山區(qū)高速公路高填斜坡棄土場(chǎng)工后穩(wěn)定性評(píng)估的實(shí)例分析

張 華， 游 宏， 黃晚清

(1. 成都大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院， 四川 成都 610106；2.四川省交通運(yùn)輸廳 交通勘察設(shè)計(jì)研究院， 四川 成都 610017)

山區(qū)高速公路高填斜坡棄土場(chǎng)工后穩(wěn)定性評(píng)估的實(shí)例分析

張 華1， 游 宏2， 黃晚清2

(1. 成都大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院， 四川 成都 610106；2.四川省交通運(yùn)輸廳 交通勘察設(shè)計(jì)研究院， 四川 成都 610017)

以攀西地區(qū)某高速公路一處填方高度達(dá)91.5 m的斜坡棄土場(chǎng)為研究對(duì)象，詳細(xì)討論了其工后穩(wěn)定性評(píng)估的關(guān)鍵流程.對(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研資料的分析表明，棄土場(chǎng)沿主軸線縱剖面的綜合坡比為1∶2.1，工點(diǎn)處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；但鑒于坡腳錨桿框架擋墻尚未能達(dá)到強(qiáng)力鎖口的要求，綜合原沖溝溝床橫坡較陡(平均約15°)、改溝排水效果不甚理想、斜坡填方較高等不利因素，并協(xié)同工程類比及計(jì)算校核結(jié)果，建議坡腳附近范圍采用“豎梁錨索群”作為增強(qiáng)整體穩(wěn)定的主體加固措施.本解決方案可為相似工程的工后評(píng)估以及病害治理提供可類比的技術(shù)資料與參考.

道路工程；棄土場(chǎng)；高填斜坡；穩(wěn)定性；工后評(píng)估

0 引 言

山區(qū)高速公路沿線大多具有地形條件困難、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、環(huán)境背景脆弱等特點(diǎn)，導(dǎo)致滑坡、坍塌等地質(zhì)災(zāi)害頻繁發(fā)生，同時(shí)，由于公路等級(jí)的相應(yīng)要求，高水平的線形指標(biāo)與橋梁隧道大量采用，路基工程的復(fù)雜性也不斷提高.可以認(rèn)為，山區(qū)高速公路正常服務(wù)期間重點(diǎn)路基工程的穩(wěn)定，不僅制約著“生命線”的暢通，亦關(guān)系到行駛車輛的運(yùn)營安全[1].為確保重點(diǎn)路基工程的長期穩(wěn)定性，對(duì)其進(jìn)行工后評(píng)估，及時(shí)準(zhǔn)確地把握其穩(wěn)定狀況與發(fā)展趨勢(shì)，必要時(shí)實(shí)施補(bǔ)強(qiáng)加固措施、工程檢測(cè)及監(jiān)控量測(cè)，對(duì)山區(qū)高速公路的暢通與安全具有重要的指導(dǎo)意義和實(shí)用價(jià)值.本研究以攀西地區(qū)某高速公路一處填方高度達(dá)91.5 m的斜坡棄土場(chǎng)為研究對(duì)象，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，并結(jié)合其在建期施工圖、變更設(shè)計(jì)等相關(guān)技術(shù)資料[2-3]，對(duì)該工程點(diǎn)的穩(wěn)定性做出了較詳細(xì)的分析與評(píng)估，處治方案可為高等級(jí)公路高填路基工程的工后穩(wěn)定性評(píng)估工作提供類比的技術(shù)資料及參考.

1 工程概況

攀西地區(qū)某高速公路于2011年5月建成通車.建設(shè)期間，由于出現(xiàn)NGG1#大橋改為LJS隧道的重大變更，新增棄方19×104m3.經(jīng)相關(guān)專家的反復(fù)研討，確定于該隧道出口沖溝處增設(shè)NGG棄土場(chǎng)(見圖1).

圖1棄土場(chǎng)全貌及特征示意圖

該棄土場(chǎng)主軸線與高速公路近于正交，總體呈上寬下窄，其縱剖面斜坡填方高91.5 m，并于鎖口擋墻頂共設(shè)8級(jí)邊坡.已實(shí)施的處治措施為：鎖口處框架錨桿擋墻、原沖溝改溝明渠、地表排水系統(tǒng)以及邊坡坡面骨架植草防護(hù).

此外，高速公路NGG大橋左、右幅的2#、3#、4#墩均位于棄土場(chǎng)中下部，另有LJ水電站引水渠緊鄰棄土場(chǎng)坡腳鎖口位置.鑒于原沖溝橫坡較陡(平均約15°)，在汛期洪水作用下，該棄土場(chǎng)仍有整體失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)，威脅橋墩與水電站水渠安全.

2 棄土場(chǎng)穩(wěn)定性現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

2.1 鎖口支擋工程現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

2.1.1 現(xiàn)狀調(diào)查.

棄土場(chǎng)擋墻位于坡腳鎖口位置，與公路主線近于平行，其縱長約25 m，樁號(hào)介于左幅NGG大橋2、3#墩之間，最大墻高9.5 m，頂寬1.0 m，面坡1∶0.05，外墻表面設(shè)有3×3 m間距的框架錨桿.

2.1.2 框架錨桿擋墻穩(wěn)定性判斷.

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，框架錨桿擋墻的施工質(zhì)量較差，外墻表面可見縫隙，系按主動(dòng)土壓力的大小確定擋墻截面尺寸[4]，基本穩(wěn)定，無變形，但尚未能滿足坡腳強(qiáng)力鎖口的要求，應(yīng)為棄土場(chǎng)穩(wěn)定性評(píng)估的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象.

2.2 棄土場(chǎng)排水系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

2.2.1 改溝工程.

因原沖溝設(shè)棄土場(chǎng)需對(duì)其作改移.改溝工程布設(shè)于棄土場(chǎng)的左側(cè)，基本與主線正交，排入NGG大橋下.改溝的截面尺寸為梯形，頂寬3.0 m，底寬1.5～2.0 m，溝深2.0 m，均作漿砌防護(hù)，現(xiàn)場(chǎng)未見變形或破損現(xiàn)象，常年流水.但據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地了解，在每年的強(qiáng)降雨期間，因流量較大有漫流現(xiàn)象，說明改溝截面尺寸偏小，表面滲入棄土場(chǎng)填筑體，對(duì)高填斜坡整體穩(wěn)定不利，需做適當(dāng)加高處理，以防地表水沖刷邊坡.

2.2.2 地表排水系統(tǒng).

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，除原沖溝改溝工程外，仍有地表排水工程，效果較好，無需增設(shè).但棄土場(chǎng)各級(jí)邊坡平臺(tái)處未作封閉處理，未設(shè)平臺(tái)排水溝，故坡面地表水下滲現(xiàn)象仍存在.

2.3 棄土場(chǎng)主軸線多級(jí)邊坡穩(wěn)定性現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查

2.3.1 現(xiàn)狀調(diào)查.

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該棄土場(chǎng)設(shè)計(jì)容量較大，約為19×104m3，且其主軸線剖面圖橫坡較陡系采用多級(jí)邊坡和平臺(tái)組合的斷面形式.根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，鎖口擋墻墻頂以上由8級(jí)邊坡組成，級(jí)高5.5～13.9 m，平臺(tái)寬5.8～27 m；棄土場(chǎng)的斜坡填方高程為91.5 m(鎖口擋墻底至坡頂)，水平投影寬191.95 m，每級(jí)邊坡的水平夾角為35 °～45 °，其平均填方橫坡為1∶2.1(見表1).此外，3至8級(jí)坡面現(xiàn)有的矩形骨架植草防護(hù)綠化效果較差.可以初步判斷，整個(gè)陡坡填方高邊坡目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài).

表1 棄土場(chǎng)主軸線縱剖面各級(jí)邊坡、平臺(tái)尺寸

注：1.鎖口擋墻底至填方邊坡頂?shù)母叱虨?1.5 m，水平投影寬191.95 m；2.鎖口擋墻底至填方邊坡頂?shù)钠骄鶛M坡約1∶2.1.

2.3.2 棄土場(chǎng)主軸線多級(jí)邊坡穩(wěn)定性分析.

經(jīng)調(diào)查相關(guān)資料，2010年12月20日，對(duì)該工程點(diǎn)變更設(shè)計(jì)的審查會(huì)專家組意見中，建議棄土場(chǎng)陡坡填方的綜合坡比為1∶2.0～1∶2.5.據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，陡坡的綜合坡比為1∶2.1，且第8級(jí)邊坡的級(jí)高為13.9 m，坡比1∶1，目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但穩(wěn)定系數(shù)的安全儲(chǔ)備較小，若遇異常氣候，有局部表塌可能.

2.4 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)論

該工程點(diǎn)前期的工程穩(wěn)定性分析意見，僅涉及斜坡填方多級(jí)邊坡自身的穩(wěn)定性，并未觸及高填方斜坡棄土場(chǎng)的整體穩(wěn)定性.本研究綜合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)的，沖溝溝床橫坡較陡(平均約15°)、改溝排水效果不甚理想、斜坡填方的邊坡高達(dá)91.5 m等不利因素，建議對(duì)91.5 m的高填斜坡棄土場(chǎng)增設(shè)抗滑支擋加固措施；基于鎖口框架錨桿擋墻的基礎(chǔ)置于基巖上，且無變形失效的現(xiàn)狀，能承擔(dān)墻背主動(dòng)土壓力的特點(diǎn)，為提高高填斜坡棄土場(chǎng)的整體穩(wěn)定性，建議選用豎梁錨索支擋類型.并優(yōu)先對(duì)第8級(jí)邊坡作豎梁錨索加固，并根據(jù)斜坡推力大小，對(duì)其他級(jí)的邊坡設(shè)豎梁錨索.同時(shí)，針對(duì)除第1、2級(jí)邊坡外，第3至8級(jí)邊坡，已有矩形骨架植草防護(hù)措施，但骨架內(nèi)的植草效果不好，尚無變形跡象，故建議對(duì)第1、2級(jí)邊坡增設(shè)矩形骨架植草防護(hù)，并對(duì)第3至第8級(jí)邊坡骨架內(nèi)恢復(fù)植草.

3 穩(wěn)定性計(jì)算校核

3.1 潛在深層滑面的反演

3.1.1 滑體參數(shù)的選取.

通過工程地質(zhì)類比，在滑體參數(shù)的選取上，本研究擬將滑體的天然重度概化為20 KN/m3，飽和重度為21 KN/m3.

3.1.2 滑面參數(shù)的選取.

以基覆界面作為潛在深層滑面，選取填方最高斷面進(jìn)行計(jì)算.滑帶參數(shù)反算中，取天然工況下的穩(wěn)定系數(shù)K為1.17.計(jì)算模型如圖2所示，計(jì)算結(jié)果見表2.

圖2 潛在深層滑面計(jì)算模型

3.2 潛在深層滑面的正演

根據(jù)文獻(xiàn)[2]中的相關(guān)規(guī)定，分別按天然工況、暴雨工況及地震工況對(duì)該工程點(diǎn)的潛在深層滑面進(jìn)行正演，得出各工況下的剩余下滑力，結(jié)果見表3.

表3 滑坡推力計(jì)算結(jié)果

由表3計(jì)算結(jié)果可見，暴雨工況為最不利工況，此時(shí)，該工程點(diǎn)支擋位置處剩余下滑力為1 807.5 KN/m，其安全儲(chǔ)備明顯不足，需對(duì)斜坡填筑體相應(yīng)部位進(jìn)行加固.

3.3 潛在淺層滑面的搜索情況

對(duì)于棄土場(chǎng)填筑體內(nèi)部的潛在淺層滑面，采用圓弧搜索的方法[2,5]進(jìn)行研究，計(jì)算模型如圖3所示，計(jì)算結(jié)果見表4.

由圖3及表4可知，在天然工況下，該棄土場(chǎng)填筑體內(nèi)部的潛在滑體處于穩(wěn)定狀態(tài)；在暴雨工況下，填筑體內(nèi)部淺層潛在滑體穩(wěn)定性較差，局部甚至處于不穩(wěn)定狀態(tài)；而在地震工況下，填筑體內(nèi)部淺層潛在滑體處于基本穩(wěn)定，但局部安全儲(chǔ)備較低的狀態(tài).

4 棄土場(chǎng)補(bǔ)強(qiáng)措施

綜合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與計(jì)算結(jié)果，本研究認(rèn)為，該棄土場(chǎng)的補(bǔ)強(qiáng)措施包括：

圖3 填筑體內(nèi)部潛在淺層滑面計(jì)算模型

1)對(duì)于棄土場(chǎng)的排水明渠，建議進(jìn)行適當(dāng)加高處理，以防地表水沖刷邊坡，并對(duì)棄土場(chǎng)各級(jí)邊坡平臺(tái)增設(shè)排水溝，以防坡面表水下滲.同時(shí)，對(duì)第1、2級(jí)邊坡增設(shè)矩形骨架植草防護(hù)，并對(duì)第3至8級(jí)邊坡骨架內(nèi)恢復(fù)植草.

2)為提高高填棄土場(chǎng)的整體穩(wěn)定性，建議選用豎梁錨索支擋類型，優(yōu)先對(duì)第8級(jí)邊坡作豎梁錨索加固，并根據(jù)斜坡推力大小，有針對(duì)性地對(duì)其他級(jí)的邊坡設(shè)豎梁錨索.

5 結(jié) 論

本研究以攀西地區(qū)某高速公路一處高填斜坡棄土場(chǎng)為研究實(shí)例，詳細(xì)討論了該工程點(diǎn)工后期穩(wěn)定性評(píng)估的關(guān)鍵流程，得到以下結(jié)論.

1)整體來看，棄土場(chǎng)沿主軸線縱剖面的填方高程達(dá)91.5 m，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的綜合坡比為1∶2.1，可判斷該工點(diǎn)目前處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，但穩(wěn)定系數(shù)的安全儲(chǔ)備較小，若遇異常氣候，仍有局部表塌可能.鑒于坡腳錨桿框架擋墻尚未能達(dá)到強(qiáng)力鎖口的要求，綜合原沖溝溝床橫坡較陡(平均約15°)、改溝排水效果不甚理想、斜坡填方高度大等不利因素，建議對(duì)高填斜坡棄土場(chǎng)增設(shè)抗滑支擋加固措施，以確保高速公路的運(yùn)營安全.

2)綜合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、工程類比及計(jì)算校核結(jié)果，建議對(duì)坡腳附近范圍采用“豎梁錨索群”作為增強(qiáng)邊坡整體穩(wěn)定的主體加固措施.此外，為防止地表水沖刷邊坡，建議適當(dāng)加高排水明渠，并對(duì)各級(jí)邊坡平臺(tái)增設(shè)排水溝.此外，需恢復(fù)各級(jí)坡面的矩形骨架植草防護(hù).

[1]張華，游宏，黃晚清.山區(qū)高速公路橋臺(tái)路基側(cè)滑搶險(xiǎn)處治的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)例分析[J].公路，2017，62(8)：269-274.

[2]中華人民共和國交通運(yùn)輸部.公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范：JTG D-2015[S].北京:人民交通出版社,2015.

[3]中華人民共和國交通運(yùn)輸部.公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范：JTG C20-2011[S].北京:人民交通出版社,2011.

[4]李海光.新型支擋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工程實(shí)例[M].2版.北京:人民交通出版社,2011.

[5]張倬元,王士天,王蘭生.工程地質(zhì)分析原理[M].北京:地質(zhì)出版社,1994.

Abstract:In this paper,a spoil ground on a slope with the maximum filling height of 91.5 m on an expressway of Pan-xi region was taken as the study object,and the key process of post-construction stability assessment for the spoil ground was discussed in detail.The analysis of the field survey data showed that,the integrated slope ratio of the spoil ground within the longitudinal profile along its main axis was about 1∶2.1,which indicated that the slope was in stable status.But,based on the fact that the retaining wall with anchors at the toe of slope could not meet the demands of the strong fore shaft,and in addition with the unfavourable factors such as “slope of the gully below the backfilling was quite steep(average 15)”,“drainage effect of the newly built ditch was less than ideal” and “filling depth of the spoil ground was quite high”,some corresponding reinforcement measures were needed to enhance the overall stability of the studied spoil.Following a series of engineering analogy and theoretical calculations,the main reinforcement measures for the spoil were determined as “constructing a group of pre-stressed anchor cables with vertical beams near the toe of slope”.The obtained results could provide technical data and reference to disease prevention and treatment for similar projects.

Keywords:road engineering;spoil ground;high-filled slope;stability;post-construction assessment

CaseAnalysisofPost-constructionAssessmentforHigh-filledSpoilGroundonSlopesonMountainousExpressway

ZHANGHua1，YOUHong2，HUANGWanqing2

(1.School of Architecture and Civil Engineering, Chengdu University, Chengdu 610106, China;2.Sichuan Communications Surveying and Design Institute, Chengdu 610017, China)

TU457

A

1004-5422(2017)03-0307-04

2017-08-06.

四川省交通運(yùn)輸廳科研課題(2016C3-4)資助項(xiàng)目.

張 華(1981 — )， 男， 博士， 高級(jí)工程師， 從事道路工程相關(guān)技術(shù)研究.