高速公路局部不穩定路基邊坡綜合治理

楊濃郁（甘肅長達路業有限責任公司，甘肅蘭州　730000）

高速公路局部不穩定路基邊坡綜合治理

楊濃郁
（甘肅長達路業有限責任公司，甘肅蘭州730000）

高速公路建設過程中不可避免的會給原始地形地貌帶來破壞，路基邊坡開挖后一般不會即刻發生坍塌。但隨著時間的推移，雨水的侵蝕、植被短時間內不能覆蓋成型，加之邊坡自身蠕動變形，就會出現邊坡開裂的現象，這種淺層局部不穩定現象是邊坡滑塌的前兆，對于正在建設或已經通車運營的高速公路將是巨大的隱患。以武罐高速公路K53+142～K53+230段路基邊坡病害為例，針對該邊坡出現局部開裂并有加劇趨勢的特征，通過地勘資料及邊坡穩定性分析，采用上邊坡預應力錨索框架梁防護，下邊坡錨索抗滑樁加固路基的綜合治理措施，從而徹底解決路基邊坡不穩定發展的隱患。

路基邊坡穩定性分析綜合治理

1　工程概況

武罐高速公路K53+142～K53+230段位于甘肅省隴南市西秦嶺山地區，受地形限制左幅為高架橋，右幅為路基，路基上邊坡路塹挖方段采用漿砌片石護面墻防護。由于該地區雨季持續降雨，該路段山體發生次生地質災害，導致山體淺層坡體變形、上邊坡護面墻開裂，出現路基沉降、擋墻外傾情況的發生。

2　邊坡現狀

由于高速公路施工，在右幅右側坡腳形成陡坡，K53+050-K53+140段坡腳土層為卵礫石，密實程度較好，局部有坍塌現象；K53+140-K53+240段坡腳主要土層為黃土。黃土垂直節理發育，直立性好，其上分布有大量的落水洞，直徑0.10-1.50m不等，可見深度最深達5m左右，貫通性較好。由于雨水長期侵蝕沖刷，該坡體左右兩側均形成沖溝，右側沖溝寬2～3.5m，切割深度較淺，底部可見基巖層，左側沖溝寬1.0-5.0m，切割深度較深，沖溝兩側散落大量的碎塊石，邊坡后部為風積黃土，未見開裂及傾斜現象。邊坡本身為發生滑塌，但存在局部開裂局部不穩定的趨勢。

3　邊坡的穩定性評價

3.1定性評價

本地區位于秦嶺山地區，該邊坡地段屬黃土梁峁溝壑區。一般來說黃土梁峁溝壑區地表破碎，溝壑發育，地形陡峻，山體斜坡坡角一般在30°以上，高差相對較大，許多地方溝谷切割深度100-200米甚至更深，第四系上更新統黃土廣泛分布，土質疏松，垂直節理裂隙發育，風化強烈。

K53+050-K53+240段右側斜坡坡體較陡峭，地形較完整，沖溝較發育，坡體排水條件較好，水文地質條件簡單，山體植被一般。邊坡巖土體主要由黃土、碎石和板巖組成。通過外業地質調繪和鉆探揭露，該邊坡體土層厚度約為4.90～23.70米，中后緣部分未見拉張裂縫，前緣未發現剪出口，鉆孔中亦未發現滑動面，除局部因為大雨沖刷前緣出現坍塌外，并未產生滑動，因此判斷該邊坡在天然狀況下處于穩定狀態。

圖1　Ⅰ-Ⅰ剖面邊坡穩定性驗算

由于近兩年該地區持續降雨和落水洞的分布，地表水下滲，土體與風化巖層面極易形成飽水狀態下的軟弱面，加之該邊坡全-強風化巖面為順坡向大傾角界面，巖體多為散體狀，節理裂隙極發育，飽水易軟化，其力學性能通常會大幅度降低，故在水的影響下，尤其是在長降雨期間，坡體有失穩的可能性。

3.2定量評價

該邊坡為上土下巖邊坡，全-強風化巖多為散體碎裂狀，潛在的軟弱面可能為土巖接觸部位。根據場地巖土體結構特征，工程地質、水文地質條件，結合類似場地的經驗及邊坡可能失穩的模式，定量評價模型采用折線滑動法，其公式如下：

ψj=cos（θi－θi+1）－sin（θi－θi+1）tanφi+1

Ri=Nitanφi+CiLi

式中：Fs——穩定系數；

θi——第i塊段滑動面與水平面的夾角（°）；

圖2　Ⅱ-Ⅱ剖面邊坡穩定性驗算

圖3　Ⅲ-Ⅲ剖面邊坡穩定性驗算

表1　穩定性計算結果一覽表

Ri——作用于第i塊段的抗滑力（KN/m）；

Ni——作用于第i塊段的法向分力（KN/m）；

φi——第i塊段土的內摩擦角（°）；

Ci——第i塊段土的粘聚力（Kpa）；

Li——第i塊段滑動面長度（m）；

Ti——作用于第i塊段滑動面上的滑動分力（KN/m），出現與滑動方向相反的滑動分力時，Ti應取負值；

ψ——第i塊段的剩余下滑動力的傳遞至i+1塊段時的傳遞系數（j=i）。

根據《公路路基設計規范》（JTG D30-2004）3.7.4條，邊坡的穩定性驗算應分成以下三種工況：①正常工況：邊坡處于天然狀態下；②非正常工況Ⅰ：邊坡處于暴雨或連續降雨狀態下；③非正常工況Ⅱ：邊坡處于地震等荷載作用狀態下。邊坡在正常工況下的安全系數為1.20～1.30，非正常工況Ⅰ下的安全系數為1.10～1.20，非正常工況Ⅱ下的安全系數為1.05～1.10。

根據土工實驗和經驗數值，計算中分別選取黃土的天然容重為19.6kN/m3，飽和容重為20.0kN/m3，碎石、卵石的天然容重為20. 5kN/m3，飽和容重為21.0kN/m3，假設滑帶為土巖接觸面，卵石、碎石的c值和ψ值建議取值：c=0～5kpa；ψ=28～35°，黃土的c值和ψ值建議取值：c=23～28kpa；ψ=19～23°。

結合邊坡現狀及病害情況，選取具有代表性的Ⅰ-Ⅰ剖面圖1（即K53+180～K53+240段），Ⅱ-Ⅱ剖面圖2（即K53+050處），Ⅲ-Ⅲ剖面圖3（即K53+180處）進行邊坡穩定性分析。

邊坡穩定性定量計算結果見表1。

3.3邊坡的穩定性評價結果

綜合邊坡的定性定量評價結果，得出：

Ⅰ剖面（即K53+180～K53+240段）在正常工況下是穩定的；非正常工況Ⅰ及非正常工況Ⅱ下是不穩定的；Ⅱ～Ⅲ剖面（即K53+050～K53+180段）在三種工況下均是穩定的。因此只需要對邊坡K53+180～K53+240段進行防護。

4　治理方案

4.1上邊坡治理

（1）將右側的地表水重歸自然排泄，即將山體黃土陷穴、落水洞進行灰土夯實回填，并增設截水溝和沖溝排水溝，將路塹護面墻墻體上泄水孔進行疏導，確保其排水通暢。

（2） K53+160～K53+260段右幅右側一級護面墻，在一級邊坡增設錨索框格梁植草防護，可在原護面墻上開槽施工。框架截面50cm×50cm，錨索分別長23m～27m，橫向和縱向間距3.5m，坡率1：0.75，框架采用C25鋼筋砼現場澆注，每片框架設置6孔錨索，每孔錨索由7根Φs15.24mm的高強度、低松弛的1860級鋼絞線組成，錨索傾角25°，鉆孔直徑為130mm，每孔錨索設計荷載600KN，鎖定荷載480KN，仰斜式排水管采用PVC直徑11cm。

4.2下邊坡治理

右幅左側拆除原擋墻，在原有位置設樁板墻防護。其中抗滑樁樁身截面1.8×2.4米，6根，樁長27m，嵌入段22m，鎖口高2米，護壁厚25cm，每根樁設置上下爬梯，兩樁間設置擋土板，每塊厚0.4米，高3.0米，共10塊，樁頂面以上設置高為3.0m的冠梁，樁頂面以下2.0m處設置錨索，錨索需錨入中風化巖層8.0m。

5　施工注意事項

5.1施工順序

邊坡治理工程施工一定要嚴格按照施工的工序進行，總體上施工的先后順序如下：①回填落水洞和黃土陷穴→②錨索框架梁施工→③擋土墻施工。路塹坡腳是應力集中部位，為減小對其擾動，刷坡及防護工程基礎施工應分段間隔實施，避免在土體較濕時大段落刷坡及開挖基礎。施工過程中加強巡視監測，發現塹頂開裂或坡體移動等異常現象，應立即采取措施，以保障施工安全。防止邊坡治理工程對原有防護造成干擾破壞。

5.2預應力錨索施工

（1）錨索設計荷載600KN，錨固段嵌入中風化板巖8m，且應根據施工鉆探過程中的實際情況，實行動態設計并及時調整。

（2）錨索孔位測放時力求準確，鉆孔俯角25°，傾角允許誤差± 1°；考慮沉碴的影響，為確保錨索深度，實際鉆孔深度要大于設計深度1.0米。

（3）錨索施工由下向上依次進行，在錨索制安工作完成以后，不施加預應力鎖固錨索，待一處伸縮縫內框架梁施工到位后由下而上統一張拉鎖定。

（4）錨索成孔禁止開水鉆進，以確保錨索施工不致于惡化邊坡巖土體工程地質條件。鉆進過程中應對每孔地層變化、進尺速度、地下水情況以及一些特殊情況作現場記錄。若遇坍孔，應立即停鉆，進行固壁灌漿處理，注漿24小時后重新鉆進。

（5）錨固段必須除銹、除油圬，按設計要求安裝承載板和擠壓套、綁扎架線環和箍線環，架線環鋼管兩頭外側應倒成園角狀，箍線環采用φ8鋼筋焊接成內徑5cm的園環；自由段除銹后，涂抹黃油并立即外套波紋管，兩頭用鐵絲扎緊，并用電工膠布纏封。

（6）錨索孔內灌注水泥砂漿，水灰比0.4～0.5，灰砂比1：1，砂漿體強度不低于30Mpa。采用從孔底到孔口返漿式注漿，注漿壓力不低于0.7Mpa，當砂漿體強度達到設計強度的80%后，方可進行張拉鎖定。

（7）為了確定錨索的極限承載力，驗證錨索設計參數和施工工藝的合理性以及錨索的工程質量，在預應力錨索施工前，必須進行錨索拉拔試驗。

5.3框架梁施工

（1）先在修整好的一級坡面上刻框架槽，在錨索施工范圍內，起止點用儀器設置固定樁，中間視條件加密，并應保證在施工階段不得損壞，孔位偏差應≤50mm，錨索鉆孔直徑應不小于設計直徑，孔軸應保持直線。

（2）必須待錨索砂漿達到設計強度的75%后，方可進行下一道工序施工。在安置框架鋼筋前，應先清除框架基礎底浮渣，保證基礎密實，并在底部鋪一層1：3水泥砂漿墊層。綁扎鋼筋，用砂漿墊塊墊起，與坡面保持一定距離，并和錨索相連。灌注框架混凝土必須連續作業，邊灌注邊振搗。

5.4抗滑樁施工注意事項

（1）抗滑樁的施工工序為：測放樁位——樁位場地整平——鎖口盤施工——開挖樁節與護壁施工——樁體鋼筋綁扎——樁體混凝土澆注。

（2）抗滑樁要準確放線定位，施工前應先將樁位附近邊坡或表層（3）抗滑樁應分節開挖（爆破），每節開挖（爆破）深度不超過1.0m，為保證施工安全，應適當增加爆破空眼。開挖一節，做好該節護壁，當護壁砼具有一定強度后方可開挖下一節，為了保證工期，護壁應加速凝劑。護壁各節縱向鋼筋必須焊接，禁止簡單綁扎。

易滑塌部分清除，并做好樁位附近地表水的攔截工作，視具體地質情況跳單樁或兩樁開挖，樁坑挖到設計標高后進行驗槽，保證封底厚度。

（4）澆筑護壁砼時，必須保證護壁不侵入樁截面凈空以內。樁坑開挖過程中應隨時校準其垂直度和凈空尺寸。樁身砼應邊灌注邊振搗，全樁砼應不間斷一氣呵成。

6　結語

高速公路建設過程中不可避免的會給原始地形地貌帶來破壞，路基邊坡開挖后一般不會即刻發生坍塌。但隨著時間的推移，雨水的侵蝕、植被短時間內不能覆蓋成型，加之邊坡自身蠕動變形，就會出現邊坡開裂的現象，這種淺層局部不穩定現象是邊坡滑塌的前兆，對于正在建設或已經通車運營的高速公路將是巨大的隱患。采用上邊坡錨索框架防護、下邊坡樁板墻加固路基的綜合治理措施，既能徹底解決邊坡病害，也可以保證運營高速公路半幅通車、半幅施工的可能性。

［1］馬惠民.山區高速公路高邊坡病害防治實例.人民交通出版社，2006.

［2］馮玉勇，曲永新，徐衛亞.南陽膨脹土的宏觀結構與路塹邊坡病害治理［J］.工程地質學報，2005.

［3］駱行文，姚海林.高填路基錨索樁板墻支擋結構計算方法及施工控制.《巖石力學與工程的創新和實踐:第十一次全國巖石力學與工程學術大會論文集》，2010.

［4］中交第一勘察設計研究院有限公司.武罐高速公路K53+142～K53+230段路基邊坡處治施工圖設計，2014.