321國道K3+240 ~ K3+420半挖路段邊坡地質(zhì)災(zāi)害治理方案

摘要 針對G321黔桂界至從江八洛K3+240～K3+420段半挖路段邊坡地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)等問題，通過采用坡面清方，放緩坡比，坡面框架錨桿、框架錨索以及菱形骨架防護相結(jié)合的治理方案進行綜合治理，工程完工后加固效果明顯，有效保障了國道公路半挖路段邊坡的安全和穩(wěn)定，該文研究成果可以為同類公路邊坡的地質(zhì)災(zāi)害防治提供參考。

關(guān)鍵詞 公路邊坡；半挖路段；地質(zhì)災(zāi)害；治理方案

中圖分類號 U418.52 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）15-0068-03

0 引言

公路工程建設(shè)施工過程中，當公路半挖路段邊坡地質(zhì)條件較差時，邊坡土質(zhì)由于抗剪強度不足，并存在軟弱夾層或存在順層等情況，在邊坡開挖后會造成坡體應(yīng)力的集中釋放，使公路邊坡產(chǎn)生臨空面，從而導致邊坡發(fā)生滑坡等地質(zhì)災(zāi)害[1]。文章以G321線K3+240～K3+420半挖路段邊坡地質(zhì)災(zāi)害治理案例為例，對公路半挖路段滑坡成因及治理方案進行研究分析，同時提出切實可行的邊坡地質(zhì)災(zāi)害治理方案。

1 工程概況

G321線K3+240～K3+420位于貴州省黔東南州從江縣貫洞鎮(zhèn)八洛村，該段屬于半填半挖路段，公路右側(cè)邊坡坡腳見基巖出露，原邊坡開挖后坡面采用主動防護網(wǎng)防護，由于坡面巖石風化嚴重，坡頂上覆土層較厚，受常年雨水侵蝕和近期強降雨天氣影響，現(xiàn)坡面出現(xiàn)表層滑塌和崩塌現(xiàn)象，病害范圍長48 m，高71 m。該邊坡前期已出現(xiàn)規(guī)模不等的滑塌及崩塌，以碎塊掉落為主，對行車及行人均存在較大的安全隱患。為保證坡體整體穩(wěn)定性，避免后期造成危害，急需對其進行工程治理。G321線K3+240～K3+420段邊坡病害區(qū)全貌如圖1所示。

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

工程區(qū)位于貴州省東南部，屬構(gòu)造剝蝕侵蝕低山深切谷斜坡地貌，地形起伏大，坡面坡體不完整，坡形紊亂，邊坡自然坡角40～60°。覆蓋層主要為黃褐色碎石土，出露巖層主要為板巖。工程區(qū)屬珠江水系西江干流都柳江段，主要河流為都柳江，路線沿都柳江左岸（約50 m）展布。

2.2 氣候水文

工程區(qū)屬于中亞熱帶濕潤型氣候區(qū)，年平均氣溫14.4 ℃，最冷月1月平均為5.2 ℃，最熱月7月平均 26.6 ℃，極端最高氣溫38.3 ℃，極端最低氣溫-8.4 ℃，年平均最高氣溫≥30 ℃的日數(shù)為94.1 d，日最低氣溫≤0 ℃日數(shù)16.6 d，年均降水量1326.2 mm，暴雨日數(shù)2.6 d（日降雨量≥50 mm）2.8 d，大暴雨0.4 d（日降雨量≥100 mm），最大日降雨量曾達149.6 mm，年均日照時數(shù)1086 h，年均相對濕度84%，年均霧日數(shù)79.2 d。年均雨凇日數(shù)12 d，最長持續(xù)156 h。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造與地震

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料和現(xiàn)場調(diào)查，場區(qū)內(nèi)無斷裂及褶皺構(gòu)造通過，場區(qū)地層穩(wěn)定，巖性單一，巖層呈單斜產(chǎn)出，產(chǎn)狀為312 °∠32 °。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB 18306—2015），地震動峰值加速度為0.05 g，抗震設(shè)防烈度值為Ⅵ度[2]。

2.4 地層巖性與巖土構(gòu)成

（1）覆蓋層。含碎石黏土：褐黃色，碎石結(jié)構(gòu)成分主要為板巖，含量15%，結(jié)構(gòu)稍密，鉆探揭露1.9～3.2 m，主要分布于坡頂及坡腳一帶，普通土Ⅱ級；崩坡積塊石及碎石土：雜色，碎石主要成分為板巖，含量約65%，結(jié)構(gòu)松散，主要分布于坡體及坡腳一帶。

（2）基巖。G321線K3+240～K3+420段右側(cè)坡體基巖元古界震旦系下統(tǒng)長安組灰色、灰綠色中厚層狀板巖。根據(jù)巖性、風化程度劃分為強風化層與中風化層[3]。工程區(qū)覆蓋層為第四系殘坡積含碎石黏土，下伏基巖為元古界震旦系下統(tǒng)長安組灰色、灰綠色中厚層狀板巖（Z1C2），軟化系數(shù)lt;0.75為易軟化巖石，隨含泥量為不同，軟化系數(shù)的經(jīng)驗值介于0.4～0.67之間[4]。根據(jù)對工程區(qū)域相同巖性實驗資料統(tǒng)計，碎石土物理力學參數(shù)如表1所示。

3 公路邊坡病害特征及成因

3.1 病害特征

該段右側(cè)邊坡坡腳見基巖出露，邊坡坡頂覆蓋層較厚，結(jié)構(gòu)松散，植被茂盛，原坡頂為林地，坡面為中厚層狀板巖。原邊坡開挖后，坡面做主動防護網(wǎng)防護，由于巖石風化嚴重，坡頂上覆土層及強風化巖層較厚，常年雨水侵蝕和近期強降雨天氣影響，現(xiàn)坡面表層出現(xiàn)滑塌現(xiàn)象，現(xiàn)滑塌碎石已經(jīng)散落堆積在道路上，滑塌坡口線距地面71 m。病害特征主要為坡面局部出現(xiàn)滑塌現(xiàn)象，原坡面主動防護網(wǎng)破壞；坡頂處一雙電線桿受影響，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 病害成因及穩(wěn)定性評價

根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪，病害段區(qū)域100 m范圍內(nèi)路基及下邊坡穩(wěn)定性良好，病害路段左側(cè)臨都柳江，右側(cè)為高陡邊坡，屬于河谷斜坡地貌，坡面中厚層狀板巖，覆蓋土層為含碎石粉質(zhì)黏土，下伏基巖為元古界震旦系下統(tǒng)長安組中厚層層狀板巖，該邊坡為巖質(zhì)邊坡，巖層產(chǎn)狀312 °∠32 °，坡向212 °，為切向坡具有層狀斜向結(jié)構(gòu)面，坡體總體穩(wěn)定，板巖為易水軟化巖石，軟質(zhì)巖，易風化變形尤其是受擾動后的巖石，由中風化轉(zhuǎn)化為強風化，甚至全風化時間很短，因此該段邊坡坡體強風化－全風化巖土厚度大，穩(wěn)定性差。

采用Midas GTS NX軟件模塊進行穩(wěn)定性分析[5]，選取最不利K3+274斷面右側(cè)邊坡建立模型，模型采用

四邊形實體單元進行網(wǎng)格劃分，模型底部全約束，兩側(cè)邊界約束方向約束。網(wǎng)格劃分后的模型如圖2所示。

通過有限元強度折減法計算，K3+274斷面右側(cè)邊坡自然狀態(tài)下安全系數(shù)為1.003 9，為欠穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)等值位移圖和塑性區(qū)圖可以看出，該右側(cè)邊坡存在沿坡面表層滑移和崩塌隱患，應(yīng)進行工程治理。對G321線K3+240～K3+420段進行詳細踏勘及地形圖測繪了解，該路段邊坡地形陡，巖石易風化變形，覆蓋土層及風化巖石厚度大，穩(wěn)定性差，長期降雨加速巖石軟化、泥化，在強降雨期間，覆蓋層土層飽水，自重增大，抗剪強度降低，部分節(jié)理裂隙充水，突破極限應(yīng)力平衡[6]，形成一定規(guī)模的滑塌。由于該病害段范圍較大，高度高，周邊為居民區(qū)，破壞后果嚴重，對于下方公路的安全營運及都柳江的環(huán)境保護影響極大。

3.3 病害治理方案建議

現(xiàn)坡面出現(xiàn)坡面表層滑塌現(xiàn)象，由于邊坡高度高，伴隨降雨仍存在再次高位大面積滑塌、崩塌隱患，對行車行人造成了較大的安全隱患，急需對其進行工程治理，根據(jù)病害段地形、地質(zhì)、病害特征及形成機理，建議采取以下工程治理措施：

方案一：采用清方放坡，框架錨索（桿）和主動防護網(wǎng)及加強坡面排水等措施進行綜合治理；

方案二：考慮該線的改建路線已經(jīng)調(diào)整至河對岸，該段路線仍需保通，但車流量將會大幅減少，建議適當降低線形指標，路線向左側(cè)偏移，對右側(cè)邊坡進行清方，坡腳設(shè)置擋墻進行治理；

方案三：建議保障公路為主，采用棚洞進行遮擋加坡面清方的治理方案。

4 邊坡地質(zhì)災(zāi)害治理方案

針對以上三種方案，從施工難度、施工安全及施工期間對周邊居民生活影響以及公路安全運營擾動情況等方面進行綜合分析及比選得出：方案一為清方放坡，框架錨索（桿）和主動防護網(wǎng)加單錨及加強坡面排水等措施進行綜合治理。施工后邊坡整體穩(wěn)定性較好，該方案施工周期相對較長，施工難度大。方案二為改線方案，改線后坡腳做擋墻，坡面清方不做防護，該方案工程造價低，施工周期短，但坡頂覆土層較厚，坡面巖石繼續(xù)風化，在常年雨水侵蝕作用和強降雨天氣雨水沖刷下，仍存在再次滑塌風險，病害段附近緊鄰居民區(qū)，對來往車輛及附近居民仍存在較大的安全隱患。方案三為坡腳新建棚洞，該方案工程造價過高，坡面清方后表面巖石仍繼續(xù)風化，該段為中厚層板巖，巖石節(jié)理裂隙發(fā)育，在常年雨水侵蝕作用和強降雨天氣雨水沖刷下，仍存在沿節(jié)理面巨塊石崩塌以及表層滑塌風險，對棚洞結(jié)構(gòu)造成不可預計風險。根據(jù)工程區(qū)地質(zhì)災(zāi)害特征及成因并結(jié)合邊坡地質(zhì)環(huán)境條件，為確保邊坡穩(wěn)定和公路運營安全，本著技術(shù)可行且經(jīng)濟合理的原則，決定采用方案一對G321線K3+240～K3+420段公路邊坡實施清方放坡、框架錨索（桿）、主動防護網(wǎng)以及加強坡面排水相結(jié)合的措施進行綜合治理。

4.1 臨時措施及擋墻布置

K3+250～K3+300段路基中線采用沙袋按1.5 m×1.5 m進行堆碼，路基左側(cè)作為行車便道，路基內(nèi)側(cè)為施工區(qū)域。在施工過程中在病害路段兩端設(shè)置安全標志、標牌，在K3+236～K2+300段坡腳設(shè)置4 m高C20片石混凝土路塹墻。

4.2 卸荷清方及坡面防護

在K3+248～K3+300段清理坡腳坍塌堆積體，擋墻以上30 m清理坡面后掛主動防護網(wǎng)進行防護，擋墻以上30 m處設(shè)置4 m寬平臺開始放坡[7]。其中，第一級按1：1進行放坡，坡高10 m，該級頂設(shè)2 m平臺；第二級按1：1進行放坡，坡高10 m，該級頂設(shè)5 m平臺；第三級按1：1進行放坡，坡高10 m，該級頂設(shè)2 m平臺；第四級按1：1進行放坡，坡高10 m，該級頂設(shè)2m 平臺；第五級按1：1坡比放坡至坡頂，兩端按照坡面順延，每級平臺采用10 cm C15混凝土進行平臺封面。第一、三、五級邊坡坡面采用框架錨桿進行防護，錨桿長9 m；第二、四級邊坡坡面采用框架錨索進行防護，錨索長均為18 m，其中錨固段8 m，自由段10 m，錨索按垂直高度3 m，水平3 m進行布置，框架尺寸為40 cm×50 cm。

4.3 排水設(shè)計布置

截水溝布置：在K860+244～K3+420段坡頂處以實際地形設(shè)置截水溝，滿足坡面截水目的，截水溝溝體采用M7.5砂漿砌片石砌筑。平臺排水溝布置：為利于坡面排水，在每級放坡平臺內(nèi)側(cè)設(shè)排水溝，排水溝與截水溝順接。

4.4 主動防護網(wǎng)

結(jié)合K3+300～K3+420段地形地貌特征，擬對邊坡清表后距離地面8 m高處掛主動防護網(wǎng)防護，沿坡面4.5 m×4.5 m布置，鋼繩錨桿長4.5 m。再對K3+240～K2+440段路面進行恢復，按6 cm中粒式瀝青混凝土面層進行恢復，K3+240～K3+320段道路左側(cè)作為道路加寬段。

5 滑坡體力學性質(zhì)電探結(jié)果分析

（1）由于現(xiàn)場條件限制，僅在滑坡上邊界布設(shè)1條測線。通過該條測線的高密度電探，初步查明病害體物質(zhì)構(gòu)成為含碎石黏土，ρs=20～200 Ω·m，厚1.05～4.2 m，推薦[fa0]=200 kPa。

（2）強風化板巖，碎裂結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖體破碎，巖質(zhì)極軟，ρs=200～300 Ω·m，厚1.05～2.1 m，推薦[fa0]=300 kPa。

（3）中風化板巖，ρs=300～1 100 Ω·m，巖質(zhì)較軟，巖體較完整，推薦[fa0]=1 200 kPa。

（4）病害區(qū)未見斷層破碎帶顯示，下伏基巖為板巖，中風化層巖質(zhì)較軟、巖體較完整，地基穩(wěn)定，可作滑坡治理基礎(chǔ)持力層。

（5）高密度電探外業(yè)數(shù)據(jù)采集質(zhì)量按《公路工程物探規(guī)程》（JTC/T C22—2009）要求做系統(tǒng)質(zhì)量檢查，均方相對誤差M=±3.62%，質(zhì)檢工作量占總工作量7.07%，滿足規(guī)程要求。

6 結(jié)語

綜上所述，研究設(shè)計的采用坡面清方，放緩坡比，坡面框架錨桿、框架錨索以及菱形骨架防護進行綜合治理方案基本可行，可以對321國道K3+240～K3+420半挖路段邊坡地質(zhì)災(zāi)害進行科學治理，費率取用合理，采用的單價和各項經(jīng)濟指標基本合適。從后續(xù)的治理成果分析得知，該治理方案具有較高應(yīng)用推廣價值，可以為同類公路邊坡的地質(zhì)災(zāi)害防治提供參考借鑒。

參考文獻

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收稿日期：2024-04-18

作者簡介：毛粘林（1986—），男，本科，工程師，研究方向：公路邊坡地質(zhì)災(zāi)害治理工程。