某庫區(qū)公路邊坡加固穩(wěn)定性及可靠度分析

李生暉 代朝科 張炯明

（1、青海經(jīng)緯水利水電設(shè)計有限公司，青海 西寧810001 2、西寧市大通回族土族自治縣水利局，青海 西寧 810100)

1 概述

隨著公路建設(shè)的快速實施，在庫區(qū)產(chǎn)生了大量路塹邊坡，且沿線庫區(qū)公路地質(zhì)條件復(fù)雜，地形變化較大。庫區(qū)水位的升高會造成邊坡地下水位升高，使松散堆積土體和軟弱巖體岸坡段的庫岸極易發(fā)生崩塌、滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。目前對于邊坡穩(wěn)定性分析研究主要采用理論分析和數(shù)值模擬等手段。曾亞武等[1]對邊坡穩(wěn)定性分析的有限元法與極限平衡法的結(jié)合進行了探討。穩(wěn)定性較差的邊坡容易發(fā)生破壞，造成滑坡和崩塌等災(zāi)害事故，需要提前進行加固處理。基于此，大量學(xué)者開展了邊坡破壞機理和加固措施研究：王聰聰?shù)萚2]、羅根傳等[3]、通過數(shù)值模擬方法，建立邊坡分析模型，探討了抗滑樁在邊坡中的加固效果，分析了邊坡的變形破壞機制和整體穩(wěn)定性；本文結(jié)合工程實際，對某庫區(qū)公路邊坡提出了相關(guān)邊坡加固方案，并對加固后的邊坡進行了穩(wěn)定性驗算及加固可靠度分析。

2 工程概況及穩(wěn)定性分析

2.1 工程概況

該段庫岸邊坡地形地貌上總體為東、西側(cè)為砂巖、粉砂質(zhì)頁巖構(gòu)成的凸起的山脊，中間向北向傾斜，地形稍緩呈槽狀。該段庫岸為巖土組合岸坡，岸坡坡體主要為碎塊石土，土石比約為1：1，滑移面附近粘粒含量較高，土石比可達1.5：1，主要為崩坡積物。邊坡產(chǎn)生滑移后的地形地貌如圖1 所示。

圖1 邊坡滑移破壞圖

2.2 穩(wěn)定性分析

該段庫岸坍塌治理工程的研究對象主要為岸坡坡體的覆蓋層碎塊石土，計算中選取典型剖面進行分析，剖面如圖2 所示。根據(jù)相關(guān)資料和類比相關(guān)工程經(jīng)驗，該段塌岸邊坡穩(wěn)定計算參數(shù)建議值見表1。

表1 邊坡穩(wěn)定計算參數(shù)建議值表

圖2 地質(zhì)剖面圖

基于極限平衡理論對地質(zhì)剖面覆蓋層的參數(shù)進行反演，用GeoStudio 軟件對結(jié)果繪制出K-c 關(guān)系曲線，通過計算關(guān)系曲線與其相對應(yīng)的安全系數(shù)的交點，可以得出臨界情況下（K=1.05）不同φ 值情況下所對應(yīng)的c 值，找出最危險情況下覆蓋層的參數(shù)c=25kPa、φ=14.7°。使用GeoStudio 軟件，采用極限平衡法理論計算最危險情況下安全系數(shù)，取規(guī)范中相應(yīng)工況中安全系數(shù)下限值進行比較，該邊坡剖面各工況計算得出的安全系數(shù)較低，在天然工況下安全系數(shù)1.05＜1.15、暴雨工況下安全系數(shù)0.846＜1.05、地震工況下安全系數(shù)0.962＜1.05，說明該邊坡存在局部欠穩(wěn)定現(xiàn)象。

3 加固方案及其穩(wěn)定性驗算

根據(jù)該段庫岸的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和塌岸型式，該庫岸段應(yīng)采用抗滑樁作為防護措施[4-5]。抗滑樁能夠提供較大的側(cè)向阻力，支擋滑體的滑動力從而整治變形體的穩(wěn)定性起到穩(wěn)定邊坡的作用。同時抗滑樁施工工程期短、效果顯著、消耗資源不多。因此，初步設(shè)定在180m 高程位置設(shè)置抗滑樁，抗滑樁共計設(shè)置9 根。在邊坡中間布置5 根長度為14m的抗滑樁，兩側(cè)分別均勻布置2根長度為13m的抗滑樁，布置方向垂直于地質(zhì)剖面中危險滑帶的滑床。抗滑樁截面尺寸都為2m×3m，樁中心間距4 米，樁長度為14m、13m 兩種，樁嵌固段長度要大于或等于樁長的1/3。使用GeoStudio 軟件計算出設(shè)置抗滑樁后自動搜索滑帶的安全系數(shù)和指定滑帶的安全系數(shù)，具體結(jié)果如圖3 所示。

圖3 不同工況下剖面安全系數(shù)計算結(jié)果圖

地質(zhì)剖面經(jīng)過布置抗滑樁后，利用GeoStudio 軟件得出的安全系數(shù)遠遠大于1.15，設(shè)置抗滑樁后，剖面坡體的整體穩(wěn)定性得到了明顯的提升，在天然工況、暴雨工況和地震工況下，安全系數(shù)均滿足了設(shè)計要求并且有一定的富余，即有了一定的安全儲備，因此這種滑坡治理建議是可行的。

4 加固方案可靠度分析

從對地質(zhì)剖面滑帶安全系數(shù)的計算結(jié)果可以看出，該邊坡在打抗滑樁加固后，穩(wěn)定性達到了規(guī)范的要求。為了進一步確定最優(yōu)方案，對該支護方式的可靠度進行分析。使用GeoStudio軟件，對剖面布置抗滑樁后的極限平衡狀態(tài)進行模擬，并對加固方案的可靠度進行分析，可靠度分析結(jié)果如表2 所示。

表2 可靠度分析結(jié)果

由表2 可知，三種工況在滑移體進行抗滑樁支護后，可靠度指標(biāo)達到要求，邊坡達到穩(wěn)定狀態(tài)。故在三種工況下，采用抗滑樁的支護方案可以有效提高邊坡的穩(wěn)定性。

5 結(jié)論

運用極限平衡法對該邊坡穩(wěn)定性進行分析，發(fā)現(xiàn)該邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，威脅到庫區(qū)公路和建筑的安全及居民的生命財產(chǎn)安全，急需進行治理。參考同地區(qū)類似工程治理措施，綜合考慮周邊環(huán)境，在“安全可靠，技術(shù)先進，經(jīng)濟合理，施工方便”的原則下，力求經(jīng)濟。采用設(shè)置抗滑樁加固治理措施，通過對邊坡治理方案設(shè)計進行分析，并進行穩(wěn)定性驗算及可靠度分析，計算結(jié)果均滿足規(guī)范及設(shè)計要求。邊坡變形整體由加固前的20cm減小至10cm 以內(nèi)，變形得到了有效控制。