山區(qū)高速公路高填斜坡路堤工后穩(wěn)定性評估的實例分析

張　華，游　宏，黃晚清

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

0　引　言

作為條帶狀構(gòu)筑物，山區(qū)高速公路受坡度與線型的制約，需穿越不同的地形地貌單元，且沿線各段落地質(zhì)載體的形成條件、機理及穩(wěn)定性等個體特征具明顯差異，導(dǎo)致其路基工程的處治較難獲得標(biāo)準(zhǔn)框架下的統(tǒng)一性.此外，山區(qū)高速公路在正常營運期間，其特殊路基工程的工作狀況，還受環(huán)境條件等眾多不確定因素的影響，而需相應(yīng)地給予重點關(guān)注[1-2].相關(guān)研究表明，對高速公路“疑似病例”進行第三方工后評估，可為后續(xù)處治設(shè)計提供相對獨立的咨詢建議，對公路的暢通與安全具有重要的指導(dǎo)意義和實用價值[3-4].本研究以攀西地區(qū)某高速公路一處“橋改路”的高填斜坡路堤為研究對象，通過現(xiàn)場調(diào)查，并結(jié)合建設(shè)期設(shè)計文件、專家咨詢意見等相關(guān)技術(shù)資料，對該工點穩(wěn)定性做了較詳細(xì)的分析與評估，所得成果可為類似工程提供可類比的技術(shù)資料與參考.

1　高填斜坡路堤工后概況

1.1　工程概況

攀西地區(qū)某高速公路于2011年5月建成通車，其KX+634～KX+690段高填斜坡路堤位于TSG2#隧道出口的填方地段，原施工圖設(shè)計以2～25 m簡支梁橋跨越?jīng)_溝，施工過程中施工方為處理隧道洞渣及預(yù)制梁場平整之便，堆置棄土而形成高填路堤，迫使將原設(shè)計“2～25 m簡支梁橋跨越?jīng)_溝”方案改為“高填斜坡路堤”方案，并對沖溝做改移.高填斜坡路堤的設(shè)計內(nèi)容包括：右幅右側(cè)的沖溝做改溝處理并引入大里程端的GQH1#大橋橋下，填平右側(cè)洼地，主線不設(shè)涵洞；左幅左側(cè)棄渣邊坡高約50 m，根據(jù)現(xiàn)場實測橫坡坡比為1∶1.2，路肩下約28 m處設(shè)護腳墻，縱長約30 m，地面以上墻高3.5 m，墻基置于填筑體中，墻頂邊坡設(shè)兩級平臺，坡面采用骨架植草防護措施.

1.2　2012年洪災(zāi)及其后處治

2012年5月該區(qū)域出現(xiàn)強降雨，最大降雨量達208 mm/d，路面排水及右側(cè)山坡沖溝水流對填方路堤沖刷、掏蝕，并在KX+682處形成寬約12 m、深約4 m的流水凹溝，溜坡量約200 m3，路面沉降50 mm，嚴(yán)重威脅行車安全.根據(jù)2013年3月15日評審會專家組意見，同意設(shè)計單位的處治措施，即，在填方路堤水毀病害范圍底部設(shè)置格賓(鉛絲石籠)護腳，護腳以上分層進行填筑并設(shè)置多層土工格柵，路肩處設(shè)路肩擋墻，對水毀路堤做恢復(fù)，并于路堤周邊設(shè)地表排水系統(tǒng).同時強調(diào)，對該高填斜坡路堤的穩(wěn)定性需作專題評價.

1.3　高填斜坡路堤穩(wěn)定性現(xiàn)場調(diào)查

2016年3月17～19日，本課題組對該工點進行了現(xiàn)場調(diào)查，相關(guān)情況如下：

1.3.1右側(cè)地表排水系統(tǒng).

1)排洪溝情況.TSG2#隧道右側(cè)沖溝，主線無涵洞，做改溝處理，具體為，排洪溝長約90 m，為梯形截面，溝底寬3～5 m，溝深約2 m，其兩側(cè)及溝底均做漿砌防護，排入GQH1#大橋橋下，排水順暢，無堆積物，修復(fù)后的排洪溝完好無損.

2)右側(cè)邊溝.其為小截面的漿砌矩形邊溝，與排洪溝相接，引入GQH1#大橋橋下，完好無損.

3)排洪溝與邊溝之間填平洼地表水下滲.洼地已填平，其高程與路肩持平，未做封閉處理，綠化效果不好，匯水面積約1 200 m2，強降雨時地表水下滲嚴(yán)重，對高填斜坡路堤穩(wěn)定性不利，須做補強措施.

1.3.2路面排水與受損情況.

右幅路面排水基本良好，無積水現(xiàn)象，路面未見裂縫.左幅路面排水不良，降雨時有積水現(xiàn)象，并在緊急行車道積有泥沙，路面多處有不規(guī)則微型裂縫，且偶有微量下沉，須做修補處理.

1.3.3左側(cè)高填斜坡穩(wěn)定性.

1)高填斜坡路堤的壓實度不夠.本段高填斜坡路堤的填料，系采用TSG2#隧道棄渣，由于該隧道處于斷層破碎帶附近，其山巖巖體破碎，裂隙發(fā)育，風(fēng)化較強，級配不良，路堤填筑時未進行充分碾壓，其壓實度達不到設(shè)計要求，特別是護腳墻以外的堆積體呈松散狀，若護腳墻以外的棄渣堆積體失穩(wěn)，將危及高填斜坡路堤的穩(wěn)定.

2)高填斜坡路堤左側(cè)的實際坡比偏陡.左側(cè)邊坡填筑體的最大高度達50 m，護腳墻頂?shù)倪吰赂叨葹?8 m，設(shè)有兩級平臺，但每級邊坡的實際坡比僅為1∶1.2，未能滿足設(shè)計規(guī)范要求.現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)已實施的骨架護坡有開裂現(xiàn)象，局部邊坡有外鼓病害.

3)高填斜坡路堤左側(cè)地表排水不良.左側(cè)路堤邊坡的外形不平整，陡緩不一，骨架內(nèi)綠化植草現(xiàn)場效果較差，骨架部分有裂縫失效，故坡面地表排水未歸槽，地表水滲入路堤填筑體，對高填斜坡路堤整體穩(wěn)定不利.

1.3.4現(xiàn)場調(diào)查結(jié)論.

通過現(xiàn)場實際調(diào)查，本課題組認(rèn)為該高填斜坡路堤的穩(wěn)定性存在如下問題，須做補強處理：右側(cè)填平洼地表水下滲嚴(yán)重，須有對應(yīng)措施；左幅路面有微量下沉且積水，須做處理；左側(cè)路堤高邊坡的穩(wěn)定性較差，包括50 m高填方的整體穩(wěn)定性較差，須做抗滑支擋，以及護腳墻頂可能會出現(xiàn)淺層滑面，須做淺層加固；左側(cè)路堤邊坡地表排水不良，須有對應(yīng)措施.

2　高填斜坡路堤的穩(wěn)定性驗算

2.1　潛在深層滑面的反演

本研究通過工程地質(zhì)類比，將滑體的天然重度概化為20 KN/m3，飽和重度為21 KN/m3，路面行車荷載取50 KPa，按公路雙向均勻布置，以基覆界面作為潛在深層滑面，選取填方最高斷面進行分析.參數(shù)反算中，假定天然工況下穩(wěn)定系數(shù)K=1.05，計算模型見圖1，結(jié)果見表1.其中，暴雨工況下相關(guān)材料參數(shù)系結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查及經(jīng)驗，對天然工況參數(shù)進行適當(dāng)折減而給出.

圖1潛在深層滑面計算模型

表1　滑帶參數(shù)反算情況

2.2　潛在深層滑面的正演

本研究參考文獻[5-6]相關(guān)方法，并結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查情況，分別按天然工況、暴雨工況、地震工況對工點的潛在深層滑面進行正演得出各工況下的剩余下滑力，計算結(jié)果見表2.

表2　滑坡推力計算結(jié)果

由表2可見，暴雨工況為最不利工況，支擋位置處剩余下滑力為762.248 KN/m，其安全儲備不足，須對路堤相應(yīng)部位進行加固.

2.3　潛在淺層滑面的搜索情況

對于高填路堤填筑體內(nèi)部的潛在淺層滑面，本研究采用圓弧搜索[5-6]的方法進行分析，計算模型見圖2，結(jié)果見表3.

圖2填筑體內(nèi)部潛在淺層滑面計算模型

表3　填筑體內(nèi)部潛在淺層滑面的穩(wěn)定性分析

由圖2、表3可知，天然工況下，斜坡路堤填筑體內(nèi)部的淺層潛在滑體處于穩(wěn)定狀態(tài)；暴雨工況下，填筑體內(nèi)部淺層潛在滑體穩(wěn)定性較差，局部甚至處于不穩(wěn)定狀態(tài)；地震工況下，填筑體內(nèi)部淺層潛在滑體處于基本穩(wěn)定，局部安全儲備呈現(xiàn)較低的狀態(tài).

3　結(jié)論與建議

本研究以攀西地區(qū)某高速公路一處高填斜坡路堤為研究實例，詳細(xì)討論了工后穩(wěn)定性評估的關(guān)鍵流程，同時，針對該高填斜坡路堤“填方壓實度不足、路堤橫坡陡于規(guī)范要求、斜坡體內(nèi)部排水不良”等不利因素，為確保高速公路的運營安全，特作如下建議：為克服右側(cè)填平洼地和左側(cè)邊坡地表水下滲對高填斜坡路堤穩(wěn)定性的不利影響，建議增設(shè)仰斜式排水孔，擬設(shè)于路肩下第2、3級邊坡坡腳，沿公路縱向40 m共設(shè)兩排，縱向間距8 m，孔深15～20 m；對左幅路面做下沉、積水的專項處治；對左側(cè)路肩下第1、2級邊坡采用豎梁錨桿加固，加固范圍為縱長35 m，錨桿縱橫間距為4×3 m、直徑32 mm、長9 m，豎梁間采用植草防護；為確保高填斜坡路堤的整體穩(wěn)定性，于既有護腳墻內(nèi)側(cè)增設(shè)單排全埋式矩形抗滑樁，沿公路縱向35 m長布置，樁間距5 m，截面尺寸與剩余下滑力匹配，樁長約20 m，共設(shè)樁8根.