京承高速公路三期清水河2#橋L0橋臺滑坡處理措施

馬 杰

（北京市市政工程設計研究總院，北京100082）

1 工程概況

京承高速公路北京段是《國家高速公路網規劃》中大廣線G45（大慶－廣州）的重要組成部分，全長132.4 km。北京段三期工程為京承高速公路北京段最后一部分，起點密云密興路終點至市界，全長62.6 km。道路設計標準雙向4車道，設計速度100 km/h，路基寬度26 m。工程已于2009年建成通車。

京承高速公路三期工程中清水河2#橋，是京承三期項目中的一座重要橋梁，主橋為(75+120+75)m的三跨連續剛構，采用掛籃施工；中墩最大高度為47 m，橋梁為分離式兩幅橋，單幅橋面寬度13m。

該工程左幅橋(見圖1)L0橋臺在基礎施工過程中，發現橋臺處邊坡存在穩定問題。經過現場多次勘察及工程分析，確認該邊坡在正常工況下是穩定的，但在7度地震烈度工況下是欠穩定的（該地區抗震設防烈度為7度），需要對該邊坡進行處理，以滿足7度地震的抗震要求。

圖1 清水河2#橋左幅橋橋型布置圖（單位：cm）

2 橋臺處工程地質特征

2.1 地形地貌

擬建場區在地貌單元上為剝蝕、構造形成的低山區。擬建清水河2#橋位于兩山之間，由南向北跨越清水河。清水河由西向東徑流，河谷呈“V”字型，谷底寬60 m左右，水面寬度約20 m。L0基礎位于清水河河床南側山坡的坡腳處，坡體向北傾斜，自然坡面傾角45°左右，其東側和南側為構造切割形成的陡坎，陡坎高度5～10 m，其西側發育一條NNW向的沖蝕淺溝，該溝寬約3 m，深約2 m，其北側受清水河河流長期沖刷侵蝕，形成臺階式陡崖。L0橋臺所在坡體南北向斜坡長度60～77 m，東西向寬度約55 m。場區四周灌木叢生，地勢高低不平。

2.2 地質構造

橋址區位于燕山晚期形成的楊家堡和張泉—高家莊兩條斷層之間。楊家堡斷裂和張泉—高家莊斷裂分別在橋址區東側0.75 km和西側1.5 km左右通過。受楊家堡斷裂和張泉—高家莊斷裂影響，在擬建場區形成了NNW向次級斷裂（F1）、NE向次級斷裂（F2）和NNW向節理破碎帶（J1）。各條次級斷裂和節理破碎帶特征如下：

（1）F1次級斷裂：F1次級斷裂性質為壓剪性斷裂，走向NNW 352°，斷層面近直立，與區域斷裂楊家堡斷裂約呈23°左右相交；該斷裂斷距3 m左右，斷裂帶寬2 m左右，見紫紅色構造角礫巖和青灰色靡棱巖，表層風化較嚴重，該斷裂影響寬度約10 m。受F1次級斷裂切割作用和風化作用影響，L0橋臺所在山體東側形成基本直立的陡崖，陡崖高度 5～10 m。

（2）F2次級斷裂：F2次級斷裂性質為壓剪性斷裂，該斷裂走向NE38°，傾向NW，傾角 70°左右，與區域斷裂楊家堡斷裂約呈23°左右相交；該斷裂斷距較小，斷裂帶寬2 m左右，見紫紅色構造角礫巖，表層風化較嚴重，該斷裂影響寬度約5 m。受F2次級斷裂的切割作用及風化作用影響，L0橋臺所在山體的南側形成5～8 m高不等的陡崖，與后緣山體分割開。

（3）J1節理破碎帶：J1節理破碎帶性質為壓剪性節理破碎帶，走向NNW349°，節理面平直，近直立，影響寬度約3～5 m。受其影響，節理破碎帶內巖體節理裂隙發育，巖體破碎，呈碎裂巖化狀態，膠結一般，在L0橋臺西側17 m左右形成一條NNW向的沖蝕淺溝。

次級斷裂和節理破碎帶詳見圖2橋臺處地質平面圖。

圖2 L0橋臺處地質平面圖

2.3 地層巖土性質概況

根據勘探資料，按地層巖性及其工程地質性質將巖土劃分為：①層強風化白云巖，褐灰～灰白色，稍濕，節理裂隙很發育，巖芯呈碎石狀、塊狀；②層弱風化白云巖，灰白色，稍濕，節理裂隙很發育，巖芯呈碎塊狀、短柱狀；③層弱風化白云巖，灰白色，稍濕，節理裂隙很發育，巖芯呈碎塊狀、塊狀、短柱狀。其中在②層與③層之間存在軟弱結構面，該軟弱結構面較平直，張開度大于3 mm，充填物為白云巖風化產物，局部鈣質膠結，傾向 354°∠34～35°左右，L0 橋臺東側沖溝西側壁上可見軟弱結構面，其厚度2～10 cm。

2.4 擬建場地抗震設計條件

根據 《建筑抗震設計規范》(GB50011－2001)，擬建場地抗震設防烈度為7度，設計地震分組為第一組，地震動峰值加速度系數為0.15。

3 滑坡穩定性分析

3.1 邊坡的基本特征

L0基礎邊坡位于清水河河床南側，坡體向北傾斜，自然坡角45°左右；基礎下部巖體為白云巖，巖層產狀為傾向350°∠34～45°，與坡體斜面產狀基本相同。其東、南兩側受F1和F2構造切割和后期風化、沖蝕作用，已形成基本直立的陡坎；西側受J1節理破碎帶控制，亦形成了NNW向發育的沖蝕淺溝；北側因受清水河長期沖刷侵蝕，L0基礎下部巖體的部分坡腳已蕩然無存，坡面臨空。受上述因素控制，L0基礎下部巖體形成不穩定體。

邊坡滑體：坡體上部為強風化白云巖①層，褐灰～灰白色，稍濕，節理裂隙很發育，巖芯呈碎石狀、塊狀；坡體下部為弱風化白云巖②層，灰白色，稍濕，節理裂隙很發育，巖芯呈碎塊狀、短柱狀。

邊坡滑床：邊坡滑床地層為弱風化白云巖③層，灰白色，稍濕，節理裂隙很發育，巖芯呈碎塊狀、塊狀、短柱狀。

邊坡滑帶：②層與③層之間的軟弱結構面構成了該邊坡潛在滑面，勘察表明該軟弱結構面較為平直，傾向 354°，傾角 34～35°，L0 橋臺東側沖溝內可見軟弱結構面厚度2～10 cm，局部鈣質膠結。

3.2 邊坡穩定性影響因素

現場實地調查及勘察表明，影響清水河2號橋L0邊坡穩定性的主要因素如下：

（1）該邊坡地形陡峻，坡角超過45°，坡體物質主要為弱風化～強風化白云巖，巖體破碎，節理裂隙發育，坡腳因清水河河谷切割臨空，共同為滑坡的形成提供了物質基礎。

（2）順坡向的軟弱結構面組合為滑坡的失穩提供了良好的潛在外傾滑移面。

（3）滑坡后緣陡傾斷層（F2）為地下水的下滲提供了良好的通道，若遇強降雨，地表水順后緣陡傾裂隙下滲，一方面在后緣形成水平水壓力、在滑移面形成揚壓力，同時還會軟化結構面中的充填物，降低其抗剪強度指標，共同加劇邊坡下滑。

（4）該區有可能發生5級以上的地震，在地震作用下可能導致邊坡整體下滑失穩。

3.3 邊坡穩定性評價

3.3.1計算模型及計算方法

依據邊坡類型及工程地質條件，采用巖質邊坡傳遞系數法進行穩定性計算，見圖3所示，將滑坡分成12塊，其中第E5塊為橋臺所在位置。

圖3 L0邊坡2-2’剖面（橋臺中線）示意圖

3.3.2邊坡穩定性驗算參數取值與計算工況

3.3.2.1穩定性計算參數

根據室內試驗，邊坡坡體巖石天然重度為28.2kN/m3，飽水重度為28.5kN/m3，現場勘察發現結構面軟弱夾層厚度2～10cm，主要為白云巖風化產物，滑帶鈣質膠結充填物在天然干燥狀態下的c值取 105.0kPa，φ值取 25.0°； 飽和狀態下的 c值取85.0kPa，φ 值取 23.5°， 后緣斷層裂隙的 c值取0.0kPa，φ 值取 23.5°。

3.3.2.2計算工況

依據該邊坡的實際情況，分兩大類三種計算工況,見表1所列。

表1 穩定性計算工況組合一覽表

3.3.3邊坡穩定性驗算成果及分析

3.3.3.1滑坡穩定安全系數及穩定性評價標準

按照 《地質災害防治工程勘查規范》DB50/143－2003的相關規定，確定L0擴大基礎所在的原邊坡安全等級為Ⅲ級（即維持原狀不建橋），施工以后L0擴大基礎的邊坡安全等級為Ⅰ級；邊坡穩定性安全系數取值：正常工況（非地震工況）天然邊坡為1.20，I級工程邊坡為1.25；校核工況（地震工況）天然邊坡為1.05，I級工程邊坡為1.05。邊坡穩定性判別標準見表2所列。

表2 邊坡穩定狀態劃分標準表

3.3.3.2定性評價標準結果

針對以上三種工況對2－2’剖面 （橋臺中線位置）進行了穩定計算，計算結果為工況一的穩定系數為1.305，工況二的穩定系數為1.313，工況三的穩定系數為1.039；即在工況三時邊坡欠穩定。其安全儲備未達到相關規范要求，需采取加固措施對坡體進行處理，以提高安全儲備，滿足抗震要求。

4 處理措施

根據穩定分析滑坡推力計算的結果，提出了2個處理方案。一是設置7根2×2.5的抗滑樁，樁長15 m，布置在橋臺以下15～20 m的位置；二是在橋臺基礎下方和橋臺兩側分別布置3排預應力錨索（共計6排54根）。通過對工程地質條件、施工方案及工程安全的影響分析，最后采用了預應力錨索設計方案。經過錨索加固處理后，在工況三時穩定系數達到了1.054＞1.05，滿足規范的穩定要求。

4.1 預應力錨索設計

在橋臺附近設置多排預應力錨索，錨索長度約為24～27 m，采用高強低松弛鋼鉸線，錨具型號采用M15－7，其中錨固端長度為10 m，自由段長度約有15 m。共計6排54根錨索。另外在橋臺下方15 m以下位置設框格梁，依據地形設置了3處，每處3排，錨索長度約為16 m、12 m，共計36束。采用高強低松弛鋼鉸線，錨具型號采用M15－4，其中錨固端長度為6 m，自由段長度為6～10 m。

4.2 噴錨支護

對L0橋臺下裸露巖體進行錨噴支護，主要目的是防止巖體受雨水侵蝕發生崩塌。錨噴具體做法為：采用錨筋Φ22@1 m，φ8@10 cm×10 cm的鋼筋網，采用C25混凝土進行錨噴，厚度8～10 cm。

4.3 灌漿封閉

對坡體裂隙進行灌漿封閉，對坡體周圍裸露的軟弱結構面進行灌漿封閉。

灌漿按照自下而上的加固原則，自坡角開始布置注漿管，擬采用Φ42的注漿小導管，每米布置1根，深入到裂隙中，注漿壓力一般控制在0.5～0.1 MPa，最大壓力1.5 MPa，當注漿壓力超過1.5 MPa時，可停止注漿，必要時可間歇式注漿。

4.4 在坡頂及兩側布設截水溝，以阻斷地下水下滲

在坡頂及兩側布設梯形斷面漿砌片石截水溝，截水溝的設置離坡體周圍裸露的軟弱結構面縫隙處的距離不小于6 m。

4.5 坡腳擋墻護砌

在坡腳碎石堆積處砌筑漿砌片石擋墻、坡底C20糙面混凝土（厚25 cm）及漿砌片石護坡，目的是穩定坡腳及防止碎石滾落沖擊中墩墩柱。

5 施工方法

5.1 預應力錨索施工

預應力錨索鉆孔采用Φ150 mm的潛孔鉆機，用Φ130 mm的導管注漿，鉆孔為斜孔 （下傾角25°）；施工過程中根據發現的裂隙位置，對預應力錨索的長度進行了部分加長調整；預應力錨索灌漿采用一次注漿法，注漿采用1:0.5的水泥砂漿，注漿壓力0.6～0.8 MPa，待水泥砂漿凝固收縮后，孔口再進行補充注漿。孔內水泥砂漿達到設計強度的80%，錨墩達到90%以上時進行預應力錨索的張拉。張拉采用整體張拉的施工方法，錨索預應力分級施加并鎖定，逐級增加至超張拉值后錨固。錨固后，通過錨墊板上的注漿孔補充注漿，最后用C25混凝土將錨頭封閉保護。

另外選擇8根錨索安裝GMS錨索弦式測力計，對錨索的預應力進行長期觀測。

5.2 排水溝及噴錨

L0橋臺兩側增設漿砌片石護坡，在漿砌片石護坡下面新增排水溝，然后引入到右側自然沖溝，并對右側自然沖溝進行了掛網噴混凝土。對滑坡左側的截水溝進行了錨噴支護。

5.3 坡體裂隙進行灌漿封閉及小導管注漿

原設計小導管注漿采用Φ42小導管，在施工中部分改為Φ38無縫鋼管，長度按3 m；另外在L0橋臺左側錨噴區，采用Φ90 mm潛孔鉆機，用Φ70 mm的導管注漿，灌漿深度一般為8 m。

5.4 擋墻及C20糙面混凝土施工

由于地形開挖與實際有些不同，擋墻及坡底C20糙面混凝土實際施工與原設計稍有不同，但施工原則與原設計意圖基本一致。

6 結語

（1）隨著我國高速公路發展，公路選線不可避免會遇到不良地質，如滑坡、斷層、軟弱地基等，設計時應加強地勘工作，根據地質條件合理選擇方案，盡量避免出現不良地質，節省工程造價。

（2）對滑坡通常處理方法有抗滑樁、抗滑錨索等。該工程由于工期緊迫，為保證工程通車，主體橋梁工程先期完成。邊坡加固需要在橋梁正常安全運行的前提下進行，所以本工程選擇了對橋梁基礎影響較小的預應力錨索加固方案。

（3）預應力錨索在實際施工過程中，由于地形條件、地質情況等與實際有一定的差異，其位置、長度等均有不同程度的調整。邊坡加固除了主體預應力錨索外，還應包括錨噴、灌漿、坡腳處理、設置截水溝等一系列輔助措施，這樣才能保證加固達到預期效果。

[1]GB 50300-2002，建筑邊坡工程技術規范[S].

[2]DB 50/143-2003，地質災害防治工程勘察規范[S].