深挖路塹邊坡與欠穩(wěn)定坡體的綜合治理

李鳳嶺

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

1 工程概況

K3+965—K4+195深挖路塹段，總長(zhǎng)230.0 m，中心最大挖深20.2 m，邊坡最大高度40.3 m（左側(cè)）。施工基本完成后，各級(jí)邊坡均有裂縫出現(xiàn)，坡面產(chǎn)生局部滑塌，部分框架梁梁體開(kāi)裂。坡頂線外側(cè)10～30 m處出現(xiàn)貫通裂縫，最大寬度約30 cm，邊坡存在整體滑移的變形趨勢(shì)。各級(jí)邊坡?tīng)顟B(tài)見(jiàn)表1。

表1 各級(jí)邊坡?tīng)顟B(tài)一覽表

圖1 邊坡鳥(niǎo)瞰圖

2 工程地質(zhì)條件

2.1 地形、地貌

該路段屬低山丘陵區(qū)，地形起伏較平緩，最大自然坡角約為15°。山體植被發(fā)育，以松樹(shù)、灌木及蕨類植物為主。

2.2 氣象、水文

工程所在區(qū)域?qū)倌蟻啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，雨季長(zhǎng)，雨量充沛。地下水主要類型為孔隙水及基巖裂隙水，大氣降水為其主要補(bǔ)給來(lái)源。

2.3 地層巖性

邊坡主要由第四系殘坡積粉質(zhì)黏土和泥盆系中統(tǒng)老虎坳組D2l全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖組成，詳見(jiàn)圖 2（見(jiàn) 29頁(yè)）、表 2。

表2 地層巖性

3 失穩(wěn)原因分析

該區(qū)域雨季長(zhǎng)，雨量充沛，風(fēng)害多、雷暴頻，年平均降雨量為1 680.2 mm，最大日雨量達(dá)400 mm，充沛的雨量和地表徑流對(duì)坡體的穩(wěn)定性影響較大。邊坡表層為殘坡積的粉質(zhì)黏土夾強(qiáng)風(fēng)化巖塊，下部為強(qiáng)-中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，坡面抗沖刷能力差，土巖交界面易產(chǎn)生滑動(dòng)失穩(wěn)。基巖裂隙水，透水性及富水性不均勻，地下水以側(cè)向滲流的方式排泄或蒸發(fā)。邊坡所處巖層風(fēng)化強(qiáng)烈，含泥量大，存在軟弱夾層（泥化夾層），軟弱層遇水軟化后，可產(chǎn)生層間多級(jí)滑動(dòng)。

圖2 典型橫斷面及工程地質(zhì)剖面圖

該段邊坡與巖層小角度相交，巖層傾角小于邊坡傾角，呈現(xiàn)順層巖邊坡?tīng)顟B(tài)。邊坡開(kāi)挖基本成型后，坡腳抗滑體變小，抗滑能力減弱，坡腳兩側(cè)凌空后，已出現(xiàn)局部變形及破損。而加固防護(hù)措施的實(shí)施略顯滯后，導(dǎo)致坡體處于極限平衡狀態(tài)，存在整體滑移變形的危險(xiǎn)。

4 工程處治措施

由于地形地貌、周邊建筑、工程費(fèi)用及社會(huì)影響等諸多因素的限制，本處坡體不適宜進(jìn)行大范圍卸載減重施工，采用支擋防護(hù)+局部卸載是制定處治方案的基本原則。

4.1 方案比選

4.1.1 方案一 樁板墻+局部卸載（見(jiàn)圖3）

圖3 樁板墻+局部卸載方案

一級(jí)邊坡取消錨桿框架梁防護(hù)，坡腳處設(shè)置1.5 m×2 m C30樁板墻，樁間距5 m，樁長(zhǎng)23 m（露出地面8 m），板厚30 cm，共計(jì)41根樁。樁板墻與第一級(jí)邊坡之間的臺(tái)背采用碎石土回填。

二、三級(jí)邊坡維持現(xiàn)有錨索框架梁防護(hù)，對(duì)開(kāi)裂梁體進(jìn)行修復(fù)加固，清除坡面松散堆積物，坡體裂縫用水泥漿充填。

四級(jí)邊坡卸載，卸載范圍根據(jù)后緣裂縫位置確定，卸載的同時(shí)需清除淺層坍塌虛土。卸載邊坡坡率為1∶2.00，采用掛網(wǎng)客土噴播防護(hù)。

4.1.2 方案二 預(yù)應(yīng)力錨索+鋼花管注漿+局部卸載（見(jiàn)第30頁(yè)圖4）

一級(jí)邊坡坡腳設(shè)置兩排注漿鋼花管，排間距1.2 m，樁間距3.0 m，鋼管長(zhǎng)12 m。將原設(shè)計(jì)中的錨桿框架梁調(diào)整為預(yù)應(yīng)力錨索框架梁，錨索長(zhǎng)度32～36 m，共設(shè)置3排。

二、三級(jí)邊坡清除松散堆積物，坡體裂縫采用水泥漿充填密閉，對(duì)已經(jīng)施工完成的預(yù)應(yīng)力錨索框架梁進(jìn)行修復(fù)加固。為確保坡體的整體穩(wěn)定，需增設(shè)框架錨索進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處治，二級(jí)邊坡增設(shè)兩排，三級(jí)邊坡增設(shè)一排，錨索長(zhǎng)度36～38 m，錨固段長(zhǎng)10 m。

四級(jí)邊坡卸載，卸載范圍根據(jù)后緣裂縫位置確定，卸載的同時(shí)需清除淺層坍塌虛土。卸載邊坡坡率為1∶2.00，采用掛網(wǎng)客土噴播防護(hù)。

4.1.3 方案比選

圖4 預(yù)應(yīng)力錨索+鋼花管注漿+局部卸載

樁板墻具有抗滑能力強(qiáng)、樁位靈活、施工經(jīng)驗(yàn)成熟等優(yōu)點(diǎn)，但工程造價(jià)較高，進(jìn)行坡腳清理及人工挖孔等施工作業(yè)時(shí)存在一定的安全隱患，與方案二相比施工進(jìn)度較慢。

方案二可在保留現(xiàn)有防護(hù)的前提下，對(duì)坡體進(jìn)行加固，采用的防護(hù)形式與原設(shè)計(jì)方案相近，施工機(jī)具齊備，工人熟練程度較高，施工組織便利，并且工程費(fèi)用較低，能夠確保施工質(zhì)量及進(jìn)度。

綜上所述，經(jīng)過(guò)多方比選，最終采用方案二：預(yù)應(yīng)力錨索+鋼花管注漿+局部卸載。

4.2 邊坡穩(wěn)定性分析及評(píng)價(jià)

4.2.1 計(jì)算方法[1]

參照《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D30—2015）按傳遞系數(shù)法計(jì)算邊坡的穩(wěn)定性及剩余下滑力。

式中：Ti、Ti-1為第 i和第 i-1滑塊剩余下滑力，kN/m；Fs為穩(wěn)定安全系數(shù)；Wi為第i滑塊的自重力，kN/m；αi、αi-1為第i和第i-1滑塊對(duì)應(yīng)畫(huà)面的傾角，（°）；ψi為傳遞系數(shù)；φi為第 i滑塊畫(huà)面內(nèi)摩擦角，（°）；ci為第i滑塊畫(huà)面巖土黏聚力，kN/m；Li為第i滑塊畫(huà)面長(zhǎng)度，m。

4.2.2 邊坡穩(wěn)定計(jì)算

表3 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

坡體牽引區(qū)強(qiáng)度參數(shù)為c=0 kPa，φ=35.0°；主滑區(qū)強(qiáng)度參數(shù)為c=15 kPa，φ=18.0°；抗滑區(qū)強(qiáng)度參數(shù)為c=15.0 kPa，φ=20.0°，計(jì)算結(jié)果如表3。

在坡頂卸載、錨索加固及坡腳鋼花管注漿條件下進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析計(jì)算，坡體末端滑塊的剩余下滑力為負(fù)值，表明該滑塊以上的坡體呈穩(wěn)定狀態(tài)。綜合治理后本段邊坡正常工況下，安全系數(shù)K=1.252；非正常工況下，K=1.158，均滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)語(yǔ)

影響路塹邊坡及坡體穩(wěn)定性的因素較多，如自然環(huán)境、地質(zhì)條件、施工質(zhì)量等。為確保工程安全，邊坡加固治理時(shí)，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)與施工，確保處治措施的合理性及時(shí)效性。

調(diào)查分析邊坡的平衡狀態(tài)、結(jié)構(gòu)組成及地質(zhì)情況，從而為理論計(jì)算提供可靠的物理力學(xué)參數(shù)。結(jié)合該區(qū)域既有工程的成功經(jīng)驗(yàn)、工程造價(jià)、社會(huì)影響、施工難易程度及時(shí)間緊迫性等諸多因素，確定最終的加固治理措施。

施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)文件及相關(guān)規(guī)范進(jìn)行操作，確保施工質(zhì)量與安全，避免因施工擾動(dòng)引起二次破壞的發(fā)生。對(duì)欠穩(wěn)定坡體進(jìn)行加固施工時(shí)，應(yīng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)采集欠穩(wěn)定坡體的變形、位移等重要安全參數(shù)，并及時(shí)與監(jiān)理、設(shè)計(jì)等相關(guān)部門(mén)溝通，消除安全隱患，確保工程安全。