地質(zhì)調(diào)查在公路邊坡病害處治中的應(yīng)用

武永明

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，山西 太原 030032）

近年來(lái)，隨著山西省公路建設(shè)事業(yè)蓬勃發(fā)展，高速公路通車?yán)锍桃淹黄? 000 km，為促進(jìn)全省經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中隨著公路服務(wù)年限的增長(zhǎng)，出現(xiàn)各種不同程度的病害，如路面早期病害、水毀、邊坡病害，前兩項(xiàng)受材料使用壽命的影響，屬歷年正常養(yǎng)護(hù)處治范圍，對(duì)公路運(yùn)營(yíng)安全影響相對(duì)較小。但邊坡病害不同于前兩者，表現(xiàn)為滑塌、崩塌、掉塊落石等，對(duì)公路運(yùn)營(yíng)安全隱患極大，發(fā)生的原因有較多主觀、客觀因素，涉及前期勘察、設(shè)計(jì)、施工以及后期養(yǎng)護(hù)等各環(huán)節(jié)。在某高速公路邊坡病害處治設(shè)計(jì)過(guò)程中，涉及到多種地層結(jié)構(gòu)的邊坡病害，處治后效果良好，以下就地質(zhì)調(diào)查在邊坡病害處治設(shè)計(jì)方案中的重要性及實(shí)用性進(jìn)行探討。

1 概述

某高速公路于2011年12月通車運(yùn)營(yíng)，是山西省的一條東西向運(yùn)輸通道，向西連接著陜西的神府煤田，向東與山西省的河?xùn)|煤田連接，路面車流量大，且多為重型運(yùn)煤車輛。2019年5月，其K191+145—K191+175段路基上邊坡，受強(qiáng)降雨影響，邊坡出現(xiàn)滑塌，堵塞交通。

圖1 邊坡地質(zhì)斷面圖

邊坡屬巖質(zhì)邊坡，地層巖性為厚層砂巖與薄層泥巖，二者呈互層狀結(jié)構(gòu)。邊坡病害現(xiàn)狀為原邊坡上半部分滑塌，邊坡防護(hù)損毀，殘余坡體前緣產(chǎn)生臨空面，有繼續(xù)下滑的風(fēng)險(xiǎn)（見(jiàn)圖1邊坡地質(zhì)斷面）。

2 邊坡病害原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘調(diào)查，結(jié)合地形、巖土體力學(xué)特性、工程類型等方面綜合分析病害產(chǎn)生的具體原因及機(jī)理。

2.1 地形地貌

該段邊坡位于黃土覆蓋基巖山區(qū)，微地貌為黃土峁、緩坡、沖溝，邊坡頂部地形為緩坡?tīng)睿脖幻?，公路切坡后，改變了原有的地形條件，順傾巖層產(chǎn)生臨空面，匯水以垂直下滲為主，邊坡屬光照較弱的陰坡面，水份蒸發(fā)速度緩慢，長(zhǎng)期在邊坡巖土體中賦存。

2.2 地層巖性

邊坡地層主要為二疊系中統(tǒng)上石盒子組（P2s）厚層砂巖夾薄層泥巖，巖層傾角較大，產(chǎn)狀330°∠34°。巖層傾向與公路走向交角約70°，呈不利組合，且受公路切坡影響，坡體前緣形成臨空面。

砂巖、泥巖兩種巖性差異風(fēng)化明顯，砂巖為硬質(zhì)巖，中風(fēng)化，節(jié)理裂隙發(fā)育，滑體后緣處節(jié)理平均6條/m2，巖體較破碎。泥巖為軟質(zhì)巖，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，抗風(fēng)化能力弱，強(qiáng)-中風(fēng)化。

由于坡頂截水溝損壞嚴(yán)重，漿砌片石間砂漿脫落，在強(qiáng)降雨及持續(xù)性降雨情況下，雨水從片石間裂隙及邊坡卸荷裂隙下滲并沿砂巖節(jié)理裂隙通道向深部運(yùn)移，而砂質(zhì)泥巖為隔水層，遇水易泥化變軟，形成軟弱結(jié)構(gòu)面，內(nèi)摩擦角φ、黏聚力c值降低，工程力學(xué)條件變差，最終邊坡在巖體重力及自身傾角作用下產(chǎn)生滑動(dòng)。

2.3 邊坡原防護(hù)形式

邊坡原防護(hù)形式為噴錨防護(hù)，受其使用壽命的影響，噴錨防護(hù)層有開(kāi)裂現(xiàn)象，降雨情況下，坡面匯水沿噴錨層裂縫下滲。噴錨防護(hù)屬全封閉防護(hù)類型，邊坡巖土體中水分難以蒸發(fā)、消減，使巖體中泥巖長(zhǎng)期處于濕軟狀態(tài)。

3 邊坡處治設(shè)計(jì)方案

根據(jù)邊坡地形、地層巖性、病害原因分析，結(jié)合近年來(lái)類似工程的防護(hù)處治經(jīng)驗(yàn)，本著“安全第一、技術(shù)可靠、一次根治、不留后患”的原則，處治方案如下（見(jiàn)圖2邊坡處治設(shè)計(jì)斷面）。

圖2 邊坡處治設(shè)計(jì)斷面圖

a）將現(xiàn)殘留滑坡體進(jìn)行卸載。為保證施工安全，卸載時(shí)應(yīng)自上而下，卸載土體隨卸隨運(yùn)，嚴(yán)禁隨處堆載。

b）現(xiàn)路基邊坡地層巖性為砂巖、泥巖，兩者差異風(fēng)化現(xiàn)象明顯，為避免此種現(xiàn)象繼續(xù)發(fā)展惡化直至產(chǎn)生碎落、掉塊等危害公路運(yùn)營(yíng)安全的隱患，將卸載后坡面進(jìn)行護(hù)坡鋪砌防護(hù)。

c）現(xiàn)邊坡坡腳處為巖體臨空面，雖高度較低，但由于巖體結(jié)構(gòu)為砂巖、泥巖互層狀結(jié)構(gòu)，砂巖節(jié)理裂隙發(fā)育，坡面匯水沿此裂隙下滲，泥巖為隔水層，遇水后易泥化變軟，受震動(dòng)、降水工況下坡體仍有下滑的風(fēng)險(xiǎn)，故將現(xiàn)坡腳基巖臨空面采用耐久性、抗剪強(qiáng)度更高的鋼筋混凝土擋墻（圖3、圖4）進(jìn)行支擋防護(hù)。

圖3 鋼筋混凝土擋墻設(shè)計(jì)圖

圖4 邊坡鋼筋混凝土擋墻防護(hù)

本邊坡形態(tài)較為簡(jiǎn)單，邊坡的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)分析根據(jù)邊（滑）坡性質(zhì)、規(guī)模、邊（滑）坡變形情況等，采用極限平衡法進(jìn)行定量分析，滑坡穩(wěn)定系數(shù)Fs計(jì)算公式（公式引自《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》[1）]：

式中：T′為抗滑力；T為下滑力；W為滑體重量；α為滑面傾角；c為黏聚力；φ為內(nèi)摩擦角；L為滑面長(zhǎng)度。

本邊坡滑面結(jié)構(gòu)面類型為軟-硬性結(jié)構(gòu)面，結(jié)合程度為結(jié)合差，內(nèi)摩擦角φ取值27°～18°，黏聚力c取值為0.09～0.05 MPa，根據(jù)以往同類型工程經(jīng)驗(yàn)，巖石抗剪強(qiáng)度指標(biāo)內(nèi)摩擦角φ取24°，黏聚力c取0.06 MPa，滑坡穩(wěn)定系數(shù)Fs計(jì)算結(jié)果為0.95，屬不穩(wěn)定狀態(tài)。

4 邊坡、支擋穩(wěn)定性驗(yàn)算

根據(jù)邊坡目前的穩(wěn)定狀態(tài)，需對(duì)現(xiàn)邊坡的擋土墻穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，其內(nèi)容包括抗傾覆穩(wěn)定性和抗滑移穩(wěn)定性，計(jì)算采用理正巖土分析軟件進(jìn)行，計(jì)算參數(shù)根據(jù)相同類型工程經(jīng)驗(yàn)選擇，計(jì)算結(jié)果如下：

a）滑動(dòng)穩(wěn)定性驗(yàn)算。

基底摩擦系數(shù)=0.500；滑移力=12.810 kN；抗滑力=45.219 kN；滑移驗(yàn)算滿足Kc=3.530＞1.300。

b）傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算。

相對(duì)于墻趾點(diǎn)，墻身重力的力臂Zw=1.527 m；相對(duì)于墻趾點(diǎn)，Ey的力臂 Zx=1.750 m；相對(duì)于墻趾點(diǎn)，Ex的力臂 Zy=1.500 m。

驗(yàn)算擋土墻繞墻趾的傾覆穩(wěn)定性：

傾覆力矩=19.215 kN·m；抗傾覆力矩=138.239 kN·m；傾覆驗(yàn)算滿足K0=7.194 ＞1.500。

經(jīng)計(jì)算，擋土墻抗傾覆穩(wěn)定性和抗滑移穩(wěn)定性滿足要求，并考慮其耐久性及施工便利性，設(shè)計(jì)為加筋混凝土擋土墻。

5 結(jié)語(yǔ)

山西省地貌單元多為基巖中低山區(qū)、黃土覆蓋基巖中低山區(qū)，隨著公路設(shè)計(jì)、施工技術(shù)的不斷發(fā)展，山區(qū)公路建設(shè)成為常態(tài)，橋梁、隧道、高邊坡比例越來(lái)越高。公路前期地質(zhì)勘察受諸多因素制約，地質(zhì)資料不盡完善，導(dǎo)致在公路通車運(yùn)營(yíng)后出現(xiàn)各種病害，邊坡病害處治設(shè)計(jì)成為養(yǎng)護(hù)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)、難點(diǎn)。

通過(guò)地質(zhì)調(diào)查，可查明邊坡路段的地貌類型、巖土組成、地層結(jié)構(gòu)、地下水分布、覆蓋層與基巖面的接觸形態(tài)、巖石節(jié)理裂隙發(fā)育程度、軟弱夾層分布情況、巖層產(chǎn)狀等[2]，使邊坡病害養(yǎng)護(hù)處治設(shè)計(jì)做到有的放矢，最終可能是一處邊坡一種處治設(shè)計(jì)方案，保證能因地制宜地選擇實(shí)用、合理、經(jīng)濟(jì)的處治方案，確保公路運(yùn)營(yíng)行車安全，同時(shí)達(dá)到與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)、美化公路的效果。