公路邊坡穩(wěn)定性分析及治理方案

摘 要：某公路邊坡沿線出現(xiàn)了地裂縫，公路兩旁房屋墻體開裂，經現(xiàn)場調查及分析研究，該邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，應采取相應的治理措施。根據該區(qū)域的地形、地質、施工技術及經濟條件，提出了兩套治理方案，綜合各因素考慮，最終選擇了微型鋼管樁結合截排水對該邊坡進行治理，并對治理后的安全性做出了評價。

關鍵詞：公路邊坡；穩(wěn)定性；微型鋼管樁；治理方案

中圖分類號：O29 文獻標志碼：A 文章編號：1000—8772（2012）13—0136—02

在我國西南山區(qū)公路建設過程中，往往形成了大量的邊坡[1]。由于邊坡巖土特性復雜多變，破壞模式、計算參數及計算理論都存在諸多不確定性；同時，因勘察、設計、施工和管理不當形成一些質量低劣的邊坡工程。上述因素均會影響邊坡的正常使用狀態(tài)，影響公路運營及人民的生活生產安全。隨著山區(qū)公路建設的增加，進一步進行研究與分析顯得十分必要。

本文以湖北省西南部長陽縣境內的某公路邊坡為研究對象，在詳細調查現(xiàn)場地質資料的基礎上，詳細分析和計算其穩(wěn)定性，為工程防護提供依據，同時提出合理的治理措施，以期對同類型邊坡的認識和治理提供相應的參考。

1 工程地質條件

該公路邊坡位于湖北省西南部長陽縣境內，通過野外地質勘察，該段邊坡及其周邊地區(qū)出露的基巖地層為泥盆系上統(tǒng)寫經寺組頁巖與粉砂巖（D3x）、黃家磴組石英砂巖夾頁巖（D3h）、中統(tǒng)云臺觀組石英砂巖（D2y），志留系中統(tǒng)紗帽組砂巖、粉砂巖（S2sh），下統(tǒng)羅惹坪組頁巖夾粉砂巖（S1Lr）、龍馬溪組頁巖（S1L）。邊坡范圍內覆蓋有第四系的滑坡堆積物、坡積堆積物、崩坡積堆積物。坡體陡峭，坡體大部分被樹木和農作物所覆蓋，分布有較多的強風化頁巖碎片，局部存在著大塊頁巖塊。區(qū)內多年平均降雨量為1400mm，降雨主要集中在夏秋兩季，大強度暴雨時有發(fā)生[2]，地下水的類型為孔隙水與裂隙水，邊坡地下水主要來源于大氣降雨。目前，邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，公路沿線出現(xiàn)地裂縫，公路兩旁房屋墻體開裂，嚴重影響了當地居民的正常生活和生產。

2 邊坡穩(wěn)定性分析與評價

該邊坡的變形模式為發(fā)生地面開裂現(xiàn)象，局部產生大的裂縫，可能引起整體破壞。其破壞是由于巖土體剪切面中剪應力達到了巖土體的抗剪強度，以致沿剪切面發(fā)生破壞，因此預測和評價邊坡的穩(wěn)定性，就是如何從實際的和最不利的條件出發(fā)，找到潛在的破壞面和力學指標進行安全系數驗算。評價與計算邊坡穩(wěn)定性常采用極限平衡法[2～3]，對可能產生折線滑動的邊坡應采用推力傳遞系數法進行計算，其計算簡圖如下圖所示，基本假設為條塊間的相互作用力的方向平行于上一條塊的底滑面，條塊間只傳推力，不傳拉力，各條塊的平衡方程式如下：

計算簡圖

式中：

Wi——垂直荷載，包括土條自重和其上部的建筑荷載。其中，自重可將其分為兩部分，地下水位以上用干容重計算，設為Wi1；地下水位以下用飽和容重計算，設為Wi2。其他垂直荷載，設為Pi。假設自重的作用線通過條塊寬度的中心線；

Qi——水平荷載，包括水平孔隙壓力和其他水平荷載，向剪切面的出口方向為正；

Ui——剪切面上的孔隙水壓力的合力，與剪切面正交；

C′、φ′——剪切面參數；

Li——土條底面長度；

αi——土條底面傾角。

依據地質勘察報告中的防治工程設計參數建議，選取邊坡穩(wěn)定性計算的參數，詳見表1。

采用推力傳遞系數法進行計算，其計算結果見表2，說明該邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，加之后期擾動，可能會造成整體破壞，需采取治理措施。

3 加固治理方案分析與比選

對于邊坡的治理措施，主要有削坡減載技術、排水與截水措施、錨固措施、混凝土抗剪結構措施、支擋措施、壓坡措施以及植物框格護坡、護面等。在邊坡治理工程中強調多措施綜合治理的原則，以加強邊坡的穩(wěn)定性。考慮到該邊坡的地形、地質、施工技術和經濟條件，并結合以往工作經驗，擬定如下2個方案進行比選。

方案一：適度清挖坡面后，在邊坡治理區(qū)域高程226m～245m范圍內，布置3—5排微型鋼管樁來對變形坡體深層滑動進行治理，治理工程分為A、B、C三個區(qū)，A區(qū)微型鋼管樁長度為25m，B區(qū)長度為30 m，C區(qū)長度為20 m。鋼管樁采用外徑60mm無縫鋼管套管焊接，C20混凝土中壓灌漿。在邊坡體的兩側，分別設置排水溝S1—S7，S14—S16，兩道排水溝上部均連接公路排水系統(tǒng)，將降水排除在滑坡體之外，在治理區(qū)域上部設置截水溝S8—S13，防止降水或生活污水滲入坡體。

方案二：根據地勘資料揭示的邊坡體地質剖面特征以及整體穩(wěn)定系數及下滑力計算分析，在邊坡體治理區(qū)域高程245m處設置抗滑樁。抗滑樁截面為2×3m，間距6m，長度25m，其中擋土段17m，錨固段8m，共26根。樁身采用C30混凝土，受力筋采用HRB335，保護層厚取100mm。截排水溝設計如同方案一。

兩方案都是基于邊坡變形體穩(wěn)定性、變形破壞特性等分析和不同工況條件下穩(wěn)定性計算確定的。方案一是通過1m×1m梅花形布置微型鋼管樁對推力較大的變形體整體進行阻滑，同時完善地表排水系統(tǒng)，降低地表水對變形體的不利影響，技術可行性比較強。方案二是通過抗滑樁對變形體整體進行阻滑支擋，并實施地表水疏排，該方案為傳統(tǒng)的抗滑支擋方案。兩方案均能滿足變形體防護原則，在技術上均可行。由于邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，公路沿線出現(xiàn)地裂縫，公路兩旁房屋墻體開裂，相比較而言方案一微型鋼管樁對滑坡體本身擾動小，施工質量容易控制，而方案二在施工上難度較大，工期較長。方案一微型鋼管樁造價為196.7萬元，方案二抗滑樁造價為396.5萬元，綜合考慮技術可行性、經濟合理性和施工簡便性，最后確定使用方案一進行邊坡治理。

4 治理工程設計及安全性評價

在邊坡治理區(qū)域高程226m～245m范圍內，布置3—5排微型鋼管樁來對變形坡體深層滑動進行治理，治理工程分為A、B、C三個區(qū)，A區(qū)微型鋼管樁長度為25m，B區(qū)長度為30 m，C區(qū)長度為20m，管樁采用外徑60mm無縫鋼管套管焊接而成。微型鋼管樁之間采用現(xiàn)澆C25鋼筋混凝土連梁連接，鋼筋混凝土連梁頂梁和底梁截面尺寸為300mm×400mm，主筋采用4φ25，其余連梁截面尺寸200mm×200mm，連梁主筋與微型鋼管樁焊接連接，主筋采用4φ20，箍筋采用φ8@200。

針對治理措施實施后坡體的穩(wěn)定性進行分析計算，在鉆孔120mm擁有外徑60mm鋼管組成的微型鋼管樁可以滿足C20混凝土的要求，根據杜成斌、蘇擎柱在《混凝土壩地震動力損傷分析》一文中所做混凝土試驗，得到C20混凝土以下數據：彈性模量E=30000Mpa，泊松比μ=0.20，混凝土容重γ=26.3KN/m3，材料抗壓強度fc=24.1Mpa，材料抗拉強度ft=2.9Mpa，黏聚力C=2.0Mpa，內摩擦角φ=47。。由以上數據可推算得出微型鋼管樁綜合黏聚力C=2.4Mpa，綜合摩擦角φ=56.2。。根據勘察報告知，土樣在天然狀態(tài)下黏聚力C=25Kpa，摩擦角φ=18.5。。

根據地質報告，該邊坡長期處于蠕滑狀態(tài)，坡體上部公路沿線及兩旁房屋出現(xiàn)大量的裂縫，鉆探顯示坡體強風化層厚，約15m～24m，且多為19m～23m，所以設計鋼管抗滑樁穿過地質報告提出的強弱風化分界線，嵌固深度大于5m；強弱風化分界線以下巖體強度高和完整性好，節(jié)理和裂隙不發(fā)育。采用推力傳遞系數法進行計算，結果表明工程措施實施后，當最后條塊剩余下滑力為0時，坡體安全系數為1.17，微型鋼管樁抗剪強度及抗彎強度均滿足要求。

5 結論

該公路邊坡出現(xiàn)了典型的地質問題，經過現(xiàn)場調查以及分析，說明該邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)，需要對其進行治理。對公路邊坡的治理應該綜合考慮地形地貌、地質條件、施工技術以及經濟條件等方面的因素，選擇技術上可行，經濟上合理的方案對邊坡進行治理[4]。正確地認識邊坡，合理地設計，適當地治理，把邊坡失穩(wěn)造成的災害降低到最低限度，掌握其變化規(guī)律，為工程防護和同類災害防治提供科學可靠的依據，這是巖土工程界的學者和工程設計人員必須考慮的問題。

參考文獻：

[1] 唐軍，曾耀.某高速公路邊坡病害治理工程效果評價及加固處置措施研究[J].道路工程，2012，（6）：154—157.

[2] 徐瑞春，李江鳳，趙成生.清江流域環(huán)境地質災害研究[M].北京：科學出版社，2003.

[3] 《工程地質手冊》（第四版）編委會.工程地質手冊（第四版）[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[4] 孔憲立，石振明.工程地質學[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.

（責任編輯：陳喜輝）