G7212柳北高速公路某病害邊坡成因及處治設(shè)計(jì)分析

摘要：文章以G7212柳北高速公路某路塹病害邊坡為例，在研究該病害邊坡工程地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，對(duì)病害邊坡的成因和病害機(jī)理進(jìn)行了分析，提出了采用棚架式結(jié)構(gòu)的微型樁對(duì)邊坡進(jìn)行固腳支檔，并對(duì)邊坡后緣采用挖方卸載的處治措施，同時(shí)采用巖土工程GE05設(shè)計(jì)軟件進(jìn)一步驗(yàn)證了該病害邊坡處治設(shè)計(jì)的合理性和安全可靠性，可為同類工程的處治提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：病害邊坡；棚架式結(jié)構(gòu)微型樁；成因分析；處治設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)驗(yàn)證

U416.1+4A140452

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)交通需求也在急劇增長(zhǎng)，而高速公路的修建里程也越來越多。高速公路邊坡在日積月累過程中和惡劣天氣等不利因素的影響下，邊坡的病害問題日益突出，病害邊坡問題逐漸演變?yōu)楸浪?、滑坡等地質(zhì)災(zāi)害問題，嚴(yán)重危及高速公路的通行和行車安全。本文以該G7212柳北高速公路某路塹病害邊坡的處治為例，結(jié)合場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件，分析了病害邊坡的成因和病害機(jī)理，提出了處治設(shè)計(jì)方案及建議，為高速公路同類型病害邊坡的處治提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

1 工程地質(zhì)條件

1.1 地形地貌

該路塹病害邊坡區(qū)屬中低山～丘陵地貌區(qū)，地面高程為125～310 m，相對(duì)高差約為200 m。山坡地勢(shì)較陡，坡度為20°～35°。山體坡面分布有殘坡積覆蓋層，山體上植被較發(fā)育，主要為雜樹及松樹、桉樹經(jīng)濟(jì)林木等。

1.2 地層巖性

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查和鉆探揭露，病害邊坡區(qū)的地層主要是由殘坡積（Qel+dl）覆蓋層和泥盆系下統(tǒng)（D1）泥質(zhì)粉砂巖組成，病害路段的地層巖性分述如下：

含碎石粉質(zhì)黏土：棕黃色，棕紅色，硬塑，約含15%～20%砂巖、粉砂巖風(fēng)化碎石，棱角狀，粒徑多為5～50 mm之間，干強(qiáng)度高，韌性差。

強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖：褐色、褐灰色，強(qiáng)風(fēng)化，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，節(jié)理、裂隙呈網(wǎng)狀發(fā)育，裂隙面多被鐵錳質(zhì)浸染，巖體破碎～極破碎，巖芯多呈砂狀、碎塊狀，綜合判定巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅴ級(jí)。

中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖：灰色、褐灰色，中風(fēng)化，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，節(jié)理、裂隙較發(fā)育～稍發(fā)育，淺部裂隙面多被鐵錳質(zhì)浸染，巖體較破碎～完整，巖芯多呈短柱狀、碎塊狀，少部分呈長(zhǎng)柱狀，綜合判定巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，病害路段位于廣西山字型構(gòu)造的前弧東南翼，路段附近的地質(zhì)構(gòu)造主要為蓮花山背斜，軸向北東，為一長(zhǎng)軸背斜。受褶皺構(gòu)造擠壓等構(gòu)造影響，構(gòu)造帶及附近區(qū)域的巖體較破碎。測(cè)得巖層產(chǎn)狀為271°/SW∠20°。

1.4 水文地質(zhì)

根據(jù)勘察報(bào)告及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的成果并結(jié)合相關(guān)規(guī)范綜合確定病害區(qū)邊坡體各巖土層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)如表1所示：

2 路塹病害邊坡綜合分析

2.1 路塹病害邊坡成因分析

根據(jù)現(xiàn)狀路塹病害邊坡的變形破壞特征分析，病害邊坡是受地質(zhì)條件、人類工程活動(dòng)以及大氣降水等三方面的因素作用形成的。

2.1.1 地質(zhì)環(huán)境條件

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及工程地質(zhì)勘察成果分析可知，病害邊坡的地層主要是有上覆土層為含碎石粉質(zhì)黏土，下覆巖層為泥質(zhì)粉砂巖，上覆土層和下覆基巖的物理力學(xué)性質(zhì)以及巖土層的透水性均存在較大的差別。因此，在雨水下滲浸泡影響下雨水極易在上覆土層中聚集，在巖土交界面處形成軟弱滑動(dòng)面，為路塹病害邊坡的形成提供了有利地質(zhì)環(huán)境條件。

2.1.2 人類活動(dòng)

人類工程活動(dòng)主要是深挖路塹邊坡為邊坡滑塌的形成提供非常不利的臨空條件。路塹邊坡開挖完成后改變了邊坡原來的受力狀態(tài)，產(chǎn)生了應(yīng)力重分布；同時(shí)，開挖坡面亦改變了其地表水與地下水的滲透排泄路徑。大氣降雨直接下滲至巖土交界面處并沿巖土交界面向坡前排泄，使得巖土交界面處的巖土體有了充分軟化的條件，進(jìn)一步降低了巖土層的物理力學(xué)指標(biāo)，為路塹病害邊坡的形成提供了有利的動(dòng)力條件。

2.1.3 氣象水文因素是病害邊坡形成的外動(dòng)力

降雨對(duì)病害邊坡的影響主要表現(xiàn)為：大氣降雨沿上覆含碎石粉質(zhì)黏土層直接下滲至巖土交界面處并沿巖土交界面向坡前排泄，使得巖土交界面處的巖土體有了充分軟化的條件，進(jìn)一步降低了巖土層的物理力學(xué)指標(biāo)，打破了現(xiàn)狀路塹邊坡的平衡狀態(tài)，使得邊坡沿軟化后的巖土交界面產(chǎn)生滑移變形。由此可見，氣象因素對(duì)路塹病害邊坡的形成起到加劇誘發(fā)的作用，是病害邊坡形成的主要誘因之一。

綜上所述，路塹病害邊坡的形成主要是在地質(zhì)因素、人類活動(dòng)、氣候條件等共同作用產(chǎn)生的，而強(qiáng)降雨等惡劣天氣是加劇誘發(fā)病害邊坡的主要外動(dòng)力。

2.2 路塹病害邊坡破壞機(jī)理分析

路塹病害邊坡開挖后造成邊坡前緣臨空；而邊坡體內(nèi)的含碎石粉質(zhì)黏土與泥質(zhì)粉砂巖的物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)性質(zhì)差異大，在大氣降雨下滲影響下極易在巖土界面形成明顯的軟弱結(jié)構(gòu)面；同時(shí)邊坡的在大氣降水反復(fù)交替入滲侵蝕作用下，使得坡體中殘坡積層和泥質(zhì)粉砂巖的結(jié)構(gòu)面在水體反復(fù)干濕循環(huán)浸泡作用下進(jìn)一步軟化，降低了其力學(xué)強(qiáng)度，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)發(fā)生牽引式滑動(dòng)破壞。路塹邊坡破壞后在邊坡后緣形成貫通的圈椅狀拉張裂縫，同時(shí)后緣裂縫形成高度為1.7～2.6 m的錯(cuò)臺(tái)，直接威脅到高速公路的通行安全。

3 處治設(shè)計(jì)及驗(yàn)算

3.1 處治設(shè)計(jì)方案

根據(jù)病害邊坡的工程地質(zhì)條件和變形破壞機(jī)理特征，病害邊坡處治主要解決以下問題：（1）針對(duì)牽引式破壞機(jī)理的邊坡可在滑坡前緣設(shè)置抗滑強(qiáng)支擋結(jié)構(gòu)來提高滑坡的抗滑力；（2）在坡體后緣進(jìn)行卸載以減少邊坡的自身重量，以達(dá)到相對(duì)平衡的狀態(tài)；（3）雨水下滲是致使邊坡失穩(wěn)的主要誘因，因此要解決該處邊坡的地表水的疏導(dǎo)問題。具體設(shè)計(jì)方案如下（見圖1）：

（1）在現(xiàn)狀邊坡一級(jí)坡頂位置設(shè)置抗滑支擋結(jié)構(gòu)：采用多排棚架式結(jié)構(gòu)的微型樁設(shè)計(jì)方案，利用多排微型樁組成棚架體系對(duì)潛在滑坡體前緣進(jìn)行固腳支檔，以提高邊坡的抗滑力。

（2）在現(xiàn)狀一級(jí)坡頂以外已滑動(dòng)的區(qū)域的土體進(jìn)行卸載，以減少滑坡后緣的下滑力［1］，并對(duì)卸載后的坡面進(jìn)行12 m長(zhǎng)錨桿+掛8的HPB300圓鋼，噴射12 cm厚的C25混凝土對(duì)坡面進(jìn)行錨桿+噴射混凝土支護(hù)［2］。

（3）在邊坡周邊設(shè)置截排水溝，完善邊坡區(qū)域的排水系統(tǒng)，將坡面區(qū)域匯集的地表水及時(shí)排離坡面。

3.2 設(shè)計(jì)驗(yàn)算

本次設(shè)計(jì)采用巖土工程設(shè)計(jì)軟件GEO5中的土質(zhì)邊坡穩(wěn)定性分析模塊，根據(jù)典型斷面計(jì)算邊坡各工況下的整體穩(wěn)定性和卸載后的邊坡越頂穩(wěn)定性。計(jì)算模型如圖2所示，計(jì)算結(jié)果如圖3、圖4和表2所示。其中多排棚架式結(jié)構(gòu)微型樁驗(yàn)算采用GEO5抗滑樁設(shè)計(jì)模塊對(duì)多排微型樁的各項(xiàng)內(nèi)力進(jìn)行驗(yàn)算。

根據(jù)上述驗(yàn)算結(jié)果，該病害邊坡采用削坡卸載+多排棚架式結(jié)構(gòu)的微型樁固腳+錨噴護(hù)面防護(hù)后，邊坡整體穩(wěn)定性和削坡卸載后邊坡越頂穩(wěn)定性均能滿足《公路滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG/T 3334-2018）［3］表5.2.2安全系數(shù)正常工況≥1.20、非正常工況≥1.10的要求。多排棚架式微型樁的各項(xiàng)內(nèi)力計(jì)算結(jié)果均滿足規(guī)范要求［4］。

4 結(jié)語

本文以G7212柳北高速公路某路塹病害邊坡處治工程為例，在研究了邊坡的工程地質(zhì)條件后，對(duì)病害邊坡的成因和病害機(jī)理進(jìn)行了分析，提出專項(xiàng)處治設(shè)計(jì)方案并進(jìn)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了驗(yàn)算，得出以下結(jié)論：

（1）該路塹病害邊坡屬于牽引式滑動(dòng)破壞，現(xiàn)狀邊坡已經(jīng)產(chǎn)生滑塌破壞，并在邊坡后緣形成貫通的圈椅狀拉張裂縫，同時(shí)后緣裂縫形成高度為1.7～2.6 m的錯(cuò)臺(tái)，直接威脅到高速公路的通行安全，需要及時(shí)處治。

（2）根據(jù)該病害邊坡的工程地質(zhì)條件和變形機(jī)理分析，采用多排棚架式結(jié)構(gòu)的微型樁進(jìn)行加固，同時(shí)對(duì)現(xiàn)狀一級(jí)坡頂以上已滑動(dòng)的區(qū)域的土體進(jìn)行卸載，并結(jié)合坡面排水設(shè)計(jì)措施，將地表水盡快排出，最終達(dá)到處治的目的。

（3）設(shè)計(jì)驗(yàn)算采用巖土工程設(shè)計(jì)軟件GEO5對(duì)邊坡的整體穩(wěn)定性和卸載后的邊坡越頂穩(wěn)定性以及多排棚架式結(jié)構(gòu)微型樁的各項(xiàng)內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算，均滿足規(guī)范要求，設(shè)計(jì)方案合理可靠。

參考文獻(xiàn)：

［1］DZ/T 0219-2006，滑坡防治工程設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］GB 50086-2015，巖土錨桿與噴射混凝土支護(hù)工程技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］JTG/T 3334-2018，公路滑坡防治設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］JGJ 94-2008，建筑樁基技術(shù)規(guī)范［S］.