某工程滑坡治理設(shè)計(jì)方案及優(yōu)化分析

薛根平

（山西省公路局 呂梁分局，山西 呂梁 033000）

作為三大自然災(zāi)害（地震、洪水和崩塌滑坡泥石流）之一的滑坡嚴(yán)重危及到人民生命與財(cái)產(chǎn)安全[1-3]。隨著我國(guó)高速公路的迅速發(fā)展，在公路建設(shè)工程中不可避免地遇到邊坡因設(shè)計(jì)不當(dāng)而引起的滑坡地質(zhì)災(zāi)害。本文針對(duì)某工程滑坡進(jìn)行了詳細(xì)補(bǔ)充勘察及反演計(jì)算分析，提出優(yōu)化加固設(shè)計(jì)方案，成功解決了該工程滑坡問(wèn)題，可為今后類(lèi)似滑坡的治理提供依據(jù)。

1 工程概況

某國(guó)道公路除本改建工程原設(shè)計(jì)為三級(jí)公路外，途經(jīng)其他地區(qū)均已陸續(xù)改建為一級(jí)或二級(jí)公路，該段公路自建成后40多年未進(jìn)行技術(shù)改造，原路公路技術(shù)等級(jí)偏低已經(jīng)不滿足目前的通行要求。改建工程穿越區(qū)地形地質(zhì)情況復(fù)雜，線路穿越區(qū)部分邊坡為順層巖質(zhì)邊坡。其中一段邊坡長(zhǎng)度共計(jì)120 m，最危險(xiǎn)截面高度為46 m，最危險(xiǎn)截面挖方深度為18 m，考慮到順層巖質(zhì)邊坡問(wèn)題復(fù)雜，原設(shè)計(jì)采用了“斜率法刷坡+一級(jí)擋墻+兩級(jí)壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索框架梁（共6排）+截排水措施”的方案。

2015年9月，由于降雨等造成邊坡巖土力學(xué)參數(shù)驟減，導(dǎo)致邊坡側(cè)面發(fā)生順層巖質(zhì)邊坡失穩(wěn)，如圖1所示。滑坡為折線形，前緣位于40 m高的斜坡，后緣位于兩山之間溝谷中。滑坡坡度約40°～45°，相對(duì)高差約 15～40 m，主滑方向 325°，厚度約 2～7 m，滑坡規(guī)模約0.2萬(wàn)m3。沿堆積體與基巖接觸帶主要跡象為滑動(dòng)帶后緣拉裂縫，基巖出露無(wú)明顯變形跡象，裂縫寬度為20～60 cm不等，無(wú)地表滲水。

圖1 滑坡情況

經(jīng)物探分析以及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)繪，滑體整體較薄，滑面埋藏較淺，深度約2～7 m，滑體物質(zhì)為全風(fēng)化片麻巖及其上坡積物，全風(fēng)化片麻巖含量約80%，黑色、青色，松散-稍密，主要由碎石、塊石、青黑色砂土和破碎全風(fēng)化片麻巖組成。塊石、碎石大小不均，分選性差。碎石含量約5%～10%，碎石粒徑一般5～20 cm，塊石直徑0.5～10 m，含量約5%。

2 補(bǔ)充勘察及邊坡開(kāi)挖穩(wěn)定性計(jì)算

2.1 補(bǔ)充勘察

邊坡的開(kāi)挖斷面與滑坡方向斜交，角度為42°，由于邊坡尚未開(kāi)挖在天然狀態(tài)下既已失穩(wěn)，建設(shè)單位認(rèn)為原勘查結(jié)果不精確，需要進(jìn)行補(bǔ)充勘察確定邊坡開(kāi)挖過(guò)程中的安全性以及原設(shè)計(jì)方案的可靠性。

基于原邊坡勘察結(jié)果，補(bǔ)充勘察方案新增3個(gè)鉆探孔。新鉆孔基于以下原則：鉆孔揭露地層特性，是否存在軟弱層、嚴(yán)重破碎層；確定原錨索錨固段是否位于穩(wěn)定巖層上；建立更精細(xì)化的地質(zhì)模型用于設(shè)計(jì)計(jì)算。確定新鉆孔位于K310+065處，位于原鉆孔西10 m（靠近邊坡滑動(dòng)一側(cè)），初步估測(cè)鉆孔深度為55 m。

補(bǔ)充勘察結(jié)果如下：該邊坡巖層由五臺(tái)系石咀群莊旺組角閃斜長(zhǎng)片麻巖、斜長(zhǎng)角閃巖和片麻狀花崗巖組成。在設(shè)計(jì)路面下切陡坡內(nèi)地質(zhì)情況復(fù)雜，節(jié)理裂隙發(fā)育，內(nèi)部巖層破碎，巖石均遭受不同程度風(fēng)化作用。斜長(zhǎng)角閃巖以偉晶巖脈順片理或片麻理侵入角閃斜長(zhǎng)片麻巖，接觸面存在明顯的蝕變帶或破碎帶，深度位于原地面下10～17 m，蝕變帶為泥沙狀?yuàn)A層，其上、下巖層為嚴(yán)重破碎帶。與原勘查結(jié)論該邊坡無(wú)軟弱夾層的結(jié)論對(duì)比，本次勘察揭示邊坡的軟弱滑動(dòng)帶，并確定了該滑動(dòng)帶的位置，從而進(jìn)一步指出原設(shè)計(jì)偏危險(xiǎn)，需進(jìn)行優(yōu)化。

將勘察結(jié)果較完整、整體性較好的堅(jiān)硬巖層作為基巖，并認(rèn)為不同巖性的基巖強(qiáng)度基本相同，用以簡(jiǎn)化深層基巖的計(jì)算量，將中風(fēng)化與微風(fēng)化巖層交界面作為基巖界。根據(jù)邊坡勘察資料對(duì)巖層破碎情況進(jìn)行分級(jí)，將邊坡簡(jiǎn)化為以下地層，建立邊坡穩(wěn)定性計(jì)算模型如圖2。

圖2 補(bǔ)充勘察邊坡巖層分布與計(jì)算模型

2.2 反演分析

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》[4]，巖質(zhì)邊坡結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度指標(biāo)取值（結(jié)合很差的軟弱結(jié)構(gòu)面）為：內(nèi)摩擦角取值12°～18°，黏聚力取值范圍20～50 kPa。選取典型代表剖面進(jìn)行天然狀態(tài)反演分析，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)滑塌狀態(tài)，地表有一定的變形，但沒(méi)有整體滑動(dòng)，邊坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，安全系數(shù)取為1.07進(jìn)行反演分析，反演過(guò)程如表1。根據(jù)反演計(jì)算，在天然狀態(tài)下滑帶土抗剪強(qiáng)度指標(biāo)可采用C=20 kPa，φ=15°。

表1 天然狀態(tài)下典型剖面滑帶土反演分析

2.3 邊坡開(kāi)挖穩(wěn)定性計(jì)算

根據(jù)補(bǔ)充勘察結(jié)果，采用Morgenstern-price法和數(shù)值分析方法（有限元極限平衡法）計(jì)算滑坡穩(wěn)定性，滑坡推力計(jì)算采用傳遞系數(shù)法。穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如表2。

表2 路塹邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[4]

邊坡一次完全開(kāi)挖后不進(jìn)行支護(hù)，安全系數(shù)為0.644，最危險(xiǎn)滑動(dòng)面如圖3。計(jì)算結(jié)果表明，邊坡開(kāi)挖后穩(wěn)定性不滿足要求，必須予以支護(hù)。

圖3 完全開(kāi)挖不支護(hù)邊坡穩(wěn)定性與最危險(xiǎn)滑動(dòng)面

3 邊坡加固設(shè)計(jì)方案分析

3.1 基于原設(shè)計(jì)方案的調(diào)整計(jì)算

在原設(shè)計(jì)方案基礎(chǔ)上調(diào)整錨索入射角度為25°，適當(dāng)調(diào)整錨索長(zhǎng)度將錨固段長(zhǎng)度，使其完全放置于軟弱破碎層以下穩(wěn)定巖層內(nèi)1.5 m，施加預(yù)應(yīng)力錨索的設(shè)計(jì)錨固力900 kN。建立模型，得到邊坡安全系數(shù)為1.083，邊坡最危險(xiǎn)滑動(dòng)面如圖4。

可見(jiàn)，在原設(shè)計(jì)方案基礎(chǔ)上進(jìn)行必要調(diào)整（延長(zhǎng)自由段長(zhǎng)度，將錨固段置于穩(wěn)定巖層，并調(diào)整錨索入射角度）可有效提高支擋結(jié)構(gòu)的作用，極大地提高邊坡穩(wěn)定性。但由于預(yù)應(yīng)力錨索能提供抗滑力有限，邊坡經(jīng)加固后處于極限平衡狀態(tài)，不滿足公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)二級(jí)公路邊坡穩(wěn)定性的最低要求（安全系數(shù)應(yīng)為1.15），仍需要提高抗滑力。

3.2 設(shè)計(jì)方案

圖4 調(diào)整計(jì)算：邊界模型加固荷載與穩(wěn)定性分析

考慮到邊坡在增加預(yù)應(yīng)力錨索后，穩(wěn)定性達(dá)到極限平衡狀態(tài)，為達(dá)到規(guī)范要求安全系數(shù)，邊坡所需抗滑力有限，因此本方案在調(diào)整計(jì)算的基礎(chǔ)上增加抗滑樁，抗滑樁為方形，尺寸為2 m×2.5 m，樁長(zhǎng)分別為20 m和22 m，樁間距為4.5 m，錨索施加預(yù)應(yīng)力調(diào)整為980 kN。建立數(shù)值模型，計(jì)算得到邊坡安全系數(shù)為1.347，最危險(xiǎn)滑動(dòng)面如圖5。

圖5 設(shè)計(jì)方案邊界模型加固荷載與穩(wěn)定性分析

可見(jiàn)，增加抗滑樁后邊坡穩(wěn)定性能滿足規(guī)范要求，設(shè)計(jì)方案可行。

3.3 設(shè)計(jì)方案選定

綜上所述，施加預(yù)應(yīng)力錨索可有效提高邊坡穩(wěn)定性，但是由于預(yù)應(yīng)力錨索可提供的抗滑力有限，邊坡仍處于極限平衡狀態(tài)，不滿足目前公路行業(yè)規(guī)范對(duì)于邊坡穩(wěn)定性的要求。在預(yù)應(yīng)力錨索方案基礎(chǔ)上，在第一級(jí)平臺(tái)增設(shè)抗滑樁可有效提高邊坡穩(wěn)定性，并滿足目前公路行業(yè)規(guī)范對(duì)于邊坡穩(wěn)定性的要求。考慮到預(yù)應(yīng)力錨索有效錨固力隨時(shí)間效應(yīng)逐漸降低，邊坡仍滿足規(guī)范要求，邊坡設(shè)計(jì)宜增加抗滑樁。最終確定邊坡最終設(shè)計(jì)方案如下：三級(jí)刷坡，坡率自下而上分別為 1∶0.5、1∶0.75、1∶0.75；第一級(jí)采用擋墻，平臺(tái)上設(shè)置20 m抗滑樁6根，22 m長(zhǎng)抗滑樁5根，截面為1.5 m×2 m，樁間距4.5 m；第二、三級(jí)采用壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索框架梁，錨索設(shè)計(jì)錨固力為980 kN，錨固段長(zhǎng)度10 m，錨固段與自由段連接長(zhǎng)度調(diào)整為1.5 m，自由段長(zhǎng)度分別為9.7 m、11 m、12.6 m、13.4 m、15.6 m、17.2 m，錨固段注漿體調(diào)整為M50水泥漿，自由段注漿體調(diào)整為M40水泥漿；框架梁橫向間隔3 m，梁截面0.6 m×0.7 m。

4 結(jié)語(yǔ)

邊坡在礦山開(kāi)采、交通運(yùn)輸、水利和國(guó)防等建設(shè)工程中十分常見(jiàn)，其穩(wěn)定性對(duì)這些工程有及其重要的影響。由于邊坡失穩(wěn)的地質(zhì)過(guò)程、形成條件、誘發(fā)因素的復(fù)雜性、多樣性及其變化的隨機(jī)性、非穩(wěn)定性，從而導(dǎo)致監(jiān)測(cè)和治理困難。因此，針對(duì)不同工程情況應(yīng)采取合理的治理方法，進(jìn)行優(yōu)化方案設(shè)計(jì)，保證工程的安全性。