山區高速公路高填斜坡棄土場工后穩定性評估的實例分析

張 華， 游 宏， 黃晚清

(1. 成都大學 建筑與土木工程學院， 四川 成都 610106；2.四川省交通運輸廳 交通勘察設計研究院， 四川 成都 610017)

山區高速公路高填斜坡棄土場工后穩定性評估的實例分析

張 華1， 游 宏2， 黃晚清2

(1. 成都大學 建筑與土木工程學院， 四川 成都 610106；2.四川省交通運輸廳 交通勘察設計研究院， 四川 成都 610017)

以攀西地區某高速公路一處填方高度達91.5 m的斜坡棄土場為研究對象，詳細討論了其工后穩定性評估的關鍵流程.對現場調研資料的分析表明，棄土場沿主軸線縱剖面的綜合坡比為1∶2.1，工點處于基本穩定狀態；但鑒于坡腳錨桿框架擋墻尚未能達到強力鎖口的要求，綜合原沖溝溝床橫坡較陡(平均約15°)、改溝排水效果不甚理想、斜坡填方較高等不利因素，并協同工程類比及計算校核結果，建議坡腳附近范圍采用“豎梁錨索群”作為增強整體穩定的主體加固措施.本解決方案可為相似工程的工后評估以及病害治理提供可類比的技術資料與參考.

道路工程；棄土場；高填斜坡；穩定性；工后評估

0 引 言

山區高速公路沿線大多具有地形條件困難、地質構造復雜、環境背景脆弱等特點，導致滑坡、坍塌等地質災害頻繁發生，同時，由于公路等級的相應要求，高水平的線形指標與橋梁隧道大量采用，路基工程的復雜性也不斷提高.可以認為，山區高速公路正常服務期間重點路基工程的穩定，不僅制約著“生命線”的暢通，亦關系到行駛車輛的運營安全[1].為確保重點路基工程的長期穩定性，對其進行工后評估，及時準確地把握其穩定狀況與發展趨勢，必要時實施補強加固措施、工程檢測及監控量測，對山區高速公路的暢通與安全具有重要的指導意義和實用價值.本研究以攀西地區某高速公路一處填方高度達91.5 m的斜坡棄土場為研究對象，通過現場調查，并結合其在建期施工圖、變更設計等相關技術資料[2-3]，對該工程點的穩定性做出了較詳細的分析與評估，處治方案可為高等級公路高填路基工程的工后穩定性評估工作提供類比的技術資料及參考.

1 工程概況

攀西地區某高速公路于2011年5月建成通車.建設期間，由于出現NGG1#大橋改為LJS隧道的重大變更，新增棄方19×104m3.經相關專家的反復研討，確定于該隧道出口沖溝處增設NGG棄土場(見圖1).

圖1棄土場全貌及特征示意圖

該棄土場主軸線與高速公路近于正交，總體呈上寬下窄，其縱剖面斜坡填方高91.5 m，并于鎖口擋墻頂共設8級邊坡.已實施的處治措施為：鎖口處框架錨桿擋墻、原沖溝改溝明渠、地表排水系統以及邊坡坡面骨架植草防護.

此外，高速公路NGG大橋左、右幅的2#、3#、4#墩均位于棄土場中下部，另有LJ水電站引水渠緊鄰棄土場坡腳鎖口位置.鑒于原沖溝橫坡較陡(平均約15°)，在汛期洪水作用下，該棄土場仍有整體失穩的風險，威脅橋墩與水電站水渠安全.

2 棄土場穩定性現場調查

2.1 鎖口支擋工程現場調查

2.1.1 現狀調查.

棄土場擋墻位于坡腳鎖口位置，與公路主線近于平行，其縱長約25 m，樁號介于左幅NGG大橋2、3#墩之間，最大墻高9.5 m，頂寬1.0 m，面坡1∶0.05，外墻表面設有3×3 m間距的框架錨桿.

2.1.2 框架錨桿擋墻穩定性判斷.

現場調查發現，框架錨桿擋墻的施工質量較差，外墻表面可見縫隙，系按主動土壓力的大小確定擋墻截面尺寸[4]，基本穩定，無變形，但尚未能滿足坡腳強力鎖口的要求，應為棄土場穩定性評估的重點關注對象.

2.2 棄土場排水系統現場調查

2.2.1 改溝工程.

因原沖溝設棄土場需對其作改移.改溝工程布設于棄土場的左側，基本與主線正交，排入NGG大橋下.改溝的截面尺寸為梯形，頂寬3.0 m，底寬1.5～2.0 m，溝深2.0 m，均作漿砌防護，現場未見變形或破損現象，常年流水.但據現場實地了解，在每年的強降雨期間，因流量較大有漫流現象，說明改溝截面尺寸偏小，表面滲入棄土場填筑體，對高填斜坡整體穩定不利，需做適當加高處理，以防地表水沖刷邊坡.

2.2.2 地表排水系統.

現場調查發現，除原沖溝改溝工程外，仍有地表排水工程，效果較好，無需增設.但棄土場各級邊坡平臺處未作封閉處理，未設平臺排水溝，故坡面地表水下滲現象仍存在.

2.3 棄土場主軸線多級邊坡穩定性現場調查

2.3.1 現狀調查.

現場調查發現，該棄土場設計容量較大，約為19×104m3，且其主軸線剖面圖橫坡較陡系采用多級邊坡和平臺組合的斷面形式.根據現場實測，鎖口擋墻墻頂以上由8級邊坡組成，級高5.5～13.9 m，平臺寬5.8～27 m；棄土場的斜坡填方高程為91.5 m(鎖口擋墻底至坡頂)，水平投影寬191.95 m，每級邊坡的水平夾角為35 °～45 °，其平均填方橫坡為1∶2.1(見表1).此外，3至8級坡面現有的矩形骨架植草防護綠化效果較差.可以初步判斷，整個陡坡填方高邊坡目前處于基本穩定狀態.

表1 棄土場主軸線縱剖面各級邊坡、平臺尺寸

注：1.鎖口擋墻底至填方邊坡頂的高程為91.5 m，水平投影寬191.95 m；2.鎖口擋墻底至填方邊坡頂的平均橫坡約1∶2.1.

2.3.2 棄土場主軸線多級邊坡穩定性分析.

經調查相關資料，2010年12月20日，對該工程點變更設計的審查會專家組意見中，建議棄土場陡坡填方的綜合坡比為1∶2.0～1∶2.5.據現場實測，陡坡的綜合坡比為1∶2.1，且第8級邊坡的級高為13.9 m，坡比1∶1，目前處于基本穩定狀態，但穩定系數的安全儲備較小，若遇異常氣候，有局部表塌可能.

2.4 現場調查結論

該工程點前期的工程穩定性分析意見，僅涉及斜坡填方多級邊坡自身的穩定性，并未觸及高填方斜坡棄土場的整體穩定性.本研究綜合現場調查發現的，沖溝溝床橫坡較陡(平均約15°)、改溝排水效果不甚理想、斜坡填方的邊坡高達91.5 m等不利因素，建議對91.5 m的高填斜坡棄土場增設抗滑支擋加固措施；基于鎖口框架錨桿擋墻的基礎置于基巖上，且無變形失效的現狀，能承擔墻背主動土壓力的特點，為提高高填斜坡棄土場的整體穩定性，建議選用豎梁錨索支擋類型.并優先對第8級邊坡作豎梁錨索加固，并根據斜坡推力大小，對其他級的邊坡設豎梁錨索.同時，針對除第1、2級邊坡外，第3至8級邊坡，已有矩形骨架植草防護措施，但骨架內的植草效果不好，尚無變形跡象，故建議對第1、2級邊坡增設矩形骨架植草防護，并對第3至第8級邊坡骨架內恢復植草.

3 穩定性計算校核

3.1 潛在深層滑面的反演

3.1.1 滑體參數的選取.

通過工程地質類比，在滑體參數的選取上，本研究擬將滑體的天然重度概化為20 KN/m3，飽和重度為21 KN/m3.

3.1.2 滑面參數的選取.

以基覆界面作為潛在深層滑面，選取填方最高斷面進行計算.滑帶參數反算中，取天然工況下的穩定系數K為1.17.計算模型如圖2所示，計算結果見表2.

圖2 潛在深層滑面計算模型

3.2 潛在深層滑面的正演

根據文獻[2]中的相關規定，分別按天然工況、暴雨工況及地震工況對該工程點的潛在深層滑面進行正演，得出各工況下的剩余下滑力，結果見表3.

表3 滑坡推力計算結果

由表3計算結果可見，暴雨工況為最不利工況，此時，該工程點支擋位置處剩余下滑力為1 807.5 KN/m，其安全儲備明顯不足，需對斜坡填筑體相應部位進行加固.

3.3 潛在淺層滑面的搜索情況

對于棄土場填筑體內部的潛在淺層滑面，采用圓弧搜索的方法[2,5]進行研究，計算模型如圖3所示，計算結果見表4.

由圖3及表4可知，在天然工況下，該棄土場填筑體內部的潛在滑體處于穩定狀態；在暴雨工況下，填筑體內部淺層潛在滑體穩定性較差，局部甚至處于不穩定狀態；而在地震工況下，填筑體內部淺層潛在滑體處于基本穩定，但局部安全儲備較低的狀態.

4 棄土場補強措施

綜合現場調查與計算結果，本研究認為，該棄土場的補強措施包括：

圖3 填筑體內部潛在淺層滑面計算模型

1)對于棄土場的排水明渠，建議進行適當加高處理，以防地表水沖刷邊坡，并對棄土場各級邊坡平臺增設排水溝，以防坡面表水下滲.同時，對第1、2級邊坡增設矩形骨架植草防護，并對第3至8級邊坡骨架內恢復植草.

2)為提高高填棄土場的整體穩定性，建議選用豎梁錨索支擋類型，優先對第8級邊坡作豎梁錨索加固，并根據斜坡推力大小，有針對性地對其他級的邊坡設豎梁錨索.

5 結 論

本研究以攀西地區某高速公路一處高填斜坡棄土場為研究實例，詳細討論了該工程點工后期穩定性評估的關鍵流程，得到以下結論.

1)整體來看，棄土場沿主軸線縱剖面的填方高程達91.5 m，現場實測的綜合坡比為1∶2.1，可判斷該工點目前處于基本穩定狀態，但穩定系數的安全儲備較小，若遇異常氣候，仍有局部表塌可能.鑒于坡腳錨桿框架擋墻尚未能達到強力鎖口的要求，綜合原沖溝溝床橫坡較陡(平均約15°)、改溝排水效果不甚理想、斜坡填方高度大等不利因素，建議對高填斜坡棄土場增設抗滑支擋加固措施，以確保高速公路的運營安全.

2)綜合現場調查、工程類比及計算校核結果，建議對坡腳附近范圍采用“豎梁錨索群”作為增強邊坡整體穩定的主體加固措施.此外，為防止地表水沖刷邊坡，建議適當加高排水明渠，并對各級邊坡平臺增設排水溝.此外，需恢復各級坡面的矩形骨架植草防護.

[1]張華，游宏，黃晚清.山區高速公路橋臺路基側滑搶險處治的動態設計實例分析[J].公路，2017，62(8)：269-274.

[2]中華人民共和國交通運輸部.公路路基設計規范：JTG D-2015[S].北京:人民交通出版社,2015.

[3]中華人民共和國交通運輸部.公路工程地質勘察規范：JTG C20-2011[S].北京:人民交通出版社,2011.

[4]李海光.新型支擋結構設計與工程實例[M].2版.北京:人民交通出版社,2011.

[5]張倬元,王士天,王蘭生.工程地質分析原理[M].北京:地質出版社,1994.

Abstract:In this paper,a spoil ground on a slope with the maximum filling height of 91.5 m on an expressway of Pan-xi region was taken as the study object,and the key process of post-construction stability assessment for the spoil ground was discussed in detail.The analysis of the field survey data showed that,the integrated slope ratio of the spoil ground within the longitudinal profile along its main axis was about 1∶2.1,which indicated that the slope was in stable status.But,based on the fact that the retaining wall with anchors at the toe of slope could not meet the demands of the strong fore shaft,and in addition with the unfavourable factors such as “slope of the gully below the backfilling was quite steep(average 15)”,“drainage effect of the newly built ditch was less than ideal” and “filling depth of the spoil ground was quite high”,some corresponding reinforcement measures were needed to enhance the overall stability of the studied spoil.Following a series of engineering analogy and theoretical calculations,the main reinforcement measures for the spoil were determined as “constructing a group of pre-stressed anchor cables with vertical beams near the toe of slope”.The obtained results could provide technical data and reference to disease prevention and treatment for similar projects.

Keywords:road engineering;spoil ground;high-filled slope;stability;post-construction assessment

CaseAnalysisofPost-constructionAssessmentforHigh-filledSpoilGroundonSlopesonMountainousExpressway

ZHANGHua1，YOUHong2，HUANGWanqing2

(1.School of Architecture and Civil Engineering, Chengdu University, Chengdu 610106, China;2.Sichuan Communications Surveying and Design Institute, Chengdu 610017, China)

TU457

A

1004-5422(2017)03-0307-04

2017-08-06.

四川省交通運輸廳科研課題(2016C3-4)資助項目.

張 華(1981 — )， 男， 博士， 高級工程師， 從事道路工程相關技術研究.