广西某高速公路边坡稳定性分析及治理方案研究

2020-05-18闫向阳刘玉凤

黑龙江交通科技 2020年4期

关键词：滑面安全系数滑动

何涛，闫向阳，刘玉凤

(1.中国公路工程咨询集团有限公司，北京 100089；2.煤炭科学技术研究院有限公司安全分院，北京 100013；3煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室(煤炭科学研究总院)，北京 100013)

广西自治区百色某高速公路为整体式路基，原设计为五级挖方边坡，最大高度55 m。第二级开挖施工防护的过程中，发生滑坡。滑坡危及高速公路施工及运营安全，急需对滑坡进行稳定分析及治理。本文针对现场条件，提出经济合理的治理方案。

1 工程地质条件

滑坡区属丘陵地貌，地面高程517～732 m，原始地形坡度约为26°～45°，地表为第四系残积地层覆盖，局部地段见基岩出露，地表植被较发育，主要种植松树等经济林。

根据勘察成果，滑坡区从地面依次向下主要地层为含砾粉质黏土、碎块状强风化粉砂岩、中风化粉砂岩。

根据现场地质调查、钻探揭露及区域地质资料，滑坡区上部多为第四系坡积层，下伏基岩为三叠系中统粉砂岩，岩石风化裂隙有一组较发育，产状分别138°∠31°，频数为5～7条/m；裂隙面多有铁质渲染及泥质充填，部分无充填。岩体结构面发育，平直光滑，局部有泥质充填，结合程度差，岩体呈碎裂状结构，完整程度属于较破碎。

2 滑坡特征

2.1 外貌特征

本滑坡属于属于正在滑动的新生滑坡，滑坡体沿路线长80 m，垂直路线方向约60 m，高43 m，平均厚度约8 m，滑坡面积约3 000 m2，体积约2万方；后缘高程623 m，距离坡顶省道206约24 m，高差15 m，前缘剪出口位于设计标高位置，距离下方沟谷约200 m，高差74 m。

2.2 滑动带

根据地质调绘、勘探及位移监测，确定了剪入口和剪出口的位置。根据地质钻探及深孔位移监测确定了滑面的位置。

图1 开挖后的潜在滑面

根据位移监测结果，对监测点的数据在平面图展布，滑动方向约27°，与路线走向夹角100°。滑坡体以含砾粘质粘土及碎石为主，少量碎块状强风化粉砂岩。

3 滑坡稳定性分析

该滑坡具有完整的边界，后缘滑坡壁高差约2 m，前缘鼓起明显，特征发育较完整，根据该边坡滑坡的变形破坏现状，滑坡已经经过了滑动阶段，滑面已完全贯通，目前处于停止滑动的阶段。受控于其脆弱的坡体地质背景条件，如果未能及时实施有效支挡加固工程措施或进一步扰动，其变形势必会继续发展和扩大。

岩体层理产状45～65°∠32～45°，滑坡段产状74°∠32°，和边坡坡向夹角37°，视倾角26.8°，根据赤平投影分析，为顺层坡，属于不利组合，继续施工下挖，剪出口将相应移至坡脚，诱发更大范围和更深层的整体式滑动破坏。

图2 赤平投影分析

4 滑坡剩余下滑力计算

岩土强度参数根据反演分析并结合工程地质类比综合确定。

表1 边坡稳定性计算反演参数一览表

根据《公路路基设计规范》D30-2015，边坡稳定安全系数取值如下表所示：其中正常工况为边坡处于天然状态下的工况，非正常工况1为处于暴雨或连续降雨状态下的工况，非正常工况2为处于地震等荷载作用状态下的工况。

表2 边坡稳定安全系数取值

该滑坡治理后稳定安全系数按照正常工况1.25;非正常工况1.15控制。由于地震烈度为7度，根据《公路工程抗震规范》JTG B02-2013的要求，可不进行抗震验算。采用不平衡推力法对目前滑坡剩余下滑力进行计算，其数值如表3。

表3 剩余下滑力

5 治理方案设计

目前剪出口位于右幅路基路面范围之内，土体完全开挖后，剪出口将移至坡脚，将会诱发深层滑动破坏，深层破坏的方式是顺层滑动破坏；土层松散，锚索预应力易损失；距离省道206较近，破坏后果严重。因此，必须选用适合的治理方案进行设计。

5.1 工程措施

(1)方案一：圆桩

①支档：在在第一级顶部平台位置设置直径2.5 m圆桩，桩长20～26 m，桩间距4 m，共16根；桩顶设置2根6束预应力锚索，锚索长30 m，锚固段10 m，锚固力750 KN，张拉力600 KN；悬臂段设置桩间板，该位置目前滑面剩余下滑力950 KN，深层滑面剩余下滑力1 600 KN，桩身及挡土板混凝土强度等级为C30，护壁强度等级不低于C20。

②二级路下方设置四排钢管桩，间距1.5 m。排距0.5 m，共设置四排；桩顶设置2 m高系梁，每隔3 m设置一道预应力锚索，锚索张拉力50 KN。

③抗滑桩装顶以上修整坡面后按喷锚支护封闭坡面。

④治理之后目前滑面正常工况及非正常工况稳定安全系数为1.32/1.21；潜在滑面正常工况及非正常工况稳定安全系数为1.23/1.15。

⑤造价约683万。

(2)方案二：方桩

①支档：在坡脚位置设置2.5×3 m2抗滑桩，桩长20～26 m，桩间距7.5 m，共13根；桩顶设置1根6束预应力锚索，锚索长30 m，锚固段10 m，锚固力750 KN，张拉力400 KN；悬臂段设置桩间板，该位置目前滑面剩余下滑力950 KN，深层滑面剩余下滑力1 600 KN，桩身及挡土板混凝土强度等级为C30，护壁强度等级不低于C20。

②二级路下方设置四排钢管桩，间距1.5 m。排距0.5 m，共设置四排；桩顶设置2 m高系梁，每隔3 m设置一道预应力锚索。③治理之后目前滑面正常工况及非正常工况稳定安全系数为1.31/1.2；潜在滑面正常工况及非正常工况稳定安全系数为1.228/1.14。

④方案造价约476万。

(3)方案对比及选取

表4 方案对比表

从经济、安全、施工工期等方面，对上述两种方案进行综合比选后，将方案一做为推荐方案，共设置24根圆桩。

5.2 排水措施

地表排水：边坡坡顶线外5 m位置设置截水沟，可以按实际地形接顺。另外在后缘裂缝外侧依据实际地形设置第二道截水沟，所有截水沟应与涵洞、山间冲沟或坡顶急流槽接顺；桩顶设置上挡式截水沟，各级平台截水沟需接顺。

地下水排水：在第二、三级坡脚做超长斜式排水孔，平均长度49 m，排水孔间距5 m，在具体施工过程中，应根据施工揭示地层及含水状态等实际情况调整孔位、孔数和孔深，以排水孔正常出水率达50%以上为宜，确保平孔排水工程效果。

5.3 监测措施

在边坡K80+322断面附近布设深部位移监测断面1条，共三个点，平均孔深25 m，监测周期为治理期一年，工后两年；在地表布设地表位移监测点，监测周期为治理期一年，工后两年；在每根抗滑桩顶部设置位移监测点，对抗滑桩位移进行监测，桩顶锚索设置锚索测力计，监测锚索受力变化情况，压力传感器外露测线应注意保护，防止老化；监测周期为治理期一年，工后两年。

在边坡各级按设计锚索总孔数的10%随机抽样，进行锚下预应力长期监测工作，监测周期为工后2年。