洛陽至嵩縣高速公路某高邊坡滑塌治理設(shè)計方案研究

楊秀芝 YANG Xiu-zhi；張作海 ZHANG Zuo-hai

（河南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限責(zé)任公司，鄭州450052）

0 引言

復(fù)雜地質(zhì)條件下高邊坡的加固設(shè)計與有效治理是山區(qū)高速公路建設(shè)中常常遇到的難題之一，它直接關(guān)系到工程建設(shè)的安全、工期和成本。在工程實踐中，對高速公路深挖路塹邊坡一般采用邊施工邊設(shè)計的動態(tài)過程控制。洛陽至嵩縣高速公路是河南省地質(zhì)地理條件復(fù)雜的山區(qū)高速公路之一，全長62.699公里。沿線地形非常復(fù)雜，尤其是山嶺區(qū)，山大溝深，給項目的設(shè)計和施工都帶來一定難度。沿線曾發(fā)生過多個自然滑坡、崩塌、坍塌現(xiàn)象，以下結(jié)合洛嵩高速公路土建9標(biāo)段的K53+460~K53+600段左側(cè)路塹邊坡在施工中出現(xiàn)的滑塌問題，探索出有效的綜合治理設(shè)計方法，從而為山區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下路塹高邊坡的設(shè)計帶來一些借鑒。

1 滑塌邊坡工程概述

K53+460~K53+600段邊坡位于道路前進(jìn)方向左側(cè)，屬洛嵩高速公路第9標(biāo)段，邊坡長度140m，最大挖深約40 米，邊坡走向 267°。原開挖邊坡率為 1：0.5~1：1.0，分 5級開挖，每級高8米，平臺寬2米。由于2010年8、9月份洛陽地區(qū)遭遇多年罕見強(qiáng)降雨，在樁號K53+514-K53+600段出現(xiàn)滑坡（見圖1）。該滑坡主滑方向為283°，從坡頂至坡腳高約32米。滑動面青灰色膨脹性土明顯，滑坡體內(nèi)存在多級下錯、拉裂變形跡象，垂直主滑動方向發(fā)育多級錯臺，其與原地面形成0.1~1.0m落差。由于最后一級沒有開挖，二、三級為強(qiáng)風(fēng)化安山巖，滑坡體前緣位移量較小，安山巖受外力作用，在表面形成深約15cm的痕跡，如圖1。

圖1 K53+460-K53+600段邊坡全貌

2 邊坡工程地質(zhì)概況

該滑坡段邊坡地層上層卵石和粉質(zhì)黏土土，下伏強(qiáng)風(fēng)化安山巖，如圖2。詳細(xì)地質(zhì)如下：

第一層粉質(zhì)黏土：褐黃色，褐紅色，可塑-硬塑，局部具膨脹性，干強(qiáng)度大，含有卵石，含量約30%左右，粒徑5-20cm，最大30cm，上部有0.5m的耕植土。

第二層泥卵石層：青灰色，褐紅色，密實，夾膨脹性粉質(zhì)黏土，青灰色，卵石含量約70%-90%，粒徑5-30cm，最大1m。局部夾有青灰色膨脹性粉質(zhì)黏土和褐紅色粗砂層。

第三層強(qiáng)風(fēng)化安山巖：灰色，全風(fēng)化，母巖主要為長石和石英，含黑色鐵錳質(zhì)斑塊，巖芯破碎，呈碎屑狀，裂隙發(fā)育，局部存在磋動帶，充填物為全風(fēng)化安山巖，極破碎。該層上部局部含膨脹性粉質(zhì)粘土塊，褐紅色，青灰色。

第四層中-微風(fēng)化安山巖：青灰色，灰色，強(qiáng)風(fēng)化，母巖成分主要為長石和石英，含黑色鐵錳質(zhì)斑塊，巖芯較破碎，呈碎塊狀，裂隙極發(fā)育。

圖2 K53+460-K53+600段邊坡地層巖性

3 邊坡工程水文條件

邊坡工程所處場地水系屬黃河水系中的二級支流伊洛河水系中的伊河水系，邊坡場地周圍未分布明顯地表徑流，主要是自然降雨補(bǔ)給。由于場地微地貌主要為單斜順向坡地形，地表水排泄條件好，場地兩側(cè)有沖溝發(fā)育，地表水在坡體呈散流狀，匯入兩側(cè)沖溝及邊坡底部伊河中。

場區(qū)地下水主要由降雨補(bǔ)給，場區(qū)內(nèi)未見有井泉水出露。地下水按賦存介質(zhì)分為孔隙水?？紫端饕x存于第四系坡洪積物中，地下水類型為孔隙潛水，主要接受大氣降水補(bǔ)給。上部潛水水位較淺。在地勢低洼處排泄于地表，受季節(jié)影響較大，旱季多干涸。

4 邊坡穩(wěn)定計算分析

4.1 計算模型 由于K53+460~K53+600段左側(cè)邊坡部分坡段已經(jīng)出現(xiàn)滑塌現(xiàn)象，所以對該段邊坡進(jìn)行治理設(shè)計時，分為滑坡區(qū)工程邊坡與非滑坡區(qū)工程邊坡區(qū)別對待，其中，K53+460-K53+514段為非滑坡區(qū)；K53+514-K53+600段為滑坡區(qū)。在滑坡區(qū)選取主剖面（K53+562）進(jìn)行穩(wěn)定性和推力計算，計算模型具體見圖3~4。

圖3 路塹邊坡現(xiàn)有開挖剖面模型

4.2 計算參數(shù)確定 根據(jù)勘察試驗結(jié)果，滑坡勘察報告提供了滑坡體各土層物理力學(xué)參數(shù)見表1。

4.3 滑坡穩(wěn)定性計算成果分析 根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB50330-2002和《公路路基設(shè)計規(guī)范》JTGD30-2004，確定該段邊坡工程等級為Ⅰ級。邊坡穩(wěn)定性驗算時，其穩(wěn)定性安全系數(shù)應(yīng)滿足表2。以非正常工況Ⅰ為設(shè)計工況，非正常工況Ⅱ為校核工況。

圖4 路塹邊坡未來開挖剖面模型

表1 滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)

表2 路塹邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)

邊坡下滑力計算中涉及安全系數(shù)Ks，考慮該邊坡的重要性及危害性，參考相關(guān)規(guī)范，選取如下：天然工況：采用Ks=1.2~1.3；暴雨工況：采用Ks=1.1~1.2；地震工況：采用Ks=1.05~1.1。本次計算中Ks=1.15。本次設(shè)計中考慮后期路塹邊坡開挖，因而對于滑坡推力的計算主要針對未來開挖工況。

在穩(wěn)定性計算的基礎(chǔ)上，按照相關(guān)規(guī)范，采用傳遞系數(shù)法和上述對應(yīng)工況的安全系數(shù)，進(jìn)行滑坡推力計算結(jié)果見表3。

表3 邊坡穩(wěn)定性和推力計算成果

根據(jù)計算結(jié)果，主剖面均可能發(fā)生深層及淺層的滑動可能，因而在對滑坡進(jìn)行坡腳抗滑樁支擋的基礎(chǔ)上，對坡體中部淺層滑塌部位同樣需要進(jìn)行治理。

5 邊坡滑塌治理方案

根據(jù)場地特征、邊坡變形破壞情況和邊坡穩(wěn)定計算結(jié)果，并結(jié)合邊坡土質(zhì)水文特征，對于滑坡區(qū)，以削坡+排水+抗滑樁+錨索框架結(jié)構(gòu)+坡面防護(hù)+裂縫封堵的思路進(jìn)行邊坡治理，即前部采用抗滑樁支擋，確?；碌恼w穩(wěn)定性；滑坡體中部采用預(yù)應(yīng)力錨索、后緣采用坡面防護(hù)；在坡體后緣設(shè)置1條截排水溝，在一級、二級、三級和四級邊坡平臺上各設(shè)1條排水溝，改善邊坡排水條件，提高坡體的穩(wěn)定性具體設(shè)計方法如下：

5.1 削坡 現(xiàn)有邊坡一級邊坡坡率為1：0.5，二級邊坡坡率為1：0.75，三級以上邊坡坡率均為1：1.0，邊坡平臺寬均為2.0m。

對現(xiàn)有邊坡進(jìn)行削坡，一級坡設(shè)置抗滑樁，二級坡1:0.75，三級坡1:1.25，四級坡1:2.0，五級坡1:2.25，邊坡平臺寬度不變，所有邊坡平臺內(nèi)傾5%。

5.2 抗滑樁工程

5.2.1 抗滑樁的內(nèi)力計算 抗滑樁的設(shè)計荷載為2888.7kN/m；截面尺寸均為2.0m×3.0m，樁間距（中對中距）均為4m。樁長16m，受荷段長8m，錨固段長8m。假設(shè)作用在抗滑樁上的滑坡推力分布形式為矩型，樁底支承條件為鉸支端。采用“k”法進(jìn)行樁身內(nèi)力計算，抗滑樁錨固段巖層地基系數(shù)K=0.3×106kPa，側(cè)向容許值σ=1750kPa。

抗滑樁樁身最大彎矩為80828.28kN.m，最大剪力26318.143kN?？够瑯兜膹澗貓D和剪力圖詳見圖5~6。

圖5 Ⅰ型抗滑樁身彎矩圖

圖6 Ⅰ型抗滑樁樁身剪力圖

5.2.2 抗滑樁結(jié)構(gòu)設(shè)計 在上述內(nèi)力分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)樁的內(nèi)力特點，按受彎構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)配筋。樁身砼選用C30，受力鋼筋選用HRB400、箍筋選用HRB335，構(gòu)造筋選用HPB235。其中，背側(cè)布筋方案：實配（計算）面積（mm2）：70773（70750）；背側(cè)布筋方案：實配（計算）面積（mm2）：17693（17500）；箍筋方案：實配（計算）面積（mm2）：13994（13968），經(jīng)過分析計算，抗滑樁結(jié)構(gòu)配筋見表4。

表4 抗滑樁（2.5m×3.5m，H＝16m）結(jié)構(gòu)配筋表

在一級邊坡平臺外側(cè)布置抗滑樁，樁頂標(biāo)高為一級馬道標(biāo)高，樁長16m，樁截面2.0×3.0m2，樁間距4.0m。樁與樁之間采用M7.5漿砌塊石砌筑拱墻支撐，墻后填筑卵礫石等濾水材料。樁頂統(tǒng)一采用冠梁聯(lián)系，冠梁截面尺寸3.4×0.6m2。

5.3 錨索框架結(jié)構(gòu) 在二、三級邊坡坡面上，采用錨索框架結(jié)構(gòu)加固。錨索采用自下向上布置，第一排錨索距一級馬道高程距離＜1.5m，以上縱向間距為3.0m，最上一排錨索距邊坡平臺高程面不大于1.5m~2.5m，錨索橫向間距4.0m。二、三級邊坡分別設(shè)置三排錨索。

錨索采用6Φs15.2mm，橫縱間距4m。錨索孔徑130mm，錨桿與水平面的夾角為20°，采用無水鉆進(jìn)工藝。臺座砼墊塊應(yīng)與格架梁同時現(xiàn)澆成整體。架線環(huán)鋼筋應(yīng)與錨索體焊接牢靠，2m等間距布設(shè)。鉆孔完成后將錨桿緩慢送入至設(shè)計位置，采用孔底注漿法注漿，注漿壓力為0.2～0.6MPa；錨索設(shè)計荷載為604.869kN，在施工初期，應(yīng)按工作錨索數(shù)量的1%～3%進(jìn)行抗拉拔試驗，以確定注漿參數(shù)。

格構(gòu)梁截面為寬300mm×高400mm，采用C30砼架模澆注，橫梁及縱梁按連續(xù)梁來考慮，采用通長配筋，頂部（遠(yuǎn)離坡面?zhèn)龋┡浣睿?Φ16的HRB335級螺紋鋼筋，中部配筋：2Φ16的HRB335級螺紋鋼筋，底部（靠近坡面?zhèn)龋┡浣睿?Φ16的HRB335級螺紋鋼筋，箍筋配筋：Φ8@200 HPB235鋼筋。格構(gòu)梁橫向每隔20m設(shè)置永久伸縮縫，縫寬20mm，填塞瀝青麻筋或瀝青木板。

錨索類型為6Φs15.2，設(shè)計錨固段長度大于10m，錨索孔徑130mm，錨桿與水平面的夾角為20°，錨索橫縱間距4m。格構(gòu)梁為C30現(xiàn)澆混凝土，格構(gòu)單元為3.0m×4.0m，梁斷面尺寸為0.3m×0.4m，格構(gòu)單元內(nèi)客土噴播。

5.4 客土噴播 對整個坡面采用客土噴播方法進(jìn)行坡面防護(hù)，鉚釘采用Φ16鋼筋，長度分1m和2m兩種，長短相間，彎頭長0.1m。掛網(wǎng)采用鍍鋅鐵絲網(wǎng)，網(wǎng)孔50mm×50mm。施工順序為：人工清坡-掛鐵絲網(wǎng)-固網(wǎng)-噴射有機(jī)基材及灌草種-養(yǎng)護(hù)。

5.5 裂縫封填 采用粘性土封填拉張裂縫，施工時，分層搗實，防止地表水下滲。

6 結(jié)束語

洛嵩高速公路K53+460~K53+600段左側(cè)邊坡滑坡危害嚴(yán)重，通過對該段邊坡進(jìn)行治理，能有效遏制坡體的進(jìn)一步變形破壞，又能消除其對即將建成的高速公路安全所產(chǎn)生的巨大威脅，避免滑坡所造成的進(jìn)一步經(jīng)濟(jì)損失，實現(xiàn)低投入、高收益的治理效果。

由于復(fù)雜的地形地質(zhì)條件，滑坡與高邊坡工程始終是山區(qū)鐵路和公路建設(shè)中一個重大工程地質(zhì)問題，因此加強(qiáng)滑坡和高邊坡病害的防治研究，不僅將對高原山區(qū)公路交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展有重要意義，也將對我國地質(zhì)災(zāi)害防治理論以及防治技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生積極作用。

該邊坡工程經(jīng)過以上綜合治理后，通車至今已近2年，監(jiān)控數(shù)據(jù)顯示，邊坡變形數(shù)據(jù)收斂，邊坡逐漸趨于穩(wěn)定。

[1]程強(qiáng)，黃紹檳，周永江.公路深挖路塹邊坡工程施工監(jiān)測與動態(tài)設(shè)計[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2005,24(8).

[2]JTGD30-2004，公路路基設(shè)計規(guī)范[S].

[3]李志勇，鄧宗偉.預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻動態(tài)響應(yīng)規(guī)律研究[J].巖土力學(xué)，2010,31（2）.

[4]姜德義.邊坡穩(wěn)定性分析與滑坡防治[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2005.