土質(zhì)路塹邊坡支護(hù)與變形監(jiān)測(cè)分析

馮 榮

(山西路橋集團(tuán)隰吉高速公路有限公司，山西 太原 030006)

0 引言

邊坡具有傾斜的臨空面，在邊坡土體自重或外界荷載作用下，邊坡可能出現(xiàn)滑動(dòng)變形，當(dāng)邊坡內(nèi)部滑動(dòng)面的下滑力超過(guò)抗滑力時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)滑坡等安全事故，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。邊坡失穩(wěn)受到很多因素的影響，且規(guī)模、數(shù)量、危害性大，會(huì)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)人身安全和財(cái)產(chǎn)造成較大威脅。在高速公路建設(shè)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到深挖路塹，而土質(zhì)路塹邊坡穩(wěn)定性差，邊坡土體容易出現(xiàn)滑坡，必須采取有效措施進(jìn)行支護(hù)。土質(zhì)路塹邊坡常見(jiàn)的支護(hù)方式有錨噴支護(hù)、土釘墻支護(hù)、預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)和自攻旋進(jìn)錨桿支護(hù)等方式，本文主要研究土質(zhì)路塹邊坡自攻旋進(jìn)錨桿支護(hù)。結(jié)合高速公路土質(zhì)路塹邊坡支護(hù)施工案例，采用自攻旋進(jìn)錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土聯(lián)合支護(hù)的方式對(duì)路塹邊坡進(jìn)行支護(hù)，并布置測(cè)點(diǎn)，對(duì)邊坡土體表層和深度變形進(jìn)行監(jiān)測(cè)，收集數(shù)據(jù)繪制變形曲線分析路塹的變形情況，確定支護(hù)效果。

1 邊坡穩(wěn)定性分析

1.1 土質(zhì)邊坡概況

某高速公路3號(hào)邊坡位于山坡下，原地面為斜坡山丘，開(kāi)挖后呈階梯狀，標(biāo)高為1 158.60 m～1 191.58 m。邊坡土體主要為粘土、含碎石粘土、粉質(zhì)粘土，上部覆蓋有填土，土體呈褐紅、褐藍(lán)、蘭黃褐。該區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，下部巖層存在斷層，局部破損嚴(yán)重，但總體穩(wěn)定。該地區(qū)地下水主要為裂隙水，來(lái)源為大氣降水，且含水量不大。該地區(qū)屬潮濕氣候，夏季多雨，且雨量大，冬季降水較少，年降雨量在1 250 mm～1 986 mm。邊坡總高度為18 m，上部開(kāi)挖分為兩級(jí)邊坡，每級(jí)邊坡高度為8 m，上部邊坡采用自攻旋進(jìn)錨桿支護(hù)技術(shù)。下部邊坡高度為2 m，采用漿砌片石護(hù)面墻支護(hù)。

1.2 邊坡穩(wěn)定性分析

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)走訪、觀察，現(xiàn)場(chǎng)勘查，對(duì)坡體、植被分布情況進(jìn)行調(diào)查，并鉆芯取樣分析巖芯成分。通過(guò)對(duì)巖芯開(kāi)展室內(nèi)試驗(yàn)，確定物理力學(xué)參數(shù)。粘土容重為γ=19.6 kN/m3，內(nèi)摩擦角φ=17°，粘聚力c=26 kPa；碎石粘土容重為γ=19.5 kN/m3，內(nèi)摩擦角φ=15°，粘聚力c=21 kPa；粉質(zhì)粘土容重為γ=20.1 kN/m3，內(nèi)摩擦角φ=19°，粘聚力c=21 kPa；上部覆蓋填土容重為γ=19.9 kN/m3，內(nèi)摩擦角φ=10°，粘聚力c=9 kPa。

邊坡觀察發(fā)現(xiàn)邊坡表層有較深的裂縫，土質(zhì)邊坡內(nèi)部存在滑動(dòng)面，存在滑坡危險(xiǎn)。在無(wú)支護(hù)的情況下，進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析，計(jì)算邊坡的安全系數(shù)，計(jì)算式如下：

邊坡穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在邊坡穩(wěn)定性分析時(shí)僅對(duì)正常工況下進(jìn)行計(jì)算，取邊坡最大高度位置、最危險(xiǎn)面邊坡進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算求得未支護(hù)情況下邊坡的安全系數(shù)Fs=0.48，由此確定土質(zhì)路塹邊坡穩(wěn)定性較差，開(kāi)挖后必須進(jìn)行支護(hù)。

結(jié)合前期走訪、觀察結(jié)果，分析該土質(zhì)路塹邊坡在無(wú)支護(hù)條件下，自穩(wěn)能力較差，容易出現(xiàn)滑坡事故。為了避免邊坡出現(xiàn)變形失穩(wěn)，必須采取措施對(duì)土質(zhì)路塹邊坡進(jìn)行支護(hù)，提高邊坡穩(wěn)定性。

2 土質(zhì)邊坡支護(hù)方案

本項(xiàng)目土質(zhì)邊坡防護(hù)采用自攻旋進(jìn)錨桿支護(hù)的方式。錨桿選用自攻旋進(jìn)錨桿，是利用螺旋錨固技術(shù)，采用連續(xù)小旋絲質(zhì)量分散中空結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)錨桿相比，這類錨桿可以有效提高抗剪能力和抗彎能力，抗剪能力較同等級(jí)抗拉能級(jí)錨桿提高5倍以上，抗彎能力提高10倍以上。自攻旋進(jìn)錨桿水平距離2.0 m，垂直間距2.0 m，入射角為12°，鉆孔直徑42 mm，錨桿長(zhǎng)度有6 m和9 m兩種型號(hào)。自攻旋進(jìn)錨桿施工工藝簡(jiǎn)單，施工時(shí)錨桿鉆機(jī)將錨桿旋入土層，然后再安裝上托盤，并施加預(yù)緊力。錨桿安裝過(guò)程中需要施加較大的安裝扭矩，并合理調(diào)整旋絲高度、間距、旋進(jìn)速度等施工參數(shù)，保證錨桿勻速平穩(wěn)鉆進(jìn)。鋼筋網(wǎng)制作采用φ8盤條，網(wǎng)格尺寸為200 mm×200 mm，鋼筋網(wǎng)搭接長(zhǎng)度不少于一個(gè)網(wǎng)格200 mm。噴射混凝土標(biāo)號(hào)為C20，設(shè)計(jì)厚度100 mm。

3 土質(zhì)邊坡變形監(jiān)測(cè)方案

3.1 監(jiān)測(cè)方案

為了防止土質(zhì)邊坡在防護(hù)過(guò)程中出現(xiàn)變形失穩(wěn)，布置測(cè)點(diǎn)對(duì)邊坡的變形過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括坡體表層變形監(jiān)測(cè)和深度變形監(jiān)測(cè)。本項(xiàng)目土質(zhì)邊坡主要存在坡體深部存在的斷層、潛在滑動(dòng)面等，需要在邊坡內(nèi)部安裝多點(diǎn)位移計(jì)和鉆孔測(cè)斜儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)邊坡容易產(chǎn)生變形的位置，布置測(cè)點(diǎn)進(jìn)行沉降觀測(cè)，掌握邊坡變成土體的變形情況。本項(xiàng)目土質(zhì)邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要包括坡體表層變形監(jiān)測(cè)和深度變形監(jiān)測(cè)，測(cè)點(diǎn)布置如圖1所示。土質(zhì)邊坡支護(hù)施工過(guò)程中，采用全站儀、水準(zhǔn)儀和鉆孔測(cè)斜儀對(duì)坡體變形情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析邊坡的變形情況，確定支護(hù)效果。

3.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果分析

按照監(jiān)測(cè)方案對(duì)土質(zhì)邊坡表層變形和深度變形進(jìn)行檢測(cè)，收集數(shù)據(jù)繪制變化曲線。選取1—1，2—2兩個(gè)監(jiān)測(cè)斷面作為研究對(duì)象，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析。通過(guò)收集鉆孔測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，繪制邊坡深度變形監(jiān)測(cè)曲線如圖2所示。收集坡體表層變形測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，繪制變形曲線如圖3所示。

分析圖2，圖3曲線變化情況，可以得出土質(zhì)邊坡表面和深度的變形情況。從曲線的變化情況看，坡體表層變形和深度變形存在明顯區(qū)別，且發(fā)展規(guī)律存在明顯的不一致性。坡體深部變形隨著測(cè)孔深度的增加，變形量不斷下降，最后達(dá)到零位移，這主要受坡體支護(hù)施工的影響。在邊坡體自身重力的作用下，自攻旋進(jìn)錨桿的錨固力發(fā)揮得更加徹底，加固坡體使深度變形不斷減小。

坡體表層變形總體上趨于穩(wěn)定，但前期監(jiān)測(cè)中出現(xiàn)了幾次波動(dòng)，這主要是受施工和降雨影響造成的。相較而言，B1-1和B2-1測(cè)點(diǎn)的變形較小，B1-2和B2-2測(cè)點(diǎn)變形量較大，但在觀測(cè)20 d以后變形速度逐漸下降，變形幅度變形，監(jiān)測(cè)25 d基本趨于穩(wěn)定。上部邊坡表面測(cè)點(diǎn)B1-1和B2-1前期變形較大，是受到邊坡防護(hù)施工的影響，而下部邊坡表面測(cè)點(diǎn)B1-2和B2-2變形量較大，但曲線變化總體比較平穩(wěn)，這是由于上部結(jié)構(gòu)支護(hù)完成，同時(shí)在坡體自重的影響下提高了錨桿的錨固效果，變形曲線逐步趨于平穩(wěn)。總之，通過(guò)對(duì)土質(zhì)路塹邊坡進(jìn)行支護(hù)，邊坡土體的深度變形和表層變形得到了有效控制，達(dá)到了預(yù)期的加固效果。

4 結(jié)語(yǔ)

土質(zhì)路塹容易受到降雨、施工等因素的影響，出現(xiàn)變形失穩(wěn)，必須采取有效措施進(jìn)行支護(hù)。文章通過(guò)制定施工方案，布置測(cè)點(diǎn)對(duì)邊坡表層變形和深度變形進(jìn)行檢測(cè)，分析檢測(cè)數(shù)據(jù)得出以下結(jié)論：

1)坡體深度變形監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，隨著深度的增加，變形量不斷減少，最后變形量達(dá)到零位移，這主要是自攻旋進(jìn)錨桿的錨固力發(fā)揮了作用。

2)坡體表層變形監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，監(jiān)測(cè)前期變形量較大，這是由于受到施工和降雨影響造成的，后期變形量和變形幅度均不斷下降，這是由于邊坡支護(hù)結(jié)果發(fā)揮了作用。

總之，坡體支護(hù)后深度變形和表層變形均得到了有效的控制，邊坡土體穩(wěn)定，說(shuō)明加固效果達(dá)到了預(yù)期效果。