、地質(zhì)等相關(guān)因素將邊坡風(fēng)險(xiǎn)劃分為不同的等級(jí)；而采用破壞概率對(duì)邊坡風(fēng)險(xiǎn)實(shí)施定量分析的情況較為少見(jiàn)。為此，該文根據(jù)邊坡風(fēng)險(xiǎn)管控理念，結(jié)合現(xiàn)役公路工程實(shí)踐，嚴(yán)格按照風(fēng)險(xiǎn)分析、評(píng)價(jià)、調(diào)控基本流程，明確了路基滑坡類型及形成原因，并從經(jīng)濟(jì)性、可行性等角度對(duì)各種治理方案實(shí)施對(duì)比分析，確定了最佳的處治方案，具有重要的參考價(jià)值[1]。

1 工程概況

某公路項(xiàng)目K5+820～K6+190段地處深度為20 m的溝谷地帶，道路沿線地形以低山丘陵為主，地質(zhì)構(gòu)造呈北向斷裂。該路段地質(zhì)呈完全風(fēng)化狀態(tài)，穩(wěn)定性較差。結(jié)合實(shí)地勘查數(shù)據(jù)，滑坡體長(zhǎng)約360 m，寬240 m，厚約10.5 m，滑移方向?yàn)镾W265°，與底部巖層斜向大致相同。為詳細(xì)了解滑坡路段地質(zhì)構(gòu)造和滑動(dòng)面位置，在該區(qū)域進(jìn)行鉆孔檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)共設(shè)置孔位6處，鉆孔深度為12～27.9 m，整體進(jìn)尺為115.2 m，具體情況如圖1所示。

邊坡地質(zhì)狀況自上而下共分為四層，具體如下：

第一層：雜填土。色澤呈灰～灰綠色，以回填土、建筑垃圾為主，石質(zhì)填料超過(guò)60%，存在少量砂巖、炭質(zhì)頁(yè)巖，呈完全風(fēng)化狀態(tài)，大部分為粒狀，厚約1.0～25 m。

第二層：粉質(zhì)黏土。呈棕紅色，可塑～硬塑狀，土質(zhì)均一，存在少量粉土、砂巖等，厚約0.7～14.8 m。

第三層：砂質(zhì)泥巖?；野咨?、可塑狀，風(fēng)化程度較高，巖芯破碎，厚約0.6～2.9 m。

第四層：基巖。以石炭系泥巖為主，硅、鈣質(zhì)膠結(jié)，風(fēng)化程度較高，巖芯破碎。

2 滑坡危險(xiǎn)性分析

危險(xiǎn)性分析主要是根據(jù)災(zāi)害具體情況，采用實(shí)地勘查、理論探究、數(shù)值模擬等方式，對(duì)災(zāi)害產(chǎn)生概率、危害程度實(shí)施評(píng)估的研究方式。結(jié)合實(shí)際勘查數(shù)據(jù)，路基邊坡失穩(wěn)主要是由于地質(zhì)、風(fēng)化、雨水侵蝕等各方面因素共同作用，使邊坡出現(xiàn)沿強(qiáng)風(fēng)化基巖面滑移，經(jīng)綜合評(píng)估邊坡處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，在外界因素作用下極易產(chǎn)生滑坡[2]。

由于現(xiàn)場(chǎng)滑坡形成的誘因眾多，且現(xiàn)階段大部分模擬系統(tǒng)均采用折減重度、抗剪強(qiáng)度等指標(biāo)對(duì)降雨、風(fēng)化等環(huán)境實(shí)施模擬，該文通過(guò)Geo-Studio系統(tǒng)中的蒙特卡洛試驗(yàn)?zāi)K對(duì)滑坡概率實(shí)施模擬分析，根據(jù)以往相關(guān)研究經(jīng)驗(yàn)，采用正態(tài)分布概率密度函數(shù)將土體黏聚力c、內(nèi)摩擦角φ、重度γ值分別設(shè)于不同區(qū)間內(nèi)[3]。因概率計(jì)算過(guò)程中，當(dāng)計(jì)算步數(shù)N接近2 000次時(shí)，其結(jié)果基本穩(wěn)定，因此，該文N=2 000次。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘探結(jié)果及以往研究數(shù)據(jù)，滑動(dòng)帶土層指標(biāo)如表1所示。

將表1相關(guān)指標(biāo)輸入系統(tǒng)后，模擬計(jì)算得到：①邊坡平均安全系數(shù)Fs=1.036<1.05，處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，與實(shí)地勘查評(píng)估結(jié)果相同；②滑坡概率P=21.2%。相關(guān)研究成果及文獻(xiàn)顯示，公路項(xiàng)目滑坡概率允許范圍為5%～10%，因此該滑坡概率超出允許范圍，風(fēng)險(xiǎn)較大[4]。

3 滑坡處治效果分析

3.1 風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控思路及處治技術(shù)

根據(jù)該工程實(shí)際情況，因現(xiàn)場(chǎng)已封閉，重點(diǎn)從降低邊坡危險(xiǎn)性方面實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)調(diào)控，主要方式為調(diào)整坡率、增設(shè)支擋體系，從而降低邊坡破壞概率。

方案1：對(duì)于坡體頂部滑體，通過(guò)斜坡減荷+預(yù)應(yīng)力抗滑樁支擋+坡面錨索框架梁支護(hù)方式進(jìn)行處理。

方案2：在坡頂、坡腳位置布設(shè)重力式擋土墻，并對(duì)坡面實(shí)施斜坡減荷+錨索框架梁支護(hù)。

方案3：重點(diǎn)針對(duì)下方滑體，在坡腳位置布設(shè)擋土墻，并對(duì)坡面實(shí)施斜坡減荷+錨索框架梁支護(hù)。

3.2 處治效果分析

按照以上3種滑坡治理方案，并根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)及表1中土層技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行模擬分析。因GeoStudio系統(tǒng)難以對(duì)擋土墻實(shí)施模擬，因此，該文通過(guò)數(shù)值反算將擋土墻強(qiáng)度指標(biāo)換算成抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、φ，計(jì)算得出等效黏聚力c=20.3 kPa，內(nèi)摩擦角φ=30°。

各方案處治效果如下：①三種方案均在一定程度上提高了邊坡穩(wěn)定性，前兩種方案邊坡平均安全系數(shù)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，滑坡概率均未超過(guò)5%的規(guī)定；②方案3平均安全系數(shù)、破壞概率均超出允許范圍，因此該方案不可行；③針對(duì)前兩種方案風(fēng)險(xiǎn)性和經(jīng)濟(jì)性實(shí)施比較，確定最優(yōu)方案[5]。

3.3 處治技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析

3.3.1 風(fēng)險(xiǎn)定量估算

按照滑坡造成的影響及危害程度，并結(jié)合方案1、2滑坡概率進(jìn)行綜合分析，得出方案1風(fēng)險(xiǎn)損失Pprop=40.96萬(wàn)元，方案2風(fēng)險(xiǎn)損失Pprop=10.46萬(wàn)元。

3.3.2 處治成本估算

根據(jù)相關(guān)部門給出的方案1、2的工程量清單，分別計(jì)算對(duì)應(yīng)的處治成本，具體計(jì)算結(jié)果如表2、3所示。

3.3.3 方案對(duì)比分析

按照方案1、2對(duì)邊坡實(shí)施治理，其滑坡風(fēng)險(xiǎn)損失及成本估算如下：

方案1：處治完成后，經(jīng)濟(jì)損失Pprop=40.96萬(wàn)元，總治理成本為2 336.26萬(wàn)元。

方案2：處治完成后，經(jīng)濟(jì)損失Pprop=10.46萬(wàn)元，總治理成本為7 668.78萬(wàn)元。

通過(guò)對(duì)兩種方案對(duì)比能夠看出，方案2處治效果較好，但處治成本較高[6]。

根據(jù)2種方案實(shí)際施工狀況，方案2施工工序復(fù)雜、工程量龐大，作業(yè)面位于滑動(dòng)體上方，施工難度及安全風(fēng)險(xiǎn)較大；而方案1施工簡(jiǎn)便、快捷，可能短期內(nèi)完成邊坡處治，且施工對(duì)滑坡體干擾較小。根據(jù)施工難易程度及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合比較，確定采用方案1進(jìn)行邊坡治理。

4 現(xiàn)場(chǎng)處治效果評(píng)價(jià)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，滑坡處治完成后在滑坡體底部及抗滑樁部位設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)（見(jiàn)圖2），對(duì)滑坡體、樁頂側(cè)向位移實(shí)施監(jiān)測(cè)，具體如圖3、4所示；同時(shí)對(duì)24#抗滑樁實(shí)施錨索張拉檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如圖5所示。

監(jiān)測(cè)時(shí)間：①底部滑坡體側(cè)向位移監(jiān)測(cè)時(shí)間不少于70 d，滑坡體在60 d時(shí)基本處于穩(wěn)定狀態(tài)；②抗滑樁頂部側(cè)向位移監(jiān)測(cè)時(shí)間不少于90 d，且樁頂位移在60 d時(shí)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；③抗滑樁錨索監(jiān)測(cè)時(shí)間不少于240 d，其拉力在120 d時(shí)保持恒定?；轮卫砣〉脙?yōu)良成果，且周邊生態(tài)環(huán)境恢復(fù)較好[7]。

5 結(jié)論

綜上所述，該文根據(jù)某公路項(xiàng)目K5+820～K6+190段運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀，基于邊坡風(fēng)險(xiǎn)防控理念，對(duì)路基邊坡失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)及處治進(jìn)行綜合分析，通過(guò)實(shí)地勘查、數(shù)值模擬等方式明確了滑坡形成原因，提出了不同的滑坡處治方案，并從處治效果、經(jīng)濟(jì)效益、使用效果等方面實(shí)施比較，得出如下結(jié)論：

（1）該邊坡是由于地質(zhì)、風(fēng)化、雨水侵蝕等各方面因素共同作用，形成的沿強(qiáng)風(fēng)化基巖面滑移式滑坡，滑坡概率為21.2%，邊坡平均安全系數(shù)為1.036。

（2）在破壞概率及邊坡安全系數(shù)符合要求的前提下，斜坡減荷+預(yù)應(yīng)力抗滑樁支擋+坡面錨索框架梁支護(hù)方案施工簡(jiǎn)便、快捷，對(duì)滑坡體干擾較小，成本較低。

（3）通過(guò)工后監(jiān)測(cè)能夠發(fā)現(xiàn)，滑坡處治效果顯著，滑坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)，且周邊生態(tài)環(huán)境恢復(fù)較好，在降低成本的同時(shí)，顯著縮短工期，相較于其他處理方式，該方案提前3個(gè)月完成任務(wù)。

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