公路邊坡不穩(wěn)定處治評(píng)價(jià)

萬(wàn)義華

（廣東省南粵交通云湛高速公路管理中心新陽(yáng)管理處,廣東 陽(yáng)江 529500）

0 引言

當(dāng)前，我國(guó)公路建設(shè)發(fā)展速度比較快，所具備的技術(shù)水平相對(duì)有限，經(jīng)驗(yàn)比較缺乏，導(dǎo)致環(huán)境治理技術(shù)問(wèn)題的出現(xiàn)，其中需首要解決的就是路基邊坡不穩(wěn)問(wèn)題。路基邊坡不穩(wěn)不僅對(duì)公路的正常使用產(chǎn)生影響，同時(shí)對(duì)國(guó)家和社會(huì)發(fā)展也有直接影響。由此來(lái)看，提高公路邊坡穩(wěn)定性是公路建設(shè)當(dāng)中所要考慮的首要問(wèn)題。

1 云湛高速公路處治工程

云湛高速公路K4+020.332~K4+199 右側(cè)路塹高邊坡施工圖設(shè)計(jì)為四級(jí)高邊坡，坡頂最大高度為40.28 m，平均坡高分級(jí)為10 m，其中一級(jí)坡和二級(jí)坡坡率1 ∶1.0，三級(jí)坡和四級(jí)坡坡率1∶1.25，第三級(jí)碎落臺(tái)寬度為12 m，其余碎落臺(tái)寬度為2 m。第一、二、三級(jí)坡防護(hù)均采用錨桿框架防護(hù)，高度分別為9 m、26 m、26 m，第四級(jí)坡采用傳統(tǒng)的人字形骨架植草防護(hù)。

2016 年3 月30 日夜間，施工單位在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖時(shí)，K4+050~K4+110 左側(cè)第三級(jí)邊坡發(fā)生滑塌，第三級(jí)邊坡頂部12 m 寬平臺(tái)靠外側(cè)5.5 m 左右塌陷。

2016 年4 月18 日，施工單位對(duì)第三級(jí)平臺(tái)進(jìn)行消坡減載，將12 m 寬平臺(tái)度縮減至5 m，在坡腳以上3 m處開(kāi)挖時(shí)，發(fā)現(xiàn)第三級(jí)坡面K4+072~K4+100 出現(xiàn)縱向裂縫，深度0.8~0.9 m，施工單位決定將三級(jí)平臺(tái)寬度減少至4 m。

2016 年4 月20 日，施工單位將平臺(tái)寬度縮減至4 m；2016 年4 月21 日，在對(duì)第三級(jí)坡腳進(jìn)行開(kāi)挖時(shí)，發(fā)現(xiàn)第三級(jí)邊坡K4+085~K4+120 段坡面出現(xiàn)縱向裂縫，深度0.6~0.8 m。針對(duì)該路塹變形情況我院對(duì)路塹邊坡進(jìn)行變更，防護(hù)維持原設(shè)計(jì)，具體為變更二級(jí)坡的坡率為1 ∶1.25，變更第三、四級(jí)坡的坡率為1 ∶1.5，二級(jí)平臺(tái)變更為5 m，三級(jí)碎落臺(tái)寬度變更為4 m，一級(jí)坡采用錨桿框架格梁防護(hù)，第二、三級(jí)坡采用錨索框架梁防護(hù)。

2016 年12 月初，該路塹第二、三級(jí)坡的錨索大部分已張拉鎖定，第一次坡的錨桿框架尚未施工，該路塹發(fā)生整體變形，滑坡最后一道后緣裂縫位于塹頂線外10~30 m，裂縫最大寬度約30 cm。各級(jí)平臺(tái)均見(jiàn)縱向拉裂縫，分析為不同滑面所對(duì)應(yīng)后緣裂縫，見(jiàn)圖1。

圖1 2016 年12 月變形破壞路塹邊坡簡(jiǎn)示圖

2 路段工程地質(zhì)條件

2.1 地形及巖性

該高邊坡所處路段為低山丘陵區(qū)，地勢(shì)起伏不大、相對(duì)平緩，坡體標(biāo)高范圍為85.0~95.0 m，最大自然坡角約為15°。根據(jù)設(shè)計(jì)院在相關(guān)單位查閱的資料及地質(zhì)勘探成果，揭示邊坡主要由第四系殘坡積粉質(zhì)黏土以及泥盆系中統(tǒng)老虎坳組強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖、D2l 全風(fēng)化等組成。

2.2 地質(zhì)情況

云湛高速公路位于華南加里東褶皺系的廣東西部隆起帶內(nèi)，大地構(gòu)造位置上處于四會(huì)—吳川斷褶帶中西段。在久遠(yuǎn)而長(zhǎng)期的地質(zhì)時(shí)代，該路段經(jīng)歷了復(fù)雜而頻繁的地殼運(yùn)動(dòng)，區(qū)內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造多為北東或近北東走向。通過(guò)調(diào)取該邊坡的地質(zhì)調(diào)繪原始資料，勘察設(shè)計(jì)未發(fā)現(xiàn)該邊坡范圍內(nèi)有影響場(chǎng)地穩(wěn)定的不良地質(zhì)情況。但附近坑尾村存在邊坡地質(zhì)災(zāi)害，為村民在山腳修建房屋，切割坡腳，引起順層泥質(zhì)粉砂巖滑動(dòng)。村民切割坡腳高度不大，一般小于8 m，坡腳區(qū)普遍存在滑塌現(xiàn)象。該段高邊坡及鄰近左側(cè)的一般邊坡、高填方等工程的地質(zhì)環(huán)境同坑尾村邊坡相同，坡向和巖層產(chǎn)狀接近，施工易引起滑塌。

2.3 水文地質(zhì)條件

云湛高速新陽(yáng)段建設(shè)地點(diǎn)主要在廣東西部新縣、陽(yáng)春，該地區(qū)緯度較低，屬南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。雨季漫長(zhǎng)而降雨量大，季風(fēng)氣候，因臨近海洋，因此臺(tái)風(fēng)、雷雨天氣多發(fā)。工點(diǎn)區(qū)降雨量較大，因此帶來(lái)的地表徑流對(duì)坡腳和坡面的沖刷較大。地質(zhì)鉆探時(shí)未發(fā)現(xiàn)地下水。

3 邊坡變形的破壞機(jī)制分析及穩(wěn)定性分析

3.1 邊坡變形的破壞機(jī)制分析

根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪及現(xiàn)場(chǎng)勘探的結(jié)果，該邊坡以巖質(zhì)為主，部分夾雜有殘坡積的粉質(zhì)黏土夾強(qiáng)-中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖和強(qiáng)風(fēng)化巖塊。巖層走向與邊坡走向基本一致，小角度相夾，為典型的順層巖石邊坡。邊坡容易沿著土層與巖層交界的軟弱面發(fā)生失穩(wěn)滑動(dòng)。加之風(fēng)化強(qiáng)烈強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層，表現(xiàn)為局部泥質(zhì)粉砂巖含泥量大，風(fēng)化后出現(xiàn)相對(duì)軟弱的泥化夾層，容易發(fā)生多級(jí)層間滑動(dòng)。強(qiáng)風(fēng)化層、中風(fēng)化層的層面坡度陡峭，彼此之間的面結(jié)合較差，也容易產(chǎn)生滑動(dòng)[1]。邊坡所在區(qū)域巖層風(fēng)化程度顯示未強(qiáng)烈，泥質(zhì)粉砂巖夾雜有大量的黃泥，存在軟弱夾層，與水作用后容易軟化。遇到雨季后，雨水降落慢慢滲透至上部覆蓋層，降低了風(fēng)化層強(qiáng)度，從而導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)破壞。從地形來(lái)看，邊坡兩側(cè)雙面臨空，且為順層，約束力小，故邊坡兩側(cè)變形嚴(yán)重。強(qiáng)風(fēng)化與中風(fēng)化層交界面具有較大外傾角[2]，邊坡開(kāi)挖上部土體減小了抗滑阻力，同時(shí)為潛在邊坡滑動(dòng)提供了移動(dòng)空間如圖2所示。

圖2 坡面赤平投影圖

3.2 邊坡穩(wěn)定性分析、評(píng)價(jià)

參照《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015)和《巖土工程勘察規(guī)范》(GB50021—2001)（2009 年版）按傳遞系數(shù)法計(jì)算邊坡的穩(wěn)定系數(shù)（如式1）。

式中，F(xiàn)s——穩(wěn)定系數(shù)；Ri——作用于第i塊段的抗滑力（kN/m）；wi——第i塊段滑體所受的重力（kN/m）；ci——第i塊段土的黏聚力（kPa）；Ti——作用于第i塊段的滑動(dòng)分力（kN/m）；Li——第i塊段滑動(dòng)面長(zhǎng)度（m）；φi——第i塊段土的內(nèi)摩擦角（m）。

選取邊坡主剖面進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算及參數(shù)反分析，按照規(guī)范規(guī)定的傳遞系數(shù)法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算需提供滑動(dòng)面的內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角、坡體土的重量。該區(qū)域的土的重量為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖21.0 kN/m3、粉質(zhì)黏土18.5 kN/m3?；鎻?qiáng)度參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值和反分析綜合考慮。該邊坡目前處于極限平衡狀態(tài)，其穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)在0.95~1.00 之間。

整體邊坡發(fā)生滑動(dòng)時(shí)，依據(jù)坡體滑動(dòng)面的幾何特征，滑動(dòng)面主要分為牽引區(qū)、抗滑區(qū)和主滑區(qū)三種。根據(jù)模擬計(jì)算及工程經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算結(jié)果顯示目前狀態(tài)下邊坡后部牽引區(qū)滑動(dòng)面的強(qiáng)度數(shù)據(jù)為c=0.0 kPa，φ=35°；中部主滑區(qū)滑動(dòng)面的強(qiáng)度數(shù)據(jù)為c=15 kPa，φ=18.0°；前部抗滑區(qū)滑動(dòng)面的強(qiáng)度數(shù)據(jù)為c=15.0 kPa，φ=20.0°。邊坡穩(wěn)定性分析選取K4+140 斷面作為控制性分析節(jié)點(diǎn)，安全系數(shù)K在正常工況下為1.248，滿足規(guī)范要求；安全系數(shù)K在非正常工況下為1.198，滿足規(guī)范要求。

4 邊坡處治措施

維持現(xiàn)有第一、二、三級(jí)邊坡坡率、坡高及第一、二級(jí)平臺(tái)寬度，第三平臺(tái)寬度為0~28.5 m，第四級(jí)邊坡坡率1 ∶2，同時(shí)綜合采用邊坡卸載、邊坡加固、坡面修復(fù)、排水等多種措施進(jìn)行處治[3]。

4.1 邊坡卸載

為減少坡體下滑力和防止降水從坡頂裂縫滲入坡體而降低坡體土體抗剪強(qiáng)度，開(kāi)挖第四級(jí)邊坡的土進(jìn)行減載，減載范圍根據(jù)后緣裂縫位置控制；同時(shí)，順勢(shì)將邊坡邊角位置淺層坍塌虛土清除[4]。

4.2 邊坡防護(hù)、加固工程

取消第一級(jí)錨桿框架防護(hù)，采用三排預(yù)應(yīng)力錨索框架防護(hù)，第一、二、三排錨索長(zhǎng)度分別為32 m、34 m、36 m，錨固段的長(zhǎng)度均為10 m；設(shè)置錨索時(shí)采用向左向下（向左為小樁號(hào)方向10°，向下為水平向下25°），單孔設(shè)計(jì)錨固力為500 kN，設(shè)計(jì)鎖定錨固力為550 kN。第二級(jí)現(xiàn)有錨索框架防護(hù)保持不變，同時(shí)對(duì)第二級(jí)邊坡增設(shè)兩排預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行加固處理，兩排錨索長(zhǎng)度分別為36 m、38 m，錨固段長(zhǎng)10 m；設(shè)置錨索時(shí)采用向左向下（向左為小樁號(hào)方向10°，向下為水平向下25°），采用4 束單孔錨索，單孔設(shè)計(jì)錨固噸位500 kN，設(shè)計(jì)鎖定錨固噸位550 kN。維持現(xiàn)有第三級(jí)錨索框架防護(hù)，同時(shí)對(duì)第三級(jí)邊坡增設(shè)一排預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行加固處理，錨索長(zhǎng)度38 m，錨固段長(zhǎng)10 m；設(shè)置錨索時(shí)采用向左向下（向左為小樁號(hào)方向10°，向下為水平向下25°），采用4 束整合而成的單孔錨索，設(shè)計(jì)單孔錨固力為500 kN，鎖定錨固力設(shè)計(jì)為550 kN；采用掛網(wǎng)客土噴播防護(hù)最上一級(jí)邊坡。在第一級(jí)邊坡坡腳處設(shè)置兩排鋼花管并注漿，漿液采用水泥純漿，水灰比0.5~0.7 ∶1，鋼花管排距1.2 m，縱向間距3.0 m，鋼管長(zhǎng)12 m，鋼花管頂端采用30 cm C25 混凝土縱橫梁連接。

對(duì)K4+205~K4+238 左側(cè)邊坡路面標(biāo)高上30 m 坡體進(jìn)行卸載，卸載范圍順接K4+020.332~K4+199 左側(cè)第三級(jí)平臺(tái)卸載位置，卸載后坡面采用掛網(wǎng)客土噴播防護(hù)，平臺(tái)設(shè)置順接K4+020.332~K4+199 段左側(cè)坡體第三級(jí)平臺(tái)截水溝，并設(shè)置外傾3%橫坡。

對(duì)K4+205~K4+238 左側(cè)邊坡采用框架錨索加固處治，處治長(zhǎng)度40 m。錨索具體位置為路基邊緣52 m 處（ZK12 處及順接K4+020.332~K4+199 左側(cè)第一級(jí)平臺(tái)）設(shè)置一排框架錨索（單孔4 束），錨索的長(zhǎng)度取38 m，錨固段按照10 m 不變，錨索橫梁平行左側(cè)山體等高線，錨索垂直等高線，錨索下傾角30°。

在距路基邊線50 m 處（順接K4+020.332~K4+199左側(cè)第一級(jí)平臺(tái)）設(shè)置三排鋼花管并注漿，鋼花管頂端采用混凝土縱橫梁連接。

4.3 坡面修復(fù)

滑坡前緣從第一級(jí)邊坡剪出，前緣鼓脹裂縫逐漸發(fā)展擴(kuò)大，巖體受切割破碎，現(xiàn)一級(jí)坡出現(xiàn)多處錯(cuò)臺(tái)及寬縫，隨時(shí)可能發(fā)生崩落或溜塌。第一級(jí)邊坡坍塌將導(dǎo)致上部梁體懸空，為確保第二級(jí)邊坡錨索受力和邊坡整體穩(wěn)定，要求清除第一級(jí)邊坡破碎，松散巖土體，采用漿砌片石回填修復(fù)坡面[5]。

4.4 排水設(shè)計(jì)

在邊坡坡頂線外5 m 處和第三級(jí)平臺(tái)向內(nèi)4 m 處設(shè)環(huán)向截水溝，截水溝采用現(xiàn)澆或者C20 混凝土預(yù)制塊均可，斷面尺寸為底寬50 cm×深50 cm。按照設(shè)計(jì)安裝好排水溝，需保持一定的排水坡度，確保排水通暢，平臺(tái)截水溝的水流通過(guò)急流槽或踏步流向路基邊溝。在第一級(jí)設(shè)置水平間距10 m、排水孔徑13 cm、孔內(nèi)填充11 cm 硬塑透水管的仰斜式排水管，排水斜孔孔口設(shè)于錨桿格梁的最下一級(jí)橫梁下部，內(nèi)層遠(yuǎn)端采用2 層無(wú)紡布進(jìn)行包封[6]。

4.5 邊坡監(jiān)測(cè)

邊坡開(kāi)挖機(jī)施工完成后的前幾年，是邊坡活動(dòng)頻率最高的時(shí)期，其受雨水、地震等的影響較大，因此在公路通車(chē)營(yíng)運(yùn)后需對(duì)其進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)。根據(jù)邊坡的特點(diǎn)可在相應(yīng)位置埋設(shè)測(cè)斜孔、深層水平及數(shù)值位移孔、邊坡設(shè)點(diǎn)等等，主要用于監(jiān)測(cè)邊坡的移動(dòng)方向、速率等數(shù)據(jù)，同時(shí)還應(yīng)輔以人工定期巡查，觀察邊坡裂縫發(fā)育情況、滲水情況、表面邊坡滑動(dòng)情況等等[7]，以驗(yàn)證邊坡的穩(wěn)定措施是否達(dá)到了預(yù)期。邊坡的監(jiān)測(cè)主要是施工期和公路通車(chē)營(yíng)運(yùn)后的1~2 年，其具體監(jiān)測(cè)時(shí)間長(zhǎng)短應(yīng)視邊坡的穩(wěn)定情況而確定，如果通車(chē)營(yíng)運(yùn)后2 年邊坡仍有裂縫、滑塌、大面積滲水等情況，應(yīng)延長(zhǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)間。至于監(jiān)測(cè)頻率應(yīng)與當(dāng)?shù)貧夂蛳嚓P(guān)，在雨季應(yīng)適當(dāng)加大監(jiān)測(cè)頻率，旱季可適當(dāng)減少頻率，如果邊坡出現(xiàn)裂縫、滑塌等不穩(wěn)定現(xiàn)象，也應(yīng)加大監(jiān)測(cè)頻率。

5 結(jié)語(yǔ)

該文依托云湛高速公路邊坡失穩(wěn)變形處治實(shí)例，對(duì)邊坡變形破壞機(jī)制進(jìn)行了分析，對(duì)邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算和評(píng)價(jià)，針對(duì)性提出了多種綜合處治措施。云湛高速公路2017 年底建成通車(chē)至今已4 余年，該段邊坡未再出現(xiàn)滑坡、裂縫等大型病害，表明邊坡不穩(wěn)定處治評(píng)價(jià)是科學(xué)合理的，措施選用是恰當(dāng)?shù)模蔀橥?lèi)工程提供一定的參考借鑒。