某高土質(zhì)邊坡防治方案分析

焦艷彬，郜占紅，劉 明

（1.中國(guó)電建集團(tuán)貴陽(yáng)勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081；2.貴陽(yáng)鋁鎂設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550081）

邊坡治理廣泛分布于鐵路公路工程、水利水電工程、建筑與市政工程等行業(yè)，其失穩(wěn)將直接威脅人民生命和財(cái)產(chǎn)安全，是工程建設(shè)領(lǐng)域常見(jiàn)的巖土工程課題[1]。土質(zhì)邊坡土體物理參數(shù)受降雨影響敏感，其穩(wěn)定性研究更加復(fù)雜，針對(duì)高土質(zhì)復(fù)雜邊坡，需進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)穩(wěn)定分析計(jì)算，確定防護(hù)治理方案[2-3]。目前隨著綠色邊坡理念的深入，邊坡治理從早期基本的安全穩(wěn)定逐漸拓展為生態(tài)治理[4]。為最大限度減少邊坡治理對(duì)周邊植被、土體的破壞，邊坡治理方案應(yīng)講究安全、經(jīng)濟(jì)，同時(shí)與周邊生態(tài)協(xié)調(diào)。因此，從治理方案源頭上抓生態(tài)對(duì)于邊坡治理具有重要意義。

1 工程概況

1.1 邊坡概況

G321 織金城關(guān)花紅段位于織金縣FH 公園南東側(cè)，由明路、隧道、橋梁組成，起點(diǎn)位于鄭家沖村附近，終點(diǎn)接市政道路花紅大道。工程路線全長(zhǎng)2.974km，項(xiàng)目總體采用設(shè)計(jì)時(shí)速40km/h、雙向兩車(chē)道城市支路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目K2+580～K2+670 段臨近FH 公園北門(mén)且緊挨下大寨村，路基寬度8.5m，該段整體以土質(zhì)邊坡為主，土體組成為黏土夾碎石，邊坡開(kāi)挖高度范圍為10～37m。

1.2 地質(zhì)情況

工程區(qū)地面高程為1333～1427m，地勢(shì)總體東高西低，最大相對(duì)高差約100m，地形地貌屬溶蝕侵蝕低山槽谷，峰叢溝谷發(fā)育，山體植被茂密，多以喬木、灌木為主。邊坡走向總體呈N10°W，坡腳主要為農(nóng)田、耕地和居民村落，地形平緩，起伏較小，坡度為0～5°；坡體中下部（1340～1370m 高程）主要為零星耕地及灌木叢，地形坡度為20～25°；坡體中上部（1370m 高程以上）主要為灌木叢和柏樹(shù)林，地形較陡，坡度為30～60°。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)調(diào)查，工程區(qū)位于溶蝕侵蝕槽谷內(nèi)，處于珠藏向斜東翼，工程區(qū)未見(jiàn)斷層發(fā)育，巖層總體產(chǎn)狀為290°∠5°。工程區(qū)無(wú)崩塌、滑坡、泥石流等不良物理地質(zhì)現(xiàn)象，現(xiàn)狀地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育。但工程區(qū)下伏基巖為可溶性巖，河邊地表溶溝、溶槽、溶洞發(fā)育，巖溶水豐富，為強(qiáng)巖溶發(fā)育場(chǎng)地，巖溶對(duì)路基、橋基穩(wěn)定性影響較大。

1.3 水文氣象

工程區(qū)位于織金縣城郊，織金縣最低海拔860m，最高海拔2262m，縣城海拔1310m；年平均氣溫14.1℃，年平均降雨量1574mm，年日照1172h，無(wú)霜期327d，屬亞熱帶季風(fēng)氣候。工程區(qū)涉及的河流主要為織金河，屬長(zhǎng)江流域?yàn)踅盗鶝_河右岸的支流，河源高程1725.00m，本工程位于織金河右岸大寨沖溝右岸溝口，距織金河約150m。

2 邊坡防治方案

邊坡下方為現(xiàn)有村戶(hù)房屋，上方為林地，該邊坡為土質(zhì)邊坡，且開(kāi)挖高度超過(guò)20m，已超過(guò)規(guī)范適用范圍，為保證公路形成后永久邊坡的安全穩(wěn)定，需對(duì)該段邊坡進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)設(shè)計(jì)和論證。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件，分別采用大開(kāi)挖方案和抗滑樁方案進(jìn)行分析。

2.1 大開(kāi)挖支護(hù)方案設(shè)計(jì)

對(duì)邊坡進(jìn)行分級(jí)削坡減載，每級(jí)邊坡高10m，馬道寬2m，自下而上分級(jí)邊坡坡比分別為1∶1.5、1∶1.5、1∶1.75、1∶1.75、1∶1.75，邊坡最大高度達(dá)48m。坡面采用混凝土菱形骨架+植草護(hù)坡進(jìn)行防護(hù)，馬道靠山體內(nèi)側(cè)設(shè)30cm 寬排水邊溝，邊坡頂開(kāi)口線5m 外設(shè)截水溝。

2.2 抗滑樁支護(hù)方案設(shè)計(jì)

從降低放坡高度、減少對(duì)原有植被破壞的角度出發(fā)，進(jìn)行抗滑樁方案設(shè)計(jì)，同時(shí)為降低工程造價(jià)，減少樁長(zhǎng)，抗滑樁方案底部一級(jí)邊坡布置圓形鋼筋混凝土抗滑樁，單排布置，共計(jì)12 根，樁間距4.0m，凈距2.0m，圓樁直徑2.0m，樁長(zhǎng)為25～28m；樁頂設(shè)置鋼筋混凝土聯(lián)系梁來(lái)增強(qiáng)支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，樁間設(shè)置混凝土擋板。樁頂以上共有2 級(jí)邊坡，開(kāi)挖部位按1∶1.35 坡比進(jìn)行放坡，每10～12m 一級(jí)，馬道寬2m，坡面采用錨桿+混凝土格構(gòu)梁+植草護(hù)坡進(jìn)行防護(hù)，馬道靠山體內(nèi)側(cè)設(shè)30cm 寬排水邊溝，邊坡頂開(kāi)口線5m 外設(shè)截水溝。

3 邊坡穩(wěn)定分析

3.1 參數(shù)選取

根據(jù)工程地質(zhì)勘察資料和經(jīng)驗(yàn)判斷分析，各層巖土物理力學(xué)建議指標(biāo)如下：邊坡體天然密度1.80～1.85g/cm3，飽和密度1.85～1.90g/cm3，抗剪強(qiáng)度φ=10°～20°，c=15～37kPa，飽水狀態(tài)下抗剪強(qiáng)度φ=8°～15°，c=15～30kPa，土體滲透系數(shù)1×10-4cm/s。

3.2 計(jì)算工況

工程區(qū)相應(yīng)的地震基本烈度為Ⅵ度，根據(jù)規(guī)范要求，可不考慮地震作用，即不進(jìn)行地震偶然工況計(jì)算，本項(xiàng)目主要計(jì)算以下2 種設(shè)計(jì)工況：

（1）正常工況：主要為滑坡體正常運(yùn)用工況，此時(shí)應(yīng)采用基本組合設(shè)計(jì)。

（2）非正常工況1：包括暴雨、久雨，滑坡體處于飽和狀態(tài)。

3.3 暴雨工況入滲深度

暴雨工況下降雨入滲深度范圍內(nèi)土體為飽和區(qū)。根據(jù)Pradel&Raad 提出的經(jīng)驗(yàn)方法，計(jì)算暴雨入滲深度方法如下：

為了使土體飽和浸潤(rùn)到一定深度ZW，必須滿(mǎn)足兩個(gè)條件：（1）界限降雨強(qiáng)度Imin必須大于土的入滲率vi，即Imin≥vi；（2）降雨的時(shí)間必須足夠長(zhǎng)以便飽和浸潤(rùn)土體至深度ZW，即臨界降雨持續(xù)時(shí)間Tmin≥TW。

式中：θS、θ0分別為土體的飽和體積含水量和實(shí)測(cè)體積含水量；k 為土體濕潤(rùn)區(qū)的導(dǎo)水率（滲透系數(shù)）；S 為土體浸潤(rùn)鋒面的毛細(xì)吸力（以水柱高度計(jì)）。

邊坡上部為黏土夾碎石，下部以黏土為主，黏土夾碎石滲透系數(shù)k=1×10-4cm/s，θS=0.5，θ0=0.25，S=0.5m。暴雨參數(shù)如下：24h=130mm，Cv=0.45，Cs=3.5Cv，p=2%的24h 暴雨量為291mm，降雨強(qiáng)度為96.6mm/h。

經(jīng)過(guò)試算，24h 黏土夾碎石表面飽和深度約為0.85m，計(jì)算時(shí)統(tǒng)一采用入滲深度1.0m 進(jìn)行暴雨效果模擬，即暴雨工況下只有表層1m范圍內(nèi)采用相應(yīng)飽和工況參數(shù)。

3.4 計(jì)算結(jié)果

本次計(jì)算采用理正巖土6.5 中邊坡穩(wěn)定分析模塊、抗滑樁模塊以及理正邊坡綜合治理軟件中簡(jiǎn)化Bishop 法對(duì)兩個(gè)方案的典型斷面進(jìn)行邊坡穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表1 所示。

4 方案比選

從以上分析可知，設(shè)計(jì)擬定的大開(kāi)挖方案、抗滑樁方案穩(wěn)定性均能滿(mǎn)足規(guī)范要求，安全穩(wěn)定系數(shù)相當(dāng)，技術(shù)上均能滿(mǎn)足要求。對(duì)兩個(gè)方案進(jìn)行了投資對(duì)比，大開(kāi)挖方案投資約365.7 萬(wàn)元，抗滑樁方案投資約404.1 萬(wàn)元，兩方案相差38.4 萬(wàn)元。

大開(kāi)挖方案新增征地0.11hm2，該處現(xiàn)為植被良好的林地，破壞后很難恢復(fù)，項(xiàng)目所在地處于暴雨中心帶，植被砍伐后將存在水土流失隱患，生態(tài)問(wèn)題突出。同時(shí)，該邊坡位于FH 公園附近，大范圍開(kāi)挖治理后影響公園整體景觀效果。綜上，雖然抗滑樁方案投資略高，但生態(tài)效果明顯，最大限度減少了對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境的破壞，同時(shí)保證了邊坡的安全穩(wěn)定，因此推薦抗滑樁方案作為本工程高土質(zhì)邊坡治理方案。

表1 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）本工程秉承生態(tài)治理理念對(duì)比分析采用抗滑樁方案進(jìn)行治理，保證了邊坡的穩(wěn)定，同時(shí)最大限度減少了對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境的破壞。

（2）土質(zhì)邊坡受降雨影響大，邊坡治理應(yīng)重視坡頂攔截、坡體引排、坡面固土防護(hù)。

（3）重視施工和建成運(yùn)行期的監(jiān)測(cè)，制定應(yīng)急預(yù)案，便于及時(shí)制定處置方案，減少人員財(cái)產(chǎn)損失。