常吉高速公路五強溪庫岸邊坡穩定分析及處理

李頌軍 蘆 冰

（湖北水總水利水電建設股份有限公司 武漢市 430034）

1 工程概況

常德至吉首（常吉）高速公路是國家西部大開發戰略重點建設項目，該高速公路樁號K169+200～K171+900段約2.7 km范圍內位于五強溪庫區沅水河岸半山腰上，路基為半挖半填，地質條件較差，巖石產狀較陡，巖石傾向與地形坡向基本一致，均傾向河床，為順坡向地段，巖層節理裂隙發育，部分地段存在邊坡失穩可能，對其進行穩定性評價，并有針對的進行邊坡處理十分重要。

2 邊坡穩定性評價

2.1 巖土體物理力學指標

根據地質勘察資料，邊坡穩定性計算采用的巖土體物理力學指標見表1。

表1 邊坡穩定性計算巖土物理力學指標取值表

2.2 計算工況

該邊坡安全等級為I級，根據《公路路基設計規范》（JTJD 30-2004）穩定計算的工況考慮正常工況和非正常工況Ⅰ，其安全系數分別取1.2和1.1。

2.3 荷載條件

自重：包括現有邊坡，公路路堤填方，在基本工況下，巖土體取天然容重，特殊工況下取飽和容重；

外荷：現有建筑物；

地下水位：根據水文地質確定；

水庫水位：正常工況取正常蓄水位108.0 m靜水位，非正常工況Ⅰ取五強溪電站規劃擴機蓄水位114.0 m靜水位。

2.4 穩定計算

根據巖土體物理力學指標、計算工況和荷載條件，采用不平衡推力傳遞法進行邊坡抗滑穩定安全系數。

根據邊坡地形地質情況，樁號k169+735～k169+970反向坡段處于穩定狀態，其余坡段分6段選取9個不同的典型剖面進行計算。本文以樁號k169+200～k169+460段為例計算邊坡穩定安全系數，該段為順向坡段，地形較陡，山頂高程約200 m左右，在150 m高程以上地形坡度變得平緩，巖石產狀與邊坡走向基本一致，公路開挖后路基填筑厚度較大，坡度較陡，約在35°～40°，下方有少量覆蓋層覆蓋。該段邊坡巖性以泥質粉砂巖、粉砂質泥巖為主，巖性較軟弱，中間夾有（2～5）m的砂巖，巖性軟硬相間。考慮邊坡沿軟弱夾層的整體滑動問題，選取可能存在的滑動面以上巖土體進行整體穩定性計算，典型剖面1-1樁號為k169+258，詳見計算簡圖（附圖）。

附圖 計算簡圖

采用相同方法對各個剖面分別進行計算。

2.5 邊坡穩定性分析結論

邊坡整體穩定安全系數計算結果表明：正常工況下，各計算剖面穩定安全系數均略大于1.0；非正常工況Ⅰ下，除5-5剖面穩定安全系數略大于1.0外，其它各計算剖面穩定安全系數均小于1.0，邊坡處于極限平衡或處于蠕變變形階段，在外界條件改變時，可能存在邊坡失穩而產生滑坡，需采取工程整治措施進行加固，確保安全。

3 邊坡處理

3.1 計算方法及計算結果

計算方法采用《公路路基設計規范》和《水庫滑坡與防治技術》推薦的傳遞系數法。

基本假定：

●在順滑動主軸方向的地質縱斷面圖上，按滑面的產狀和巖土性質劃分為若干鉛直條塊，由后向前計算各條塊分界面上的剩余下滑力即該部位的滑坡推力。

●每段滑體的下滑力方向與其所在的條塊的滑面平行。

●橫向按每米寬計算，略去兩側摩擦阻力不計。

●視滑體為連續而無壓縮的介質，由后向前傳遞下滑力做整體滑動，不記滑體內部的局部應力作用。

●作用在任一分界面上的推力分布圖形，當滑體上層和下層的滑動速度大體一致時，可假定為矩形；對軟塑體或流塑體滑坡，底部滑速往往大于其表層，其推力分布圖形為三角形；介于上述兩種情形之間為梯形。

滑體上的作用力分為基本力系和特殊力系兩類，特殊作用力在可能出現的情況下才列入計算。

（1）基本力系：滑體自重Wi、自上一條塊傳遞來的剩余下滑力Ei-1、下一條塊產生的支撐力Ei、滑床反力Ni、滑面的抗滑力Ti。

（2）特殊作用力：

① 作用在條塊上的外部荷載P

② 動水壓力Di（滑體飽水或其下部飽水且與滑帶水相連通時考慮）

③ 滑床上產生的浮托力：Ui

④ 裂隙充水的靜水壓力：pwi、pw(i-1)

⑤ 滑頭水系有壓頭H0的承壓時的浮托力S’i

⑥ 地震力：Ehsis

基本力系作用下的剩余下滑力計算

當 Ti＜0 時，應取 Ti=0。

式中Ti，Ti-1——第I和第I-1滑塊剩余下滑力（kN/m）；

Fs——穩定系數；

Wi——第I滑塊的自重力（kN/m）；

αi，αi-1——第I和第I-1滑塊對應滑面的傾角（°）；

Φi——第I滑塊滑面內摩擦角（°）；

Ci——第I滑塊滑面巖土粘聚力（kN/m）；

Li——第I滑塊滑面長度（m）；

ψi——傳遞系數。

邊坡各剖面的正常工況下單寬剩余下滑力計算結果如下表2。

表2 單寬剩余下滑力計算結果表

3.2 邊坡處理方案

根據安全、合理、經濟的設計原則及計算的單寬下滑力，邊坡處理方案如下：公路以上邊坡以2 000 kN級預應力錨索加固為主，公路以下覆蓋層較厚邊坡以抗滑樁加固為主。各段的具體整治方案如下：

（1） 樁號 k169+220～k169+460 段，公路上邊坡設置2 000 kN級錨索1排，水平間距為6 m，公路下邊坡設置2 m×3 m抗滑樁和2 000 kN級樁錨各1排，水平間距6 m。

（2） 樁號 k169+460～k169+735 段，設置 2000kN級錨索 2～6排， 水平間距 （4～6）m； 2 m×3 m 抗滑樁2～3排，水平間距6 m。公路上邊坡局部范圍內的滑塌體需進行清除減載，并在坡腳設擋土墻支擋。公路下邊坡的河岸坡腳進行回填反壓。后緣拉裂縫采用粘土回填處理。開挖坡面設置15 m深排水孔，間距5 m。公路上部開挖坡面采用草皮護坡，回填反壓區水下部分塞克格賓護腳，水上部分雷諾護墊護坡。

（3） 樁號 k169+970～k170+400 段，設置 2000kN級錨索0～2排，水平間距6 m；2 m×3 m抗滑樁0～1排，水平間距6 m。對4-4剖面附近，公路外側棄碴場進行削坡減載，河岸坡腳回填反壓。后緣拉裂縫采用粘土回填處理。開挖坡面設置15 m深排水孔，間距5 m?；靥罘磯簠^水下部分塞克格賓護腳，水上部分雷諾護墊護坡。

（4） 樁號 k170+400～k170+700 段，設置 2 000 kN級錨索3～4排，水平間距6 m；2 m×3 m抗滑樁0～1排，水平間距6 m。公路上邊坡的二次滑坡體及其后部覆蓋的土石松散體削坡減載，并在坡腳設擋土墻支擋，河岸坡腳回填反壓。后緣拉裂縫采用粘土回填處理。開挖坡面設置15 m深排水孔，間距5 m。公路上部開挖坡面采用草皮護坡，回填反壓區水下部分塞克格賓護腳，水上部分雷諾護墊護坡。

（5） 樁號 k170+700～k171+100段，在公路下邊坡設置2 m×3 m抗滑樁和2 000 kN級樁錨各1排，水平間距6 m。

（6） 樁號 k171+300～k171+900段，在公路下邊坡設置2 m×3 m抗滑樁1排，水平間距6 m。河岸坡腳回填反壓，回填反壓區水下部分塞克格賓護腳，水上部分雷諾護墊護坡。

3.3 施工注意事項

3.3.1 預應力錨索工程施工

（1）分散承壓型預應力錨索不同于常規的集中受拉型錨索，是一種更適應較差地質條件的新型錨索。錨索施工單位必須具備分散承壓型預應力錨索的施工經驗和業績。

（2）錨索孔開孔偏差控制在10 cm以內?？仔闭`差不大于孔深的2%。在鉆進過程中，隨時記錄鉆進速度、回風、返碴等情況。錨孔鉆進過程中，若出現不回風、不返碴、塌孔、卡鉆等現象或因地質條件復雜節理裂隙發育，滲水量較大及巖石破碎等情況，按設計要求進行孔道固結灌漿處理。

（3）鋼絞線為外帶PE層的無粘結鋼絞線。下料長度按照錨索設計長度截取，將無粘結鋼絞線錨頭嵌固端擠壓套安裝處去皮洗油。鋼絞線及其他索體附件按施工圖紙要求編排并綁扎成束，鋼絞線與錨頭嵌固端擠壓套采用GYJA型專用擠壓機擠壓連結。鋼絞線采用無鋅鐵絲編簾，并按內錨段承載體的分組要求，對鋼絞線采用不同顏色的膠帶纏繞粘貼在張拉段絞線端頭進行分組編號區分。錨索體采用無鋅鐵絲捆扎。錨索體入孔前，用高壓風將孔道再次沖洗，錨索外露長度必須滿足張拉施工操作。索體就位后，及時將錨索外露部分包裹，以防污損。

（4）錨索灌漿采用純水泥漿一次性全孔灌注。砂漿標號不低于M20。錨索封孔灌漿采取有壓自下而上進行。

（5）錨索孔漿體的水泥結石達到設計強度后，進行錨索張拉。壓力分散防腐型錨索由于其內錨頭的各組鋼絞線長度不一，采用單根預緊、單根張拉方式，先張拉錨具中心部位鋼絞線，后張拉錨具周邊鋼絞線，按照間隔對稱分序進行。一個張拉循環完畢，進行下一個張拉循環，直至達到設計張拉力。

張拉前，須對千斤頂、高壓油泵及壓力表測力計進行配套標定并繪制其標定曲線，以作為錨索正式張拉的控制依據。標定不合格的張拉設備和儀器不得使用，標定間隔期不超過6個月。張拉設備和儀器遭強烈碰撞，必須重新標定后才準使用。

張拉作業采用應力應變雙控分級張拉程序。張拉過程要緩慢、連續、勻速加荷，達到設計荷載的1.05～1.1 倍后，穩壓（10～20）min 后鎖定。 鎖定后的48 h內，若錨索應力下降到設計值以下時進行補償張拉。張拉應力分級程序為：預緊→25%σ→50%σ→75%σ→100%σ→105%σ。

（6）錨具外的鋼絞束除留存15 cm外，切除其余部分。外錨頭按設計要求用混凝土保護，外錨頭（含外露鋼絞線）保護層的厚度不小于10 cm。

3.3.2 抗滑樁工程施工

（1）抗滑樁要嚴格按設計圖及其技術要求和相關規程、規范施工。應將開挖過程視為對滑坡進行再勘察過程對待，及時進行地質編錄，以利于反饋設計。

（2）樁孔以人工開挖為主，開挖前應平整井口，并做好施工區的地表截、排水及防滲工作?？够瑯兜拈_挖由兩側向中間的順序施工，采用間隔方式開挖，孔口作鎖口處理。若使用放炮的開挖方式，要求現場進行爆破試驗，并根據實驗結果嚴格控制裝藥量。

（3）樁孔開挖過程中應及時排除孔內積水，尤其靠近河邊的樁孔，需做好防滲措施，嚴防發生透水事故。

（4）松散層內樁孔開挖過程中應及時進行鋼筋混凝土護壁，每開挖1 m，及時澆筑一節護壁。

4 結論

常吉高速公路五強溪庫岸邊坡按上述方案進行處理后，邊坡保持著穩定狀態，目前運行情況良好。說明以預應力錨索和抗滑樁為主的綜合處理邊坡的方法加固效果較好，對類似邊坡的加固處理具有一定的借鑒作用。

1 GB 50021-2001.巖土工程勘察規范[S].

2 JTJD 30-2004.公路路基設計規范[S].

3 王連新.水庫滑坡與防治技術[M].武漢：長江出版社，2005.

4 SL 386-2007.水利水電工程邊坡設計規范[S].

5 CECS 22-200.巖土錨桿（索）技術規程[S].北京：中國計劃出版社，2005.