山區(qū)高速公路高路塹邊坡綜合處置設(shè)計(jì)

杜艷花

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030012）

1 工程概況

五臺(tái)至盂縣高速公路（以下簡稱“五盂高速”）北接忻阜高速公路，南連陽盂高速公路，是山西省“三縱十二橫十二環(huán)”高速公路網(wǎng)規(guī)劃東縱的主要組成部分。該項(xiàng)目為四車道高速公路，設(shè)計(jì)行車速度為80 km/h，路基寬度為24.5 m。五盂高速公路K21+000—K29+000段位于盂縣梁家寨鄉(xiāng)，穿越長一鋪、椿樹底、御棗口村。

1.1 自然環(huán)境及工程地質(zhì)情況

該區(qū)域地形復(fù)雜，垂直落差大。地貌單元屬構(gòu)造侵蝕剝蝕中低山區(qū)，微地貌為斜坡及沖溝，構(gòu)造剝蝕作用強(qiáng)烈，山脊呈鋸齒狀，山頂多成錐狀及饅頭狀，溝谷多呈“V”型。根據(jù)工程地質(zhì)調(diào)繪及鉆探揭露，該深挖路段邊坡地層主要由太古界龍華河群會(huì)理組黑云斜長片麻巖夾絹云母片巖構(gòu)成，地表覆蓋為第四系全新統(tǒng)殘坡積粉質(zhì)黏土和碎石土。地表植被主要為草叢及灌木。區(qū)內(nèi)河流主要有滹沱河及支流，河流屬海河流域。區(qū)內(nèi)氣候?qū)儆跍貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，春季干旱多云，夏季高溫炎熱，秋季涼爽多雨，冬季寒冷少雪。年均降雨量500～618 mm。

1.2 工程特點(diǎn)

1.2.1 區(qū)內(nèi)地形復(fù)雜 局部垂直落差大

路線的縱面以滹沱河為底呈“V”字型，線位最低位于滹沱河河底，高程為449.5 m，最高點(diǎn)為佛嶺隧道頂1 488.8 m，高差為1 039.3 m。

1.2.2 地層巖性復(fù)雜

坡體地層主要由黑云斜長片麻巖夾多層絹云母片巖組成。黑云斜長片麻巖為中-強(qiáng)風(fēng)化，強(qiáng)度相對(duì)較高；絹云母片巖，強(qiáng)度低，易風(fēng)化，為軟弱結(jié)構(gòu)面。巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化層較厚，一般為10～25 m，最厚大于50 m。巖層傾角較大，一般為23°～27°。

1.2.3 工程規(guī)模大 橋梁比例高 技術(shù)難度大

該段為本項(xiàng)目的深挖方重點(diǎn)路段，最大挖深86.5 m。邊坡防護(hù)及排水工程規(guī)模較大，要求高。施工路線長 8 km，橋梁長 4 720 m，路橋比例為59.0%。分布有滹沱河特大橋，橋長1 212 m，橋高116 m。

1.2.4 環(huán)境保護(hù)及景觀要求較高

區(qū)內(nèi)走廊帶狹窄，人均耕地少，土地資源寶貴。而且沿線風(fēng)景秀麗，途經(jīng)梁家寨人文生態(tài)旅游區(qū)。設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)取棄土場(chǎng)、棄渣場(chǎng)、臨時(shí)耕地做好水土保持及植被恢復(fù)。路塹開挖、邊坡防護(hù)、橋梁墩柱及結(jié)構(gòu)形式的選擇要順應(yīng)自然，與環(huán)境相協(xié)調(diào)。力爭把項(xiàng)目建成“景觀路、環(huán)保路、生態(tài)路”。

2 前期方案比選

初步設(shè)計(jì)階段，對(duì)工可推薦路線的走廊帶進(jìn)行了深入的方案研究，擬定了兩個(gè)比較方案（隧道方案和高架橋方案）與施工圖線位（路塹方案）進(jìn)行同深度比選。如圖1所示。

a）路塹方案 路線長8 km，橋梁長4 720 m，無隧道，最高橋梁為滹沱河大橋，橋高116 m，最大挖深31 m。橋梁比例為59.0%。橋梁比小，全線主要以挖方為主，分布有8處高路塹邊坡。

圖1 路線方案比選圖

b）隧道方案 路線長7.8 km，橋梁長5 000 m，隧道長1 370 m，最高橋梁為滹沱河大橋，橋高152 m，最大挖深28 m，橋隧比例為81.7%。比深路塹方案縮短200 m，全線無大填大挖，全部利用隧道通過施工圖線位的深路塹路段。受隧道縱坡限制，全線縱坡較高，橋隧相接，橋梁長度增加280 m，增加一座1 370 m長隧道，最高橋梁比施工圖設(shè)計(jì)高24 m。

c）高架橋方案 路線長7.9 m，橋梁長6 634 m，無隧道，最高橋梁為滹沱河大橋，橋高132 m，最大挖深22 m。橋梁比例為84.0%。比路線方案短100 m，全線無大填大挖，全部利用高架橋通過施工圖線位的深路塹路段。受橋梁縱坡要求限制，全線縱坡較高，比施工圖線位增加橋長1 920 m，除滹沱河大橋外，其余橋梁平均橋高在65 m左右。

經(jīng)過分析研究，隧道方案和高架橋方案縱坡較大，安全性較差，造價(jià)較高。而且隧道和高架橋施工對(duì)沿線居民影響較大，施工期較長，所以施工圖階段選用路塹方案。

3 施工中高路塹邊坡出現(xiàn)的問題及綜合處理措施

路塹方案造價(jià)較低，線形指標(biāo)較高，但是椿樹底村路段（K21+900—K24+730），長2 830 m，分布有8處高路塹邊坡，且地質(zhì)條件較差。由于施工中對(duì)2號(hào)邊坡、3號(hào)邊坡、5號(hào)邊坡、8號(hào)邊坡未按逐級(jí)開挖、逐級(jí)防護(hù)的工序作業(yè)，全斷面開挖坡體，在連續(xù)降雨的作用下，8處高路塹邊坡發(fā)生了大面積滑塌。

3.1 滑坡形成原因及機(jī)理

椿樹底村路段坡體巖層為軟弱夾層，且?guī)r層產(chǎn)狀為順坡，對(duì)邊坡穩(wěn)定性極為不利。雨季期間，地表水會(huì)沿巖土體孔隙或裂隙下滲，繼而裂縫水滲入并浸潤潛在滑面，導(dǎo)致坡體穩(wěn)定性持續(xù)下降[1]，對(duì)邊坡的穩(wěn)定性構(gòu)成不利影響[1]。

原邊坡施工圖設(shè)計(jì)，按照《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》、《公路路基施工技術(shù)規(guī)范》[2-3]要求，安全系數(shù)范圍為1.20～1.30，進(jìn)行防護(hù)支擋設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方案為：最下一級(jí)設(shè)為路塹擋土墻，外邊坡坡率為1∶0.75，以上各級(jí)坡率為1∶1.25，每8 m高設(shè)一級(jí)2 m寬平臺(tái)，均采用預(yù)應(yīng)力框架錨索支擋，對(duì)施工開挖工藝、工序要求開挖一級(jí)，錨固一級(jí)，自上而下，逐級(jí)實(shí)施。由于施工作業(yè)不當(dāng)，未按逐級(jí)開挖、逐級(jí)防護(hù)的工序作業(yè)，全斷面開挖坡體，導(dǎo)致臨空面出現(xiàn)，在連續(xù)強(qiáng)降雨的作用下，椿樹底段8處深路塹邊坡發(fā)生了大面積滑塌。如圖2為滑坡位置分布圖。

圖2 滑坡位置分布圖

對(duì)8處滑坡增加地質(zhì)勘察工作，增加鉆孔數(shù)量和地質(zhì)斷面，設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)、巡查，根據(jù)監(jiān)測(cè)信息，進(jìn)一步確定滑動(dòng)面及滑動(dòng)因素，分析邊坡穩(wěn)定性。按照一次根治，不留后患，綜合治理，確保安全的處治原則進(jìn)行專項(xiàng)防擋設(shè)計(jì)，防、排水綜合設(shè)計(jì)和棄土場(chǎng)設(shè)計(jì)，安全系數(shù)由1.2提高為1.3。

3.2 邊坡穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

3.2.1 滑體特征

該路段坡體地層主要由黑云斜長片麻巖夾多層絹云母片巖組成。黑云斜長片麻巖為中-強(qiáng)風(fēng)化，強(qiáng)度相對(duì)較高；絹云母片巖，強(qiáng)度低，易風(fēng)化，為軟弱結(jié)構(gòu)面。巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，強(qiáng)風(fēng)化層較厚，一般為10～25 m，最厚大于50 m。巖層傾角較大，一般為23°～27°，巖層傾向與深路塹邊坡坡向一致，均為不利組合[4]。

3.2.2 滑坡穩(wěn)定性分析

a）首先，確定弱結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。采用兩種方法進(jìn)行確定：

（a）試驗(yàn)值 對(duì)邊坡穩(wěn)定性起控制作用的軟弱結(jié)構(gòu)面-絹云母片巖進(jìn)行組物理力學(xué)試驗(yàn)，得出抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、φ；

（b）反算值 根據(jù)坡體目前的穩(wěn)定狀態(tài)，確定相對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定系數(shù)，反算軟弱結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)c、φ值。結(jié)合試驗(yàn)值和反算值，綜合分析，確定各邊坡結(jié)構(gòu)面抗剪強(qiáng)度指標(biāo)。

b）其次，根據(jù)滑坡地質(zhì)平面圖和地質(zhì)剖面圖，主要考慮軟弱夾層厚度及下部滑體面積大小，在滑坡斷面內(nèi)選擇最不利斷面作為計(jì)算斷面。本文滑坡穩(wěn)定性分析采用傳遞系數(shù)法計(jì)算，考慮到滑坡影響區(qū)域內(nèi)有橋梁、村莊，安全系數(shù)采用1.3，對(duì)8處滑坡進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，8處滑坡體不滿足穩(wěn)定性要求，剩余下滑力較大，必須進(jìn)行治理。

3.3 滑坡治理方案設(shè)計(jì)

根據(jù)高速公路的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，滑坡治理主要有強(qiáng)支擋、消坡減載、生態(tài)固化等措施[5-6]。本文通過對(duì)邊坡穩(wěn)定性分析，擬定以下方案進(jìn)行綜合治理。

3.3.1 削坡減載

對(duì)滑塌體進(jìn)行削坡減載，沿滑塌線將滑塌體全部清除；由下至上，調(diào)整平臺(tái)寬度，并將坡率放緩。取消原設(shè)計(jì)的框架錨索防護(hù)，采用拱型骨架加植草對(duì)刷坡后坡面進(jìn)行封閉。削坡減載措施主要應(yīng)用于1號(hào)、3號(hào)、5號(hào)、6號(hào)、7號(hào)滑坡。

3.3.2 強(qiáng)支擋

強(qiáng)制支擋主要有微型抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨索、抗滑樁板墻。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察資料及滑坡穩(wěn)定性分析計(jì)算結(jié)果，針對(duì)8處不同的滑坡，采用不同的強(qiáng)支擋措施?？够瑯栋鍓χ饕糜?號(hào)滑坡，K23+355—K23+440（長75 m）段右側(cè)坡體不穩(wěn)定體，在該段右側(cè)路肩設(shè)抗滑樁板墻進(jìn)行支擋。

3.3.3 填土反壓

填土反壓措施主要應(yīng)用于5號(hào)滑坡。

5號(hào)滑坡K23+260—K23+375段邊坡進(jìn)行棄渣填筑反壓設(shè)計(jì)。取消椿樹底1號(hào)大橋，調(diào)整為路堤，利用刷坡后的棄渣填筑反壓。并將路基填筑反壓與左側(cè)棄渣場(chǎng)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。

a）將路基填筑反壓與棄渣場(chǎng)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。對(duì)棄渣上部（厚約15 m）進(jìn)行挖除，對(duì)棄渣下部采用重夯進(jìn)行壓實(shí)，棄渣場(chǎng)與路基之間采用棄渣回填至設(shè)計(jì)標(biāo)高，要求棄渣場(chǎng)棄渣壓實(shí)度不小于90%。如圖3。

圖3 棄渣場(chǎng)設(shè)計(jì)圖

b）路基填筑反壓與棄渣場(chǎng)防排水設(shè)計(jì)。路基邊坡坡率調(diào)整為1∶2.0，為防止?jié)B水，邊坡采用護(hù)坡防護(hù)，坡腳設(shè)隔水墻。在棄渣場(chǎng)表面設(shè)梯形排水溝，與涵洞相接。棄渣場(chǎng)表面采用50 cm厚黏土（或10%灰土）封閉，填1 m厚種植土，進(jìn)行植草綠化。如圖4。

圖4 棄渣場(chǎng)斷面設(shè)計(jì)圖

3.3.4 防護(hù)排水綜合設(shè)計(jì)

設(shè)置完善的排水系統(tǒng)，通過截水溝、平臺(tái)截水溝、邊溝、各類急流槽，將水通過排水渠排入牛道溝中。如圖5。

a）拱骨架和框架內(nèi)采用30 cm漿砌片石進(jìn)行封閉。

b）對(duì)平臺(tái)截水溝下部設(shè)置防滲土工布。

c）軟弱夾層路段采用現(xiàn)澆混凝土邊溝。

3.3.5 施工方法及順序

a）要求采用逆作法施工，開挖一級(jí)，防護(hù)一級(jí)，自上而下，逐級(jí)實(shí)施。

圖5 排水系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)圖

b）制定詳細(xì)的施工組織計(jì)劃，將邊坡刷坡處治與填土反壓、棄渣場(chǎng)治理等結(jié)合起來，統(tǒng)籌合理安排。

c）加強(qiáng)施工中觀察和變形檢測(cè)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)更加完善合理。

4 結(jié)論

本文以五臺(tái)至盂縣高速公路K21+000—K29+000段工程設(shè)計(jì)為例，從方案比選到工程實(shí)施，介紹了高速公路深路塹邊坡施工方案中出現(xiàn)的問題及采取的處治措施，總結(jié)如下：

a）山區(qū)高速公路路線布設(shè)應(yīng)結(jié)合地形、地質(zhì)條件，加強(qiáng)地質(zhì)選線和環(huán)保選線，對(duì)影響路線方案較大的不良地質(zhì)、環(huán)境敏感點(diǎn)路段，應(yīng)結(jié)合高架橋方案、隧道方案及路基方案，從安全、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)影響、線形指標(biāo)、工程地質(zhì)、環(huán)保等方面進(jìn)行多方案綜合比選，選出造價(jià)低，安全性好，后期維護(hù)費(fèi)用少的路線方案。

b）地質(zhì)條件差的路塹邊坡施工，必須嚴(yán)格按照公路路基施工技術(shù)規(guī)范和公路工程施工安全技術(shù)規(guī)程的要求施工，確保施工質(zhì)量和安全，同時(shí)要加強(qiáng)施工隊(duì)伍的業(yè)務(wù)素質(zhì)。

c）滑坡的處治主要有削坡減載、強(qiáng)支擋、生態(tài)固化等措施，同時(shí)要結(jié)合棄渣場(chǎng)進(jìn)行填土反壓設(shè)計(jì)，以及設(shè)計(jì)完善的排水系統(tǒng)。

d）滑坡處治施工復(fù)雜，施工前必須結(jié)合實(shí)際情況制定出完善詳細(xì)的施工組織計(jì)劃。在施工過程中，要求做到信息化施工，根據(jù)對(duì)設(shè)置的監(jiān)控點(diǎn)定期觀測(cè)、記錄變化情況，分析變化規(guī)律，及時(shí)反饋，指導(dǎo)施工。

e）滑坡處治過程中應(yīng)加強(qiáng)管理、設(shè)計(jì)、施工的聯(lián)系和溝通，及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)資料，進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)施工。