高邊坡失穩(wěn)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)分析及治理

黃春圓

(漳州通平漳武高速公路有限公司，漳州 363600)

1 引言

由于高邊坡地質(zhì)條件的隱蔽性、 復(fù)雜性以及勘探條件的局限性，導(dǎo)致無法進(jìn)行地質(zhì)詳勘，無法獲得詳盡的高邊坡地質(zhì)資料[1-3]，加上施工過程中多種不確定因素的影響，有可能導(dǎo)致邊坡開挖后發(fā)生失穩(wěn)。本文以沈海復(fù)線高速公路漳州段A9 標(biāo)K65+130～K65+310 右側(cè)路塹失穩(wěn)高邊坡為工程實(shí)例， 對高速公路失穩(wěn)高邊坡動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)及治理過程進(jìn)行了探討；再根據(jù)施工實(shí)施進(jìn)程，結(jié)合施工現(xiàn)場揭露坡體地層實(shí)際情況及其它相關(guān)環(huán)境背景條件變化，以及各階段坡體變形情況和發(fā)展趨勢等信息， 對高邊坡設(shè)計(jì)進(jìn)行必要的動(dòng)態(tài)調(diào)整、 補(bǔ)充和完善， 以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)合理、安全可靠的目標(biāo)，保障了高速公路施工工期與高邊坡的安全穩(wěn)定性。

2 工程概況

本文以沈海復(fù)線高速公路漳州段A9 標(biāo)K65+130～K65+310 右側(cè)路塹失穩(wěn)高邊坡為工程實(shí)例， 該處原設(shè)計(jì)為三級路塹邊坡，設(shè)計(jì)最大坡高約25m。根據(jù)邊坡土石方開挖發(fā)現(xiàn)邊坡工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件較差， 主要表現(xiàn)為覆蓋層坡積粘土及殘坡積粘土層較厚，土質(zhì)含水較大，強(qiáng)度較低，局部坡面滲水嚴(yán)重。對邊坡坡頂四周巡查時(shí)發(fā)現(xiàn)坡體已形成兩條的貫通性較大裂縫，長度分別約170m和130m。

勘察期間，受臺(tái)風(fēng)暴雨的影響，加劇了坡體和裂縫的變形程度。 根據(jù)現(xiàn)場鉆探揭示的覆蓋層土質(zhì)情況及地勘報(bào)告推測的滑動(dòng)面，結(jié)合現(xiàn)場測量裂縫平面分布的情況，本工點(diǎn)滑體縱長(滑動(dòng)軸向)約100m，橫寬(范圍)約165m，滑動(dòng)面平均厚度約14m，總體積約23 萬m3。 滑坡主滑方向約109°，與線路走向呈60°～70°相交。

圖1 防護(hù)施作過程塌方

鑒于施工期正處持續(xù)雨季， 采用緊急措施對邊坡進(jìn)行臨時(shí)處理，以減少邊坡出現(xiàn)更大危害。由于缺乏現(xiàn)場深孔位移監(jiān)測數(shù)據(jù)， 對滑坡的發(fā)展過程只能從現(xiàn)有的地面裂縫發(fā)展過程進(jìn)行跟蹤分析， 此種情況對滑坡治理工作和掌握其發(fā)展態(tài)勢非常不利。為保證工程如期完工，保障治理工程施工安全， 對本段邊坡采用動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行治理。

3 高邊坡動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法

失穩(wěn)高邊坡動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法包含四個(gè)階段： 動(dòng)態(tài)分析失穩(wěn)高邊坡，根據(jù)分析評判結(jié)果提出治理方案，治理方案可靠性分析及實(shí)施，動(dòng)態(tài)循環(huán)完成優(yōu)化設(shè)計(jì)。動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的流程框圖如圖2 所示。

圖2 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的流程框圖

3.1 動(dòng)態(tài)分析失穩(wěn)高邊坡

根據(jù)沈海復(fù)線高速公路漳州段A9 標(biāo)K65+130～K65+310 右側(cè)路塹失穩(wěn)高邊坡現(xiàn)場調(diào)查、地質(zhì)勘察、地表變形監(jiān)測等技術(shù)手段聯(lián)合分析該邊坡病害性質(zhì)， 力求準(zhǔn)確把握該邊坡工程地質(zhì)條件、 發(fā)展的影響因素以及發(fā)展趨勢。

(1)該邊坡體主要為坡積含碎石粉質(zhì)粘土坡及殘破積粘土， 厚度大， 部分夾有大量的碎石， 局部粒徑達(dá)到150cm，其上部結(jié)構(gòu)較為松散，粘聚力較差。 此外，該土體顆粒大小混雜， 透水性較好； 邊坡中上部主要分布?xì)埛e層、 全風(fēng)化凝灰質(zhì)砂巖， 坡體中上部的整體結(jié)構(gòu)較為松散，抗剪強(qiáng)度低。

(2)組成斜坡的地形較陡，同時(shí)滑坡區(qū)后緣坡體延伸長，匯水面積較大，暴雨時(shí)期，易匯集大量的地表水滲入該邊坡體， 對邊坡的整體性和抗剪強(qiáng)度造成了較大的影響。

(3)路塹邊坡的開挖，使坡腳地帶形成了高、陡的臨空面，破壞坡腳力學(xué)支撐，嚴(yán)重?cái)_動(dòng)了坡體應(yīng)力平衡條件，破壞了邊坡土體的原有平衡狀態(tài)， 降低了坡體的抗滑能力，為邊坡變形提供了足夠的空間；同時(shí)未及時(shí)采取相應(yīng)的防護(hù)措施，從而由前部向后牽引形成滑動(dòng)，導(dǎo)致坡頂開裂、邊坡失穩(wěn)。

根據(jù)該邊坡滑坡的變形破壞現(xiàn)狀， 結(jié)合邊坡滑坡的發(fā)育特點(diǎn)與規(guī)律， 分析認(rèn)為該邊坡滑坡主體處于發(fā)展變形階段，鑒于正處于臺(tái)風(fēng)多發(fā)季節(jié)，受臺(tái)風(fēng)多伴有的強(qiáng)降雨的不利影響，地表水下滲將引起坡體巖土體軟化、強(qiáng)度降低，可能誘發(fā)坡體病害加劇，甚至引起更大范圍和更深層次的整體式滑動(dòng)破壞。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查的滑坡空間分布特征， 施工單位提供的滑坡裂縫測繪成果， 滑坡補(bǔ)充勘察揭示的坡體結(jié)構(gòu)和風(fēng)化分帶，綜合分析認(rèn)為：該滑坡最早形成的第一條滑動(dòng)面首先是從滑坡頂部排水溝處貫通至殘積粘性土與全風(fēng)化凝灰質(zhì)砂巖土巖界面處，并在坡面上形成剪出口，后受該滑坡下滑逐漸解體， 導(dǎo)致上部坡積粘土及殘破積粘土失去支撐， 在連續(xù)強(qiáng)降雨作用下誘發(fā)上部山體沿土巖分界層軟弱部位產(chǎn)生變形， 隨著變形加大， 滑動(dòng)面逐漸貫通，出現(xiàn)了第二圈裂縫；根據(jù)上述坡體分析最終確定該滑坡體滑帶分布的空間位置，并依據(jù)現(xiàn)狀滑坡地形、巖土條件、當(dāng)前穩(wěn)定狀態(tài)和補(bǔ)充勘察提供的滑動(dòng)面范圍，采用巖土理正邊坡計(jì)算軟件進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性分析和參數(shù)反演計(jì)算[4-5]，反算共選擇了K65+250 及K65+170 附近斷面兩個(gè)斷面進(jìn)行，計(jì)算分析結(jié)果如圖3 所示。

圖3 滑坡穩(wěn)定性分析及參數(shù)反演計(jì)算圖

經(jīng)滑坡穩(wěn)定性計(jì)算分析，當(dāng)前滑坡體K65+250 附近斷面B-B 剖面主滑動(dòng)面穩(wěn)定系數(shù)Fs=0.991，現(xiàn)場目前錯(cuò)臺(tái)最大高度達(dá)到0.5m；K65+190 附近斷面A-A 剖面主滑動(dòng)面穩(wěn)定系數(shù)Fs=0.990， 目前錯(cuò)臺(tái)最大高度達(dá)到1m；滑坡當(dāng)前處于緩慢下滑變形狀態(tài)， 計(jì)算反演的有關(guān)巖土體物理力學(xué)參數(shù)如表1 所示。

表1 巖土體物理力學(xué)參數(shù)

3.2 根據(jù)分析評判結(jié)果提出治理方案

鑒于當(dāng)前滑坡范圍較大，滑坡后山體斜坡延伸較遠(yuǎn)，鉆探顯示風(fēng)化層厚度較厚，地下水滲流較為嚴(yán)重，且目前坡體中依然沿著形成的滑裂面每天有大量地下水流出，致使局部坡面出現(xiàn)溜塌， 為避免山后滑坡產(chǎn)生更大的牽引下滑， 結(jié)合該滑坡當(dāng)前坡體刷方地形及既有工程實(shí)施條件，綜合邊坡特性，有針對性地采取了以下工程治理方案及措施。

(1)刷方減載

根據(jù)現(xiàn)有的開挖坡面已經(jīng)形成滑塌， 單級坡面自穩(wěn)性較差，對坡面放緩邊坡坡率，同時(shí)加大平臺(tái)設(shè)計(jì)寬度。變更后第一邊坡坡率采用1∶1.25，平臺(tái)寬度為3m；第二級邊坡坡率采用1∶1.5，平臺(tái)寬度為5 m；第三級邊坡坡率采用1∶1.5，平臺(tái)寬度為4 m；第四級邊坡坡率采用1∶1.5，平臺(tái)寬度為4 m；第五級邊坡坡率采用1∶1.5，平臺(tái)寬度為6 m；第六級邊坡坡率為1∶1.5。

(2)預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁加固

根據(jù)坡體及邊坡高度采用預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁，在K65+160～K65+281 段落第二級邊坡平臺(tái)處布設(shè)1#～23#預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁，共23 根，樁截面2m×2.5m，樁長為28m，入土深度26m，樁頂設(shè)置2 孔拉壓復(fù)合型預(yù)應(yīng)力錨索，單根設(shè)計(jì)拉力為1000kN，鎖定荷載50%，鉆孔直徑為165mm， 向下傾向?yàn)樗浇唤欠謩e為26°， 外插角為1°22′，采用8 束鋼絞線制作安裝。 同時(shí)距樁頭1.75m 處預(yù)埋一孔以備作為后期的補(bǔ)強(qiáng)張拉之用。

(3)預(yù)應(yīng)力錨索框架+坡腳設(shè)置半擋墻加固

邊坡第3 級根據(jù)坡面開挖土至條件， 在里程方向布設(shè)3 片預(yù)應(yīng)力錨索框架，框架單片寬8m，設(shè)4 孔錨索分2 排布置，錨索長36m，錨固段均長8m，每孔錨索設(shè)計(jì)拉力500kN。 邊坡第4 級布設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索框架，框架單片寬8m，設(shè)6 孔錨索分3 排布置，錨索上排長40m，中排40m，下排40m，錨固段長暫以14m 計(jì)算工程量，因錨固地層較差，具體錨固長度通過基礎(chǔ)試驗(yàn)成果分析確定，每孔錨索設(shè)計(jì)拉力500kN。 邊坡第5 級布設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索框架，框架單片寬8m，設(shè)6 孔錨索分3 排布置，錨索上排長42m，中排42m，下排42m，錨固段長暫以14m 計(jì)算工程量，因錨固地層較差，具體錨固長度通過基礎(chǔ)試驗(yàn)成果分析確定，每孔錨索設(shè)計(jì)拉力500kN。 第4 級及第5 級錨索錨固地層較差，設(shè)計(jì)采用高壓注漿工藝對錨固段進(jìn)行加固，即劈裂注漿工藝。

邊坡第1 級坡腳設(shè)置抗滑半擋墻， 墻頂寬度為2m，高度為4m，基礎(chǔ)深度1.5m，擋墻后部設(shè)置無砂大孔砼反濾層，同時(shí)墻身設(shè)置泄水孔，孔徑為7.5cm；第一級邊坡上部部分采用窗口式骨架護(hù)面形式護(hù)面， 窗內(nèi)采用液壓客土噴播植草。

(4)坡體排水及坡面排水相結(jié)合

為加強(qiáng)滑坡體地下水引排， 在邊坡第1、2、3、4 級距坡腳1m 處各布設(shè)一排仰斜排水孔，排水孔長20m、22m、25m、25m，仰角8°。其中第2、3 級仰斜排水孔進(jìn)入抗滑樁樁后土部分，以疏排樁前地下水，主要布設(shè)在兩樁之間；邊坡第1 級布設(shè)的仰斜排水孔設(shè)計(jì)間距為5m；第4 級布設(shè)的仰斜排水孔設(shè)計(jì)間距為8m。

(5)施工監(jiān)測措施

在邊坡K65+170、K65+220、K65+260 各斷面附近布設(shè)深部位移監(jiān)測斷面3 條，累計(jì)布設(shè)監(jiān)測孔15 個(gè)，監(jiān)測深度預(yù)估為480m。 監(jiān)測孔須及時(shí)施作，以開展深部位移動(dòng)態(tài)監(jiān)測，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)指導(dǎo)現(xiàn)場施工，開展動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)；監(jiān)測周期為治理期1 年，工后2 年。深部位移監(jiān)測過程中要求對地下水位同時(shí)進(jìn)行檢測， 以進(jìn)一步了解地下水位變化，及時(shí)了解滑坡動(dòng)態(tài)。由于施工過程中監(jiān)測孔經(jīng)常被破壞，施工過程中必須采取措施保護(hù)監(jiān)測孔。深部位移監(jiān)測常用活動(dòng)式鉆孔測斜儀。 測斜儀鉆孔應(yīng)穿越邊坡已有或潛在的危險(xiǎn)滑動(dòng)面， 測斜管的基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)在孔底的不動(dòng)點(diǎn)上， 測斜管的一對導(dǎo)向槽方向應(yīng)與預(yù)計(jì)的最大位移方向一致。 監(jiān)測頻率在邊坡各級按設(shè)計(jì)錨索總孔數(shù)的10%隨機(jī)抽樣，累計(jì)布設(shè)錨索測力計(jì)16 個(gè)，進(jìn)行錨下預(yù)應(yīng)力長期監(jiān)測工作，監(jiān)測周期為工后2 年。

(6)依據(jù)地勘報(bào)告中顯示場地為高、陡邊坡，穩(wěn)定性差， 根據(jù)福建省地方標(biāo)準(zhǔn) 《巖土工程勘察規(guī)范》(DBJ13-84-2006)，場地為抗震危險(xiǎn)地段，設(shè)計(jì)中按照7 級抗震進(jìn)行安全穩(wěn)定分析，整體系數(shù)滿足規(guī)范要求。

3.3 治理方案可靠性分析

為校核本工程治理方案的可靠性， 對邊坡刷方卸載和防護(hù)加固實(shí)施后滑坡穩(wěn)定性進(jìn)行分析論證如下： 滑坡完成抗滑樁+全部錨固+抗滑半擋墻支擋等加固治理措施后，分別對滑坡體主滑動(dòng)面K65+170 斷面和K65+260 斷面在設(shè)計(jì)正常施工完成后進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算， 滑坡體主滑動(dòng)面正常工況條件下整體穩(wěn)定系數(shù)分別為Fs=1.309、Fs=1.297，如圖4 和圖5 所示，驗(yàn)算結(jié)果反映出滑坡體治理方案可行。

圖4 K65+170 斷面滑坡正常工況檢算分析圖

圖5 K65+260 斷面滑坡正常工況檢算分析圖

3.4 實(shí)施治理方案判斷動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的合理性和可行性

在邊坡工程的設(shè)計(jì)-開挖-施工的動(dòng)態(tài)循環(huán)過程中，不斷補(bǔ)充最新動(dòng)態(tài)信息是動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)施工中的重要環(huán)節(jié)，尤其是現(xiàn)場監(jiān)測信息更是不可缺少。 前面的設(shè)計(jì)為后續(xù)的施工做準(zhǔn)備，而在施工的同時(shí)又會(huì)發(fā)現(xiàn)新的信息，及時(shí)傳給設(shè)計(jì)，不斷修改、完善設(shè)計(jì)計(jì)算模型，為下一級的設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)，如此往復(fù)螺旋式循環(huán)，直至最終失穩(wěn)高邊坡防護(hù)工程完成。

在施工過程中，進(jìn)行了邊坡深度位移監(jiān)測，圖6 給出了位于3 級邊坡頂部平臺(tái)的測斜孔不同日期的深部位移曲線，5 月7 日和5 月21 日監(jiān)測孔深度位移曲線有很明顯改善，預(yù)應(yīng)力錨索施工完畢后，邊坡深度位移監(jiān)測資料說明預(yù)應(yīng)力錨索對加固失穩(wěn)邊坡起到了明顯的效果。 通過監(jiān)測結(jié)果可以看出邊坡滑動(dòng)面處于16m 左右的位置處，其預(yù)應(yīng)力錨索長度明顯滿足邊坡治理需求。

施工結(jié)束后，所建立的監(jiān)測網(wǎng)繼續(xù)工作，利用監(jiān)測信息監(jiān)控加固邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)，判斷設(shè)計(jì)的合理性。 如圖7所示，邊坡治理工程施工結(jié)束后經(jīng)過6 個(gè)多月的監(jiān)測，結(jié)果顯示5 月、6 月施工階段邊坡位移較大，7 月份和8 月份受降雨影響邊坡處于自重沉降趨于穩(wěn)定，8 月份之后邊坡基本無變化處于穩(wěn)定狀態(tài)， 監(jiān)測結(jié)果表明邊坡運(yùn)行情況良好。

圖6 孔深度位移曲線圖

圖7 邊坡位移曲線圖

4 結(jié)束語

高邊坡的動(dòng)態(tài)工程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)采用工程措施保持或恢復(fù)高邊坡自身平衡穩(wěn)定的過程。 將動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)作為理念與實(shí)踐的結(jié)合點(diǎn)，應(yīng)貫穿于高邊坡施工中，彌補(bǔ)勘察設(shè)計(jì)缺陷，避免工程質(zhì)量、安全、環(huán)保等隱患，在施工完成后，對勘察、設(shè)計(jì)、施工及監(jiān)測獲得的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)歸納，則可為相似工程提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)，提高施工前的認(rèn)識(shí)水平。 參建各方在施工中應(yīng)經(jīng)常溝通協(xié)調(diào)， 整合智慧，追求最佳設(shè)計(jì)效果。 該邊坡經(jīng)過動(dòng)態(tài)治理后，經(jīng)過幾年的運(yùn)營觀察，滑坡體始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，未出現(xiàn)變形跡象，說明治理方案合理有效。