某高速公路深挖路塹邊坡滑塌處治設(shè)計(jì)

郭萬林

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

1 項(xiàng)目概況

1.1 工程概況

某高速公路位于珠三角西部地區(qū)，深挖路塹滑塌段路線中心最大挖深20.20 m，左側(cè)最大邊坡高度40.28 m，此段邊坡原設(shè)計(jì)邊坡坡率及支護(hù)形式為：

a）邊坡坡率 第一級邊坡坡率1∶1，邊坡高度10 m，一級邊坡頂部平臺(tái)寬2 m；第二級邊坡坡率1∶1.25，邊坡高度10 m，二級邊坡頂部平臺(tái)寬5 m；第三級邊坡坡率1∶1.5，邊坡高度10 m，三級邊坡頂部平臺(tái)寬4 m；以上為第四級邊坡，邊坡坡率為1∶1.25。

b）邊坡支護(hù) 第一級邊坡采用錨桿格梁+植草防護(hù)，分段長度180 m；第二、三級邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨索格梁+植草防護(hù)，分段長度159 m和134 m；第四級邊坡采用人字形預(yù)制混凝土塊骨架+植草防護(hù)。深挖路塹典型斷面圖如圖1。

圖1 深挖路塹典型橫斷面圖（單位:cm）

1.2 工程地質(zhì)概況[1]

1.2.1 地形地貌

該段深挖路塹所在地貌單元為低山丘陵區(qū)，該區(qū)域地形較平緩，自然坡度最大不超過16°，地面高差約10 m，地表植被主要為松樹、各種灌木和蕨類植物。

1.2.2 地層巖性

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，該段地層自上而下依次為：

a）粉質(zhì)黏土 顏色為褐黃色，呈硬塑狀，稍微具有一定黏性和韌性，干強(qiáng)度較高。

b）全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖 顏色為棕紅色，風(fēng)化嚴(yán)重，強(qiáng)度低，巖體結(jié)構(gòu)基本破壞，巖體呈土石結(jié)合狀。

c）強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖 顏色為紫紅色，風(fēng)化較嚴(yán)重，層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體基本呈碎塊狀。

d）中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖 顏色為紫紅色，中等風(fēng)化，細(xì)粒結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較完整。

1.2.3 水文地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告和現(xiàn)場水文調(diào)查結(jié)果，本區(qū)域水的類型主要有地表水和地下水。其中地表水只在雨季存在，為短暫性地表水流；地下水主要靠降水補(bǔ)給，有孔隙水和基巖裂隙水兩種類型。

1.2.4 地震烈度

該段地震動(dòng)峰值加速度值為0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35 s，抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度。

2 邊坡現(xiàn)狀

該段深挖路塹左側(cè)第二級、三級邊坡于2016年11月13日—11月14日完成了預(yù)應(yīng)力錨索的張拉，第一級邊坡開挖時(shí)間為2016年11月22日—11月30日。2016年11月30日，第一級邊坡坡面出現(xiàn)局部垮塌。12月2日，該段邊坡整體發(fā)生滑塌，在坡頂外12 m處出現(xiàn)縱向裂縫，裂縫最大寬度20 cm，且裂縫從坡頂向坡腳發(fā)展，第三級邊坡錨索發(fā)生破壞，部分格梁出現(xiàn)裂縫破壞。邊坡現(xiàn)場照片如圖2。

圖2 深挖路塹邊坡現(xiàn)場照片

3 邊坡滑塌原因分析

3.1 地層巖性

該段深挖路塹邊坡地層巖性主要以強(qiáng)-中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖為主，節(jié)理裂隙發(fā)育，且?guī)r體較破碎，由于巖層傾角18°～36°，且傾向路基，在雨水等外力作用下，易發(fā)生順層滑動(dòng)和巖體剝落等破壞現(xiàn)象。

3.2 支護(hù)不足

原設(shè)計(jì)雖采用預(yù)應(yīng)力錨索框格梁和錨桿框格梁對邊坡進(jìn)行支護(hù)，但從現(xiàn)場滑塌情況來看，支護(hù)措施不足以滿足邊坡穩(wěn)定性需要，設(shè)計(jì)存在一定缺陷。

3.3 施工擾動(dòng)

本次邊坡滑塌發(fā)生在第二級、第三級邊坡錨索施工完畢且第一級邊坡開挖基本完成之后，由于第一級邊坡開挖減弱了抗滑段，導(dǎo)致邊坡發(fā)生深層滑動(dòng)。

4 滑塌處治設(shè)計(jì)

4.1 處治目標(biāo)及原則

a）方案應(yīng)充分考慮現(xiàn)場實(shí)際情況，保證邊坡在施工及高速公路運(yùn)營過程中的安全。

b）方案應(yīng)充分利用現(xiàn)有場地條件，因地制宜，合理布局。

c）方案應(yīng)滿足費(fèi)用經(jīng)濟(jì)、技術(shù)合理、維護(hù)簡易等要求，且應(yīng)便于施工。

圖3 深挖路塹邊坡處治典型橫斷面圖（單位：cm）

4.2 處治方案

根據(jù)邊坡的地質(zhì)情況及滑塌現(xiàn)狀，針對本項(xiàng)目特點(diǎn)，擬采用處治方案為：削方減載+抗滑樁+錨桿格構(gòu)梁防護(hù)+植草綠化+截、排水溝綜合治理。

a）削方減載 第一級、第二級邊坡維持原設(shè)計(jì)不變，即第一級邊坡坡率1∶1，邊坡高度10 m，一級邊坡頂部平臺(tái)寬2 m；第二級邊坡坡率1∶1.25，邊坡高度10 m，第二級邊坡坡頂處平臺(tái)由原設(shè)計(jì)5 m寬調(diào)整為25 m；第三級邊坡坡率1∶1.5，邊坡高度10 m，三級邊坡坡頂處設(shè)置3 m寬平臺(tái)；以上為第四級邊坡，邊坡坡率放緩至1∶2.0。

b）抗滑樁 設(shè)置兩排抗滑樁，第一排設(shè)置于邊坡坡腳處，樁徑1.4 m，間距5.0 m，樁長12 m，樁頂設(shè)置鋼筋混凝土梁，梁截面尺寸為1.8×1.8 m；第二排設(shè)置于第三級邊坡坡腳，樁徑2.0 m，間距3.0 m，樁長27 m，樁端深入中風(fēng)化巖層不小于3.0 m。

c）錨桿框架 第一級、第三級邊坡采用錨桿格構(gòu)梁+植草防護(hù)，錨桿長度均為9 m，錨桿孔直徑為130 mm，間距3.0 m×3.0 m，筋體采用1根C32的鋼筋，俯角15°，注漿材料采用M30水泥砂漿?？蚣懿捎肅30混凝土澆筑，框格梁內(nèi)采用袋裝土回填，并噴灑草籽進(jìn)行綠化。

d）第一級邊坡按照1∶1坡率清理坍塌虛土、修整邊坡，破損處采用C20素混凝土回填。

e）第四級邊坡削坡后采用噴播植草防護(hù)。

f）對現(xiàn)狀截水溝、排水溝、急流槽破損處進(jìn)行整修，從而形成完整排水系統(tǒng)。

4.3 抗滑樁計(jì)算

4.3.1 計(jì)算參數(shù)

根據(jù)勘察報(bào)告，邊坡發(fā)生整體滑動(dòng)。根據(jù)滑坡滑動(dòng)面幾何特征，滑動(dòng)面分為牽引區(qū)、主滑區(qū)和抗滑區(qū)[2]。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合驗(yàn)算結(jié)果，綜合確定目前狀態(tài)下滑面參數(shù)為：邊坡后部牽引區(qū)滑動(dòng)面強(qiáng)度參數(shù)為c=0 kPa，φ=28°；中部主滑區(qū)滑動(dòng)面強(qiáng)度參數(shù)為c=10 kPa，φ=12.0°；前部抗滑區(qū)滑動(dòng)面強(qiáng)度參數(shù)為 c=35 kPa，φ=35°。

4.3.2 第二級平臺(tái)處抗滑樁計(jì)算

4.3.2.1 滑坡推力計(jì)算

采用傳遞系數(shù)法進(jìn)行滑坡推力計(jì)算[3]，計(jì)算中不考慮水壓力影響，計(jì)算斷面圖見圖4。

圖4 第二級平臺(tái)處滑坡推力計(jì)算斷面圖（單位:m）

經(jīng)計(jì)算，第二級平臺(tái)處剩余下滑力為1964.532kN，下滑力角度為25.298°。

4.3.2.2 抗滑樁計(jì)算

第二排抗滑樁設(shè)置于第三級邊坡坡腳即第二級平臺(tái)處，樁徑2.0 m，間距3.0 m，樁長27 m，樁端進(jìn)入中風(fēng)化巖層不小于3.0 m?？够瑯对O(shè)置范圍為K4+102—K4+208段，總長107 m。

根據(jù)理正分析軟件對抗滑樁進(jìn)行計(jì)算，抗滑樁結(jié)構(gòu)構(gòu)造為：采用C30鋼筋混凝土樁，鋼筋保護(hù)層厚度70 mm，縱向鋼筋采用C32三根1束，共62束，箍筋采用C12@150，每2 m設(shè)置C22加強(qiáng)箍筋1道。

4.3.3 坡腳處抗滑樁計(jì)算

4.3.3.1 滑坡推力計(jì)算

采用傳遞系數(shù)法進(jìn)行滑坡推力計(jì)算，計(jì)算中不考慮水壓力影響，計(jì)算斷面圖見圖5。

經(jīng)計(jì)算，第二級平臺(tái)處剩余下滑力為211.502 kN，下滑力角度為3.094°。

圖5 坡腳處滑坡推力計(jì)算斷面圖（單位:m）

4.3.3.2 抗滑樁計(jì)算

第一排抗滑樁設(shè)置在邊坡坡腳處，樁徑1.4 m，間距5.0 m，樁長12 m，樁頂設(shè)置鋼筋混凝土梁，截面尺寸為1.8×1.8 m。

根據(jù)理正分析軟件對抗滑樁進(jìn)行計(jì)算，抗滑樁結(jié)構(gòu)構(gòu)造為：采用C30鋼筋混凝土樁，鋼筋保護(hù)層厚度70 mm，縱向鋼筋采用C32，共25根，箍筋采用C12@200，每2 m設(shè)置C22加強(qiáng)箍筋1道。

5 施工注意事項(xiàng)

a）邊坡卸載后應(yīng)首先對第一級邊坡和第三級邊坡進(jìn)行及時(shí)支護(hù)，隨后再進(jìn)行抗滑樁施工。

b）抗滑樁施工時(shí)，應(yīng)先進(jìn)行上部抗滑樁施工，再進(jìn)行坡腳抗滑樁施工。

c）抗滑樁樁孔開挖時(shí)，應(yīng)由兩側(cè)向中部采用人工間隔開挖，不得連續(xù)開挖。

d）抗滑樁樁身混凝土應(yīng)邊灌注邊振搗，全樁混凝土應(yīng)一次澆注完成。

e）施工過程中應(yīng)派專人進(jìn)行監(jiān)測，如邊坡或坡頂外側(cè)產(chǎn)生新的裂縫，應(yīng)立即停止施工，并與設(shè)計(jì)單位取得聯(lián)系以便及時(shí)處理，保證施工安全。

6 結(jié)語

深挖路塹施工過程中，由于各種因素極易發(fā)生邊坡滑塌等現(xiàn)象。設(shè)計(jì)中一要加強(qiáng)地勘工作，使設(shè)計(jì)依據(jù)充分，避免支護(hù)措施不足；二要注意邊坡開挖后按設(shè)計(jì)文件要求及時(shí)支護(hù)，避免邊坡長期暴露在外，同時(shí)應(yīng)完善臨時(shí)排水設(shè)施，避免雨水滲入路基；三要注意一旦邊坡發(fā)生滑塌，處治應(yīng)一次到位，不留隱患，避免發(fā)生二次滑塌，造成工程浪費(fèi)。