洛陽(yáng)至嵩縣高速公路某高邊坡滑塌治理設(shè)計(jì)方案研究

楊秀芝 YANG Xiu-zhi；張作海 ZHANG Zuo-hai

（河南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，鄭州450052）

0 引言

復(fù)雜地質(zhì)條件下高邊坡的加固設(shè)計(jì)與有效治理是山區(qū)高速公路建設(shè)中常常遇到的難題之一，它直接關(guān)系到工程建設(shè)的安全、工期和成本。在工程實(shí)踐中，對(duì)高速公路深挖路塹邊坡一般采用邊施工邊設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)過(guò)程控制。洛陽(yáng)至嵩縣高速公路是河南省地質(zhì)地理?xiàng)l件復(fù)雜的山區(qū)高速公路之一，全長(zhǎng)62.699公里。沿線地形非常復(fù)雜，尤其是山嶺區(qū)，山大溝深，給項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工都帶來(lái)一定難度。沿線曾發(fā)生過(guò)多個(gè)自然滑坡、崩塌、坍塌現(xiàn)象，以下結(jié)合洛嵩高速公路土建9標(biāo)段的K53+460~K53+600段左側(cè)路塹邊坡在施工中出現(xiàn)的滑塌問(wèn)題，探索出有效的綜合治理設(shè)計(jì)方法，從而為山區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下路塹高邊坡的設(shè)計(jì)帶來(lái)一些借鑒。

1 滑塌邊坡工程概述

K53+460~K53+600段邊坡位于道路前進(jìn)方向左側(cè)，屬洛嵩高速公路第9標(biāo)段，邊坡長(zhǎng)度140m，最大挖深約40 米，邊坡走向 267°。原開(kāi)挖邊坡率為 1：0.5~1：1.0，分 5級(jí)開(kāi)挖，每級(jí)高8米，平臺(tái)寬2米。由于2010年8、9月份洛陽(yáng)地區(qū)遭遇多年罕見(jiàn)強(qiáng)降雨，在樁號(hào)K53+514-K53+600段出現(xiàn)滑坡（見(jiàn)圖1）。該滑坡主滑方向?yàn)?83°，從坡頂至坡腳高約32米?；瑒?dòng)面青灰色膨脹性土明顯，滑坡體內(nèi)存在多級(jí)下錯(cuò)、拉裂變形跡象，垂直主滑動(dòng)方向發(fā)育多級(jí)錯(cuò)臺(tái)，其與原地面形成0.1~1.0m落差。由于最后一級(jí)沒(méi)有開(kāi)挖，二、三級(jí)為強(qiáng)風(fēng)化安山巖，滑坡體前緣位移量較小，安山巖受外力作用，在表面形成深約15cm的痕跡，如圖1。

圖1 K53+460-K53+600段邊坡全貌

2 邊坡工程地質(zhì)概況

該滑坡段邊坡地層上層卵石和粉質(zhì)黏土土，下伏強(qiáng)風(fēng)化安山巖，如圖2。詳細(xì)地質(zhì)如下：

第一層粉質(zhì)黏土：褐黃色，褐紅色，可塑-硬塑，局部具膨脹性，干強(qiáng)度大，含有卵石，含量約30%左右，粒徑5-20cm，最大30cm，上部有0.5m的耕植土。

第二層泥卵石層：青灰色，褐紅色，密實(shí)，夾膨脹性粉質(zhì)黏土，青灰色，卵石含量約70%-90%，粒徑5-30cm，最大1m。局部夾有青灰色膨脹性粉質(zhì)黏土和褐紅色粗砂層。

第三層強(qiáng)風(fēng)化安山巖：灰色，全風(fēng)化，母巖主要為長(zhǎng)石和石英，含黑色鐵錳質(zhì)斑塊，巖芯破碎，呈碎屑狀，裂隙發(fā)育，局部存在磋動(dòng)帶，充填物為全風(fēng)化安山巖，極破碎。該層上部局部含膨脹性粉質(zhì)粘土塊，褐紅色，青灰色。

第四層中-微風(fēng)化安山巖：青灰色，灰色，強(qiáng)風(fēng)化，母巖成分主要為長(zhǎng)石和石英，含黑色鐵錳質(zhì)斑塊，巖芯較破碎，呈碎塊狀，裂隙極發(fā)育。

圖2 K53+460-K53+600段邊坡地層巖性

3 邊坡工程水文條件

邊坡工程所處場(chǎng)地水系屬黃河水系中的二級(jí)支流伊洛河水系中的伊河水系，邊坡場(chǎng)地周?chē)捶植济黠@地表徑流，主要是自然降雨補(bǔ)給。由于場(chǎng)地微地貌主要為單斜順向坡地形，地表水排泄條件好，場(chǎng)地兩側(cè)有沖溝發(fā)育，地表水在坡體呈散流狀，匯入兩側(cè)沖溝及邊坡底部伊河中。

場(chǎng)區(qū)地下水主要由降雨補(bǔ)給，場(chǎng)區(qū)內(nèi)未見(jiàn)有井泉水出露。地下水按賦存介質(zhì)分為孔隙水?？紫端饕x存于第四系坡洪積物中，地下水類(lèi)型為孔隙潛水，主要接受大氣降水補(bǔ)給。上部潛水水位較淺。在地勢(shì)低洼處排泄于地表，受季節(jié)影響較大，旱季多干涸。

4 邊坡穩(wěn)定計(jì)算分析

4.1 計(jì)算模型 由于K53+460~K53+600段左側(cè)邊坡部分坡段已經(jīng)出現(xiàn)滑塌現(xiàn)象，所以對(duì)該段邊坡進(jìn)行治理設(shè)計(jì)時(shí)，分為滑坡區(qū)工程邊坡與非滑坡區(qū)工程邊坡區(qū)別對(duì)待，其中，K53+460-K53+514段為非滑坡區(qū)；K53+514-K53+600段為滑坡區(qū)。在滑坡區(qū)選取主剖面（K53+562）進(jìn)行穩(wěn)定性和推力計(jì)算，計(jì)算模型具體見(jiàn)圖3~4。

圖3 路塹邊坡現(xiàn)有開(kāi)挖剖面模型

4.2 計(jì)算參數(shù)確定 根據(jù)勘察試驗(yàn)結(jié)果，滑坡勘察報(bào)告提供了滑坡體各土層物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

4.3 滑坡穩(wěn)定性計(jì)算成果分析 根據(jù)《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》GB50330-2002和《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》JTGD30-2004，確定該段邊坡工程等級(jí)為Ⅰ級(jí)。邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算時(shí)，其穩(wěn)定性安全系數(shù)應(yīng)滿足表2。以非正常工況Ⅰ為設(shè)計(jì)工況，非正常工況Ⅱ?yàn)樾：斯r。

圖4 路塹邊坡未來(lái)開(kāi)挖剖面模型

表1 滑帶土抗剪強(qiáng)度參數(shù)

表2 路塹邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)

邊坡下滑力計(jì)算中涉及安全系數(shù)Ks，考慮該邊坡的重要性及危害性，參考相關(guān)規(guī)范，選取如下：天然工況：采用Ks=1.2~1.3；暴雨工況：采用Ks=1.1~1.2；地震工況：采用Ks=1.05~1.1。本次計(jì)算中Ks=1.15。本次設(shè)計(jì)中考慮后期路塹邊坡開(kāi)挖，因而對(duì)于滑坡推力的計(jì)算主要針對(duì)未來(lái)開(kāi)挖工況。

在穩(wěn)定性計(jì)算的基礎(chǔ)上，按照相關(guān)規(guī)范，采用傳遞系數(shù)法和上述對(duì)應(yīng)工況的安全系數(shù)，進(jìn)行滑坡推力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 邊坡穩(wěn)定性和推力計(jì)算成果

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，主剖面均可能發(fā)生深層及淺層的滑動(dòng)可能，因而在對(duì)滑坡進(jìn)行坡腳抗滑樁支擋的基礎(chǔ)上，對(duì)坡體中部淺層滑塌部位同樣需要進(jìn)行治理。

5 邊坡滑塌治理方案

根據(jù)場(chǎng)地特征、邊坡變形破壞情況和邊坡穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果，并結(jié)合邊坡土質(zhì)水文特征，對(duì)于滑坡區(qū)，以削坡+排水+抗滑樁+錨索框架結(jié)構(gòu)+坡面防護(hù)+裂縫封堵的思路進(jìn)行邊坡治理，即前部采用抗滑樁支擋，確?；碌恼w穩(wěn)定性；滑坡體中部采用預(yù)應(yīng)力錨索、后緣采用坡面防護(hù)；在坡體后緣設(shè)置1條截排水溝，在一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)邊坡平臺(tái)上各設(shè)1條排水溝，改善邊坡排水條件，提高坡體的穩(wěn)定性具體設(shè)計(jì)方法如下：

5.1 削坡 現(xiàn)有邊坡一級(jí)邊坡坡率為1：0.5，二級(jí)邊坡坡率為1：0.75，三級(jí)以上邊坡坡率均為1：1.0，邊坡平臺(tái)寬均為2.0m。

對(duì)現(xiàn)有邊坡進(jìn)行削坡，一級(jí)坡設(shè)置抗滑樁，二級(jí)坡1:0.75，三級(jí)坡1:1.25，四級(jí)坡1:2.0，五級(jí)坡1:2.25，邊坡平臺(tái)寬度不變，所有邊坡平臺(tái)內(nèi)傾5%。

5.2 抗滑樁工程

5.2.1 抗滑樁的內(nèi)力計(jì)算 抗滑樁的設(shè)計(jì)荷載為2888.7kN/m；截面尺寸均為2.0m×3.0m，樁間距（中對(duì)中距）均為4m。樁長(zhǎng)16m，受荷段長(zhǎng)8m，錨固段長(zhǎng)8m。假設(shè)作用在抗滑樁上的滑坡推力分布形式為矩型，樁底支承條件為鉸支端。采用“k”法進(jìn)行樁身內(nèi)力計(jì)算，抗滑樁錨固段巖層地基系數(shù)K=0.3×106kPa，側(cè)向容許值σ=1750kPa。

抗滑樁樁身最大彎矩為80828.28kN.m，最大剪力26318.143kN。抗滑樁的彎矩圖和剪力圖詳見(jiàn)圖5~6。

圖5 Ⅰ型抗滑樁身彎矩圖

圖6 Ⅰ型抗滑樁樁身剪力圖

5.2.2 抗滑樁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在上述內(nèi)力分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)樁的內(nèi)力特點(diǎn)，按受彎構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)配筋。樁身砼選用C30，受力鋼筋選用HRB400、箍筋選用HRB335，構(gòu)造筋選用HPB235。其中，背側(cè)布筋方案：實(shí)配（計(jì)算）面積（mm2）：70773（70750）；背側(cè)布筋方案：實(shí)配（計(jì)算）面積（mm2）：17693（17500）；箍筋方案：實(shí)配（計(jì)算）面積（mm2）：13994（13968），經(jīng)過(guò)分析計(jì)算，抗滑樁結(jié)構(gòu)配筋見(jiàn)表4。

表4 抗滑樁（2.5m×3.5m，H＝16m）結(jié)構(gòu)配筋表

在一級(jí)邊坡平臺(tái)外側(cè)布置抗滑樁，樁頂標(biāo)高為一級(jí)馬道標(biāo)高，樁長(zhǎng)16m，樁截面2.0×3.0m2，樁間距4.0m。樁與樁之間采用M7.5漿砌塊石砌筑拱墻支撐，墻后填筑卵礫石等濾水材料。樁頂統(tǒng)一采用冠梁聯(lián)系，冠梁截面尺寸3.4×0.6m2。

5.3 錨索框架結(jié)構(gòu) 在二、三級(jí)邊坡坡面上，采用錨索框架結(jié)構(gòu)加固。錨索采用自下向上布置，第一排錨索距一級(jí)馬道高程距離＜1.5m，以上縱向間距為3.0m，最上一排錨索距邊坡平臺(tái)高程面不大于1.5m~2.5m，錨索橫向間距4.0m。二、三級(jí)邊坡分別設(shè)置三排錨索。

錨索采用6Φs15.2mm，橫縱間距4m。錨索孔徑130mm，錨桿與水平面的夾角為20°，采用無(wú)水鉆進(jìn)工藝。臺(tái)座砼墊塊應(yīng)與格架梁同時(shí)現(xiàn)澆成整體。架線環(huán)鋼筋應(yīng)與錨索體焊接牢靠，2m等間距布設(shè)。鉆孔完成后將錨桿緩慢送入至設(shè)計(jì)位置，采用孔底注漿法注漿，注漿壓力為0.2～0.6MPa；錨索設(shè)計(jì)荷載為604.869kN，在施工初期，應(yīng)按工作錨索數(shù)量的1%～3%進(jìn)行抗拉拔試驗(yàn)，以確定注漿參數(shù)。

格構(gòu)梁截面為寬300mm×高400mm，采用C30砼架模澆注，橫梁及縱梁按連續(xù)梁來(lái)考慮，采用通長(zhǎng)配筋，頂部（遠(yuǎn)離坡面?zhèn)龋┡浣睿?Φ16的HRB335級(jí)螺紋鋼筋，中部配筋：2Φ16的HRB335級(jí)螺紋鋼筋，底部（靠近坡面?zhèn)龋┡浣睿?Φ16的HRB335級(jí)螺紋鋼筋，箍筋配筋：Φ8@200 HPB235鋼筋。格構(gòu)梁橫向每隔20m設(shè)置永久伸縮縫，縫寬20mm，填塞瀝青麻筋或?yàn)r青木板。

錨索類(lèi)型為6Φs15.2，設(shè)計(jì)錨固段長(zhǎng)度大于10m，錨索孔徑130mm，錨桿與水平面的夾角為20°，錨索橫縱間距4m。格構(gòu)梁為C30現(xiàn)澆混凝土，格構(gòu)單元為3.0m×4.0m，梁斷面尺寸為0.3m×0.4m，格構(gòu)單元內(nèi)客土噴播。

5.4 客土噴播 對(duì)整個(gè)坡面采用客土噴播方法進(jìn)行坡面防護(hù)，鉚釘采用Φ16鋼筋，長(zhǎng)度分1m和2m兩種，長(zhǎng)短相間，彎頭長(zhǎng)0.1m。掛網(wǎng)采用鍍鋅鐵絲網(wǎng)，網(wǎng)孔50mm×50mm。施工順序?yàn)椋喝斯で迤?掛鐵絲網(wǎng)-固網(wǎng)-噴射有機(jī)基材及灌草種-養(yǎng)護(hù)。

5.5 裂縫封填 采用粘性土封填拉張裂縫，施工時(shí)，分層搗實(shí)，防止地表水下滲。

6 結(jié)束語(yǔ)

洛嵩高速公路K53+460~K53+600段左側(cè)邊坡滑坡危害嚴(yán)重，通過(guò)對(duì)該段邊坡進(jìn)行治理，能有效遏制坡體的進(jìn)一步變形破壞，又能消除其對(duì)即將建成的高速公路安全所產(chǎn)生的巨大威脅，避免滑坡所造成的進(jìn)一步經(jīng)濟(jì)損失，實(shí)現(xiàn)低投入、高收益的治理效果。

由于復(fù)雜的地形地質(zhì)條件，滑坡與高邊坡工程始終是山區(qū)鐵路和公路建設(shè)中一個(gè)重大工程地質(zhì)問(wèn)題，因此加強(qiáng)滑坡和高邊坡病害的防治研究，不僅將對(duì)高原山區(qū)公路交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展有重要意義，也將對(duì)我國(guó)地質(zhì)災(zāi)害防治理論以及防治技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生積極作用。

該邊坡工程經(jīng)過(guò)以上綜合治理后，通車(chē)至今已近2年，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)顯示，邊坡變形數(shù)據(jù)收斂，邊坡逐漸趨于穩(wěn)定。

[1]程強(qiáng)，黃紹檳，周永江.公路深挖路塹邊坡工程施工監(jiān)測(cè)與動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2005,24(8).

[2]JTGD30-2004，公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]李志勇，鄧宗偉.預(yù)應(yīng)力錨索樁板墻動(dòng)態(tài)響應(yīng)規(guī)律研究[J].巖土力學(xué)，2010,31（2）.

[4]姜德義.邊坡穩(wěn)定性分析與滑坡防治[M].重慶：重慶大學(xué)出版社，2005.