混合巖風(fēng)化層深路塹邊坡處治設(shè)計

袁宏成

摘要：混合巖風(fēng)化層在我國多個省份有大面積分布，該地層未擾動前比較致密、承載力較高，擾動后強(qiáng)度迅速降低、軟化、崩解，自穩(wěn)性差。基于邊坡穩(wěn)定性分析，結(jié)合工程實(shí)際，從穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性等方面對某混合巖深路塹邊坡的處治提出“陡坡率+強(qiáng)支擋”的深路塹邊坡加固處治方案，對類似工程有一定的參考和借鑒作用。

關(guān)鍵詞：邊坡；穩(wěn)定性分析；混合巖；路塹

0? ?引言

公路邊坡穩(wěn)定性處于動態(tài)發(fā)展，對降雨量、開挖支護(hù)流程等要求較為嚴(yán)格。本文基于邊坡穩(wěn)定性分析，結(jié)合工程實(shí)際，從穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性等方面對某混合巖深路塹邊坡的處治提出“陡坡率+強(qiáng)支擋”的深路塹邊坡加固處治方案。在開挖環(huán)節(jié)按照要求采取加固措施，以促進(jìn)公路工程穩(wěn)定性，提高工程安全系數(shù)。

1? ?工程概況

高州市潘洲大道北連接線工程，按照市政快速路及一級公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，主線按雙向八車道+輔道雙向四車道的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè)，設(shè)計速度為80km/h，路基寬40m。場區(qū)屬粵西低山丘陵地貌，山體由第四系殘坡積層（Q₄^el+dl）黏性土及寒武系（∈bc）混合巖構(gòu)成。

現(xiàn)狀山體較高大，形態(tài)復(fù)雜，山坡較陡峭，地形起伏變化大。線路切割的山體呈陡坡狀，山坡自然坡度約在25～42°，山坡植被發(fā)育。擬深挖路塹段位于高州市山美街道境內(nèi)，線路呈約170°走向，經(jīng)過處地形陡峭，挖方地段位于道路K33+420～K33+860左側(cè)，長度約460m，最大邊坡高度約50m。

2? ?工程地質(zhì)條件

滑坡區(qū)屬大陸型中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，年內(nèi)受季風(fēng)影響大，冬季干燥寒冷，夏季潮濕酷熱，年溫差較大，春夏之間、為冷暖氣流交替過渡地帶，造成梅雨天氣，降雨主要集中每年的在4～9月，易造成洪澇災(zāi)害。

根據(jù)本次鉆探結(jié)果，結(jié)合地面地質(zhì)調(diào)查，場址區(qū)上覆第四系殘坡積層（Q₄^el+dl）下伏寒武系（∈bc）混合巖。場址區(qū)鉆探揭示地層由新至老描述如下。

粉質(zhì)黏土（Q₄^el+dl）：灰黃色、黃褐色、灰白色，由碎屑巖風(fēng)化殘積而成，可塑、硬塑-堅硬狀，干強(qiáng)度高，韌性強(qiáng)，切面較光滑，稍有油脂光澤，無搖振反應(yīng)。各鉆孔均有揭露，工程地質(zhì)性質(zhì)一般。

全風(fēng)化混合巖（∈bc）：灰黑色、灰白色，巖石完全風(fēng)化，巖芯呈土狀，局部夾強(qiáng)風(fēng)化巖塊。各鉆孔均有揭露，揭露厚度約9.70～10.90m，工程地質(zhì)性質(zhì)一般。

強(qiáng)風(fēng)化土狀混合巖（∈bc）：灰黑色、灰白色，條帶狀構(gòu)造，裂隙發(fā)育，巖芯呈半巖半土狀，用手易掰碎。揭露厚度7.30～21.90m，工程性質(zhì)一般。

根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪，結(jié)合區(qū)域地質(zhì)資料，場址區(qū)范圍內(nèi)未見明顯斷裂構(gòu)造形跡，本次勘察過程中，未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造和新構(gòu)造運(yùn)動痕跡。

場區(qū)位于山坡上部，地表無長年性水流，僅在在雨季有短暫地表徑流，雨季雨量充沛，地表徑流對坡面坡腳的沖刷較大。地下水由上部土層孔隙潛水和深部基巖裂隙水組成，含水量較小，其補(bǔ)給來源主要靠大氣降水的入滲補(bǔ)給，以沿裂隙滲流形式或受地形切割排出地表，動態(tài)變化受季節(jié)控制明顯。本次勘察結(jié)果顯示，場區(qū)地下水穩(wěn)定水位埋深在6.0～15.5m。

根據(jù)結(jié)合原位測試結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，依據(jù)有關(guān)規(guī)范、規(guī)程，結(jié)合本地區(qū)的工程經(jīng)驗，現(xiàn)推薦各主要巖土層的力學(xué)指標(biāo)如表1所示。

3? ?邊坡開挖方案及其穩(wěn)定性分析

3.1? 邊坡開挖方案

根據(jù)道路K33+420～K33+860段開挖情況，選取K33+700作為典型斷面進(jìn)行穩(wěn)定性計算分析。由于左側(cè)邊坡巖土體主要為混合巖全-強(qiáng)風(fēng)化層，依據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTG D30-2015），采用Bishop法計算邊坡在正常工況下的穩(wěn)定性。

邊坡開挖方案有3種。邊坡開挖方案1：將邊坡分為6級坡，坡率分別為1：1、1：1、1：1.25、1：1.25、1：1.5、1：1.5，邊坡平臺寬度為2m。邊坡開挖方案1如圖1所示。

邊坡開挖方案2：將邊坡分為6級坡，坡率分別為1：1、1：1.25、1：1.25、1：1.25、1：1.25、1：1.5，其中第3級平臺寬度為6m，其他邊坡平臺寬度為2m。邊坡開挖方案2如圖2所示。

邊坡開挖方案3：設(shè)置8m高樁板墻，邊坡分2級坡，其上邊坡坡率分別為1：1、1：1坡，邊坡平臺寬度為2.0m。邊坡開挖方案3如圖3所示。

3.2? ?邊坡穩(wěn)定性分析

對以上3種邊坡開挖方案進(jìn)行穩(wěn)定性計算，計算結(jié)果如表2所示。相關(guān)規(guī)范規(guī)定，一級公路在天然狀態(tài)下，路塹邊坡穩(wěn)定性系數(shù)不應(yīng)小于1.20。從表2可以看出，按設(shè)計坡率進(jìn)行開挖后，在沒有采取加固措施的情況下，方案1和方案2邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)均不滿足規(guī)范要求。相比較而言，在邊坡坡率放緩、平臺加寬的情況下，邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)得到了明顯提高。在采取合適的加固措施后，邊坡的穩(wěn)定性均能滿足規(guī)范要求。

4? ?提高邊坡開挖穩(wěn)定性策略

邊坡開挖過程中，防護(hù)措施的選擇，對提高開挖過程的邊坡穩(wěn)定性具有重要意義。應(yīng)對邊坡開挖穩(wěn)定性設(shè)計條件進(jìn)行確定，評價坡體狀態(tài)，不斷優(yōu)化設(shè)計方案，控制工程造價，確保邊坡施工穩(wěn)定性。在確保工期前提下，以施工效率高、投資產(chǎn)出比高為原則選擇適當(dāng)支護(hù)方式。防護(hù)設(shè)計以“固腳強(qiáng)腰”為主，坡面防護(hù)一般采用骨架植草的方式，以發(fā)揮植被防護(hù)邊坡效果，增強(qiáng)邊坡穩(wěn)定性。

針對混合巖邊坡，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)踐采取科學(xué)的分級開挖、穩(wěn)定措施，提高工程的可靠性。混合巖風(fēng)化層地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，為了提高施工可靠性和安全性，局部地段可采用強(qiáng)支擋如錨桿、錨索進(jìn)行加固。

施工過程中，應(yīng)選擇適當(dāng)施工期，加強(qiáng)施工過程中排水管控，及時開挖及時支護(hù)，提高對邊坡現(xiàn)場施工的變形監(jiān)測，減少不必要損失。

全面分析混合巖風(fēng)化層地質(zhì)特征，針對邊坡采取預(yù)加固防護(hù)措施，有利于規(guī)避施工過程中存在的塌方、滑坡等邊坡災(zāi)害，提高邊坡穩(wěn)定性，合理控制工程造價成本，為后續(xù)相同地質(zhì)條件施工提供了理論指導(dǎo)基礎(chǔ)。

5? ?邊坡加固方案比選

5.1? ?方案1和方案2比較

由于塹頂?shù)匦纹骄彛史雌纶厔荩吰缕侣史啪彛瑢?dǎo)致增設(shè)寬平臺后，方案1邊坡高度為51.5m，方案2邊坡高度為49.5m。兩方案邊坡開挖高度基本一致，最高邊坡斷面征地寬度增加約11.2m。但方案1需要對第2、3、4級邊坡采取錨固措施，方案2僅需對第2、5級邊坡采取錨固措施。方案1錨固工程量大，同時邊坡坡率放緩，設(shè)置寬平臺，邊坡的自穩(wěn)性也相對較好。

5.2? ?方案2與方案3比較

采用強(qiáng)支擋方案可使邊坡高度降低為26.5m。因采用樁板墻加固，加固工程量較大，但征地寬度和開挖土石方大幅降低，對山體的開挖擾動影響較小，對自然環(huán)境的破壞也較小。

5.3? ?確定最終方案

對3種方案的加固工程量、征地數(shù)量以及開挖土石方數(shù)量等進(jìn)行綜合比選，K33+420～K33+860段左側(cè)路塹邊坡如采用方案3開挖加固，總體造價略高，但考慮本項目廢方數(shù)量較大，K33+420～K33+860段邊坡如放坡開挖，占地大，對環(huán)境的破壞也較大。因此綜合比選之后，對本段邊坡推薦采用樁板墻+預(yù)應(yīng)力錨索加固的設(shè)計方案。

6? ?結(jié)束語

混合巖風(fēng)化層強(qiáng)度較低，遇水容易軟化，該類地質(zhì)情況下的深路塹邊坡極易誘發(fā)工程滑坡。本文基于邊坡穩(wěn)定性分析，結(jié)合工程實(shí)際，從穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性等方面對某混合巖深路塹邊坡的處治提出“陡坡率+強(qiáng)支擋”的深路塹邊坡加固處治方案。在開挖環(huán)節(jié)按照要求采取加固措施，以促進(jìn)公路工程穩(wěn)定性，提高工程安全系數(shù)。

根據(jù)地形和地質(zhì)條件，在K33+420～K33+860段路塹邊坡，采用樁板墻+預(yù)應(yīng)力錨索框架梁+框架梁內(nèi)噴播植草的處治方式，不僅可有效對邊坡進(jìn)行加固，同時滿足了生態(tài)設(shè)計的要求。在無法采用緩邊坡大開挖且地下巖層能有效提供錨固力地段，可采取陡坡率+強(qiáng)支擋方案。同時，為了保證工程安全，實(shí)際施工時應(yīng)采用“動態(tài)設(shè)計法”，通過施工坡體的變形監(jiān)測情況指導(dǎo)施工，必要時可對設(shè)計內(nèi)容作適當(dāng)調(diào)整。

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