某高速公路松散堆積體邊坡病害原因分析及處治研究

王衛(wèi)強(qiáng)

(蘇交科集團(tuán)股份有限公司 南京市 210017)

0 引言

松散堆積體是天然條件下或人為棄方堆積而形成的一種地質(zhì)類型,具有松散、透水性強(qiáng)、吸水后易軟化、強(qiáng)度低、欠固結(jié)等工程特性,容易引發(fā)道路災(zāi)害[1-2]。國內(nèi)相關(guān)學(xué)者對松散堆積體邊坡的病害類型和加固方法進(jìn)行了廣泛的研究,其中病害類型主要有泥石流、滑坡、坡面滑塌等,加固方法主要有坡率法與減重法、生態(tài)防護(hù)技術(shù)、抗滑樁、錨桿框格梁、錨索框格梁支護(hù)、加筋擋墻、重力式擋墻及排水截水工程等[3-8]。

文章對云南某高速公路人工堆積體邊坡變形特征進(jìn)行分析,該邊坡病害與以往松散堆積體常見的滑坡、滑塌等病害不同。通過理論計算和變形觀測,詳細(xì)分析邊坡病害成因并介紹相應(yīng)的處理方法,以期為類似堆積體邊坡加固工程提供借鑒參考。

1 工程概述

云南某高速公路全線采用雙向四車道標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計速度80km/h,路基寬度24.5m,全長49.4km。其中K43+300～K43+520段受路線總體控制,需穿越一松散堆積體。通過谷歌地圖回放可知,該堆積體原為2003年設(shè)置的棄渣場,自2010年開始在此倒置棄土,至2015年棄方高度約60m,棄方體積約6×105m3,具體見圖1。該項目路線從棄土區(qū)左半幅通過,路面設(shè)計高程以下棄方高度約14m,路面以上高度約46m。該項目2016年3月始建,2019年1月建成通車。

圖1 堆積體形成過程

原設(shè)計采用清方處理,但考慮到棄土場距離約12km,棄方費(fèi)用較高,故采用放坡加部分清方的方案。其中K43+340～K43+430段為五級邊坡,其余為四級邊坡。第一至第四級邊坡坡率1∶1.5,第五級邊坡坡率1∶1,平臺寬度5～10m。其中第一級邊坡采用拱形骨架防護(hù),第二、第三和第五級邊坡采用錨桿框格梁防護(hù),錨桿長度12m,第四級邊坡采用錨索防護(hù),錨索長度25m。K43+325～K43+420段開挖路面以下堆積體過程中,在未實施支護(hù)措施的情況下,上方發(fā)生滑坡,一級平臺增設(shè)抗滑樁,抗滑樁尺寸為1.5m×2.0m,樁間距5m,樁長18m;K43+420～K43+480段坡腳設(shè)置3m高擋墻,擋墻頂寬1.4m,露出地面1.5m,具體見圖2。

圖2 堆積體邊坡處理方案

2 病害情況

2019年12月,在巡查過程中發(fā)現(xiàn)K43+420～K43+500段高邊坡出現(xiàn)坡面平臺開裂,四級坡面錨索框格梁剪段,個別錨頭崩壞以及擋墻外傾等病害。從病害特征來看,初步判斷為邊坡滑動,擬在該段落增設(shè)抗滑樁,但因其他原因一直未實施。2020年5月,再次進(jìn)行現(xiàn)場察看,發(fā)現(xiàn)未設(shè)抗滑樁路段二級和三級平臺裂縫進(jìn)一步發(fā)展,其他各級平臺裂縫未見發(fā)展。設(shè)置了抗滑樁路段,抗滑樁前土層明顯下錯,三級平臺也有少許裂縫,且該段落路面沉陷嚴(yán)重,遂決定對該段落進(jìn)行補(bǔ)勘和變形監(jiān)測。圖3中,(a)、(b)和(c)為2019年12月實拍照片,(d)、(e)為2020年5月實拍照片。

圖3 現(xiàn)場病害照片

3 補(bǔ)勘情況

補(bǔ)勘布設(shè)1個剖面,3個鉆孔,分別位于一級平臺、二級平臺和三級平臺,孔深按照25～30m預(yù)估,鉆孔深度按照進(jìn)入最下層潛在滑面以下3.0～5.0m進(jìn)行控制。根據(jù)鉆探成果,此段范圍地層分布如下,具體見圖4。

圖4 K43+450工程地質(zhì)剖面圖

(1)人工雜填土層(Q4ml)

①層黏性土(Q4ml):雜色,稍密,稍濕,以黏性土為主,局部夾少量建筑垃圾及生活垃圾,含量約10%,為新近回填,頂部0.3m為混凝土塊。層厚4.80～10.40m。

②層角礫(Q4ml):雜色,稍密,稍濕,以角礫土為主,局部夾少量建筑垃圾及生活垃圾,含量約10%,為新近回填,頂部0.3m為混凝土塊。層厚0～3.70m。

(2)沖洪積層(Q4al+pl)

③層角礫(Q4al+pl):雜色,稍濕,中密,粒徑大于2mm顆粒質(zhì)量約占總質(zhì)量的70%,一般粒徑在2～10mm,最大粒徑約80mm,顆粒磨圓度較差,呈棱角狀～次棱角狀,分選性較差,級配較好,大顆粒母巖成份以砂巖和灰?guī)r為主,泥質(zhì)含量約占5%。層頂埋深4.8m,厚度較大。地基承載力基本容許值推薦值350kPa,樁側(cè)土摩阻力標(biāo)準(zhǔn)值100kPa。

4 變形監(jiān)測情況

在K43+300～K43+520段內(nèi)布設(shè)5個觀測橫斷面。其中Ⅰ斷面(共7個監(jiān)測點(diǎn))、Ⅱ斷面(共7個監(jiān)測點(diǎn))、Ⅲ斷面(共9個監(jiān)測點(diǎn))、Ⅳ斷面(共9個監(jiān)測點(diǎn))、Ⅴ斷面(共6個監(jiān)測點(diǎn))。文章收集了2020年6月2日至10月13日的觀測結(jié)果,并按照縱向7個斷面從下至上進(jìn)行了整理,具體見圖5。

圖5 觀測斷面布置

變形觀測結(jié)果見圖6。在此僅展示縱向斷面四,其他斷面觀測結(jié)果與縱向斷面四基本一致,豎向位移從低到高,越來越小。從圖6可以看出:

圖6 水平位移隨時間的變化曲線

(1)豎向和水平累計位移均在10mm內(nèi),且位移變化均呈現(xiàn)收斂狀態(tài)。

(2)水平位移方向不固定,未出現(xiàn)同一趨勢的位移變化。

5 原因分析及處治方案

5.1 邊坡穩(wěn)定性分析

文章對K43+450斷面(圖2)采用錨桿和錨索后原設(shè)計方案的穩(wěn)定性進(jìn)行分析,計算參數(shù)見表1。經(jīng)計算,天然工況下,穩(wěn)定系數(shù)為1.306;暴雨工況下,穩(wěn)定系數(shù)為1.151,邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。隨著堆積體逐漸完成固結(jié),穩(wěn)定系數(shù)會逐漸增大。

表1 邊坡穩(wěn)定性計算參數(shù)取值表

5.2 原因分析

從該堆積體邊坡的穩(wěn)定計算、變形監(jiān)測、變形特征及發(fā)展過程可知,該堆積體邊坡產(chǎn)生病害的主要原因是堆積體自身的沉降,主要基于以下3點(diǎn)進(jìn)行分析:

(1)該堆積體邊坡放坡以1∶1.5坡率為主,且

每級設(shè)有6～10m的寬平臺,綜合坡率約1∶2,角度為26°,基本接近原邊坡角度,加上錨桿、錨索、擋墻等支擋措施,經(jīng)穩(wěn)定性計算可知邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

(2)2019年12月病害初始情況與滑動的特征較為相似,但從2020年5月病害的特征來看,此期間病害發(fā)展以沉降為主,且設(shè)置抗滑樁的路段平臺也出現(xiàn)了裂縫,抗滑樁樁周土體出現(xiàn)了沉降,與抗滑樁頂形成約5cm的高差。同時,該段落路面沉降也較為嚴(yán)重。

(3)從2020年6月以后的變形監(jiān)測情況來看,水平位移無較大變化,亦沒有共同的變形趨勢。

綜上,認(rèn)為產(chǎn)生松散堆積體邊坡病害的主要原因是堆積體沉降。

5.3 病害處理

考慮到該項目病害主要由邊坡沉降導(dǎo)致,且邊坡穩(wěn)定性分析和邊坡位移監(jiān)測結(jié)果均表明邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài),因此采取如下處理方案:

(1)第一級平臺缺少排水溝,增設(shè)排水溝。

(2)各級平臺排水溝缺少水溝連接,在邊坡外側(cè)增設(shè)截水溝,并連通各級平臺排水溝。

(3)對平臺裂縫進(jìn)行封閉處理,修復(fù)崩斷的錨頭。

(4)持續(xù)對邊坡進(jìn)行變形監(jiān)測。

6 結(jié)語

病害處理兩年多來,該堆積體邊坡運(yùn)行良好,未出現(xiàn)相關(guān)病害,表明文章提出的原因分析和病害處理方案是合理的。參考該項目,對于堆積體邊坡的處理,建議重點(diǎn)考慮以下幾個方面:

(1)對于堆積體邊坡,不僅需考慮邊坡穩(wěn)定問題,還需考慮邊坡的沉降變形問題。

(2)可借助谷歌地圖回放功能協(xié)助了解堆積體的形成過程。

(3)堆積體邊坡的加固,推薦坡率法和減重法,盡量采用柔性支擋防護(hù)措施以適應(yīng)邊坡的沉降。

(4)從平臺的裂縫可以看出,抗滑樁不但對邊坡的穩(wěn)定起作用,也可減少欠固結(jié)邊坡的沉降。

(5)項目在采取抗滑樁+錨桿+錨索或擋墻+錨桿+錨索的措施下,保證了邊坡沉降狀態(tài)下的穩(wěn)定。若沒有綜合支擋措施,單純的錨索或錨桿防護(hù)容易在邊坡沉降的過程中失去效用,導(dǎo)致邊坡滑動。因此,在無法進(jìn)行坡率法設(shè)置的情況下,建議采用擋墻+錨桿或錨索的綜合支擋措施,尤其是在斜坡地形上形成的松散堆積體。

(6)應(yīng)重視堆積體邊坡的截水、排水設(shè)計。