五盂高速公路深挖路塹邊坡設計

王曉飛

（山西省交通規劃勘察設計院，山西 太原 030012）

近些年，隨著基礎設施大規模的建設，建設速度加快，機械化施工程度提高，人類改造自然的力度和廣度空前增大，在山區高速公路的建設中不可避免遇到深挖路塹邊坡，處治不當容易引起滑坡[1]。本文主要介紹山西在建的五盂高速公路K21+910—K22+070段深挖路塹邊坡設計方案。

1 邊坡概況及地質條件

五臺至盂縣高速公路K21+910—K22+070段深挖路段位于盂縣梁家寨鎮長一鋪村東側，全長160 m，線路中心最大挖深22.3 m，邊坡最大挖方高度120 m，最大邊坡高度15級。

根據地質調查與鉆探表明，該深挖路段邊坡地層主要由太古界龍華河群會理組黑云斜長片麻巖夾絹云母片巖構成，地表覆蓋為第四系全新統殘坡積碎石土。地表覆土厚度為1～3 m，黑云斜長片麻巖，主要成分為黑云母、石英及少量長石，夾絹云母片巖薄層或條帶，全—中風化，片麻狀構造，節理發育，全—強風化的絹云母片巖為軟弱夾層。地層為向南西傾斜的單斜構造，巖層視傾向與邊坡同向，為最不利的順層坡，巖層傾角介于22°～25°之間。

2 邊坡穩定性分析及推力計算

2.1 穩定性分析

該段地質鉆孔布設在兩條代表性斷面，位于K21+980和K22+021。從地質斷面上分析，與路塹上邊坡穩定性有關的絹云母片巖有兩層，第一層位于K22+021斷面尚未開挖的第五級邊坡處，厚約4.5 m，巖體破碎，全風化呈砂土狀，為潛在的滑動面。第二層位于尚未開挖的第一級和第二級邊坡之間，厚度不一，K21+980斷面上厚約6.7 m，夾薄層強風化黑云斜長片麻巖，K22+021斷面上厚不足1 m，巖芯破碎，呈砂土狀，如工程開挖形成高陡臨空面，極易引發順層滑坡。因此，該段邊坡穩定性差。

2.2 推力計算

本段參數確定根據經驗與反算結合，選取橫斷面K22+021為計算斷面，設計參數為c=7.4 kPa，反算得到Φ=22°，采用傳遞系數法計算推力，安全系數K=1.3，潛滑面1滑體剩余下滑力為8 169 kN/m，潛滑面2滑體下滑力為2 639 kN/m。計算模型如圖1、圖 2。

圖1 初擬狀態滑體

圖2 削坡后潛滑體

3 設計方案

由于潛滑面（軟弱夾層）位置較深，巖體風化嚴重，巖層傾角較緩，故采用放緩邊坡結合主動錨固的設計思路。

3.1 邊坡坡率

由于滑體體積較大，邊坡坡率的確定應結合滑體推力確定，適度放緩，本段落第一級邊坡采用1∶0.75，第二至第七級邊坡坡率為1∶1.25，平臺寬度為2 m，七級以上邊坡坡率為1∶1.5，平臺寬度為6 m。

3.2 預應力框架錨索設計

3.2.1 錨索類型

目前國內廣泛采用的錨索類型為注漿壓力型和注漿壓力分散型兩種，拉力型錨索主要靠錨固段來提供一定抗拔力，錨索結構簡單，施工便捷，但錨固段受力不盡合理，較容易產生應力集中，使得錨固段漿體拉裂。壓力分散型錨索采用的無黏結鋼絞線，主要靠一定間距的鋼質承載體將較大的拉力傳遞到幾個承載體上，能使整個錨固體長度上的黏結摩阻力應力分布均勻[2]。本段邊坡內巖體較破碎，因此采用壓力分散型預應力錨索。

3.2.2 錨索最優錨固角

從錨索受力最佳的角度來考慮，采用經驗公式計算最優錨固角：

根據施工工藝要求錨固角一般采用下傾15°～30°，本設計段落錨固角采用30°。

3.2.3 設計錨固力

根據《路基設計規范》5.5.3設計錨固力公式分別計算兩個潛滑體的設計錨固力[3]，公式如式（2）、式（3）：

3.2.4 錨索間距及數量

錨索采用標準的高強度低松弛鋼絞線，標準強度為1 860 MPa，當永久性錨固時，設計應力為鋼絞線保證強度的50%，單根鋼絞線設計張拉力為1 040 kN。橫、縱向間距均為3 m，每級邊坡可以布置4根錨索，由于第一、二級邊坡錨固時自由端長度太短，故從第三級開始錨固，第三到第十級邊坡進行錨固才能保證兩層潛滑面不滑動。

3.2.5 錨固段長度

根據經驗及地勘資料并結合規范中的推薦值，選定巖體與注漿體界面黏結強度為420 kPa，地層與注漿體之間的黏結長度為：

根據規范中的推薦值，選定注漿體與錨桿體間黏結強度為3.4 MPa，注漿體和錨桿體黏結長度為：

實際的錨固長度應采用兩者中的大值，一般錨固段長度不小于3 m，不大于10 m，本段邊坡錨索錨固段長度為10 m，即錨固段要進入潛滑面下10 m，根據實際斷面情況可以確定每級邊坡不同位置錨索的長度，本段落最大錨索長度為32.7 m。

3.2.6 錨索試驗及監測

錨索試驗包括基本試驗和驗收試驗，基本試驗錨索數量不得少于3根，基本試驗最大的試驗荷載不宜超過錨索體承載力標準值的0.9倍，在錨索施工前應進行基本試驗。驗收試驗錨索數量不少于總數的5%，最大張拉值為拉力設計值的1.5倍[4]。

監測錨索的數量為總錨索量的5%，在每個錨索的工作錨和錨墊板之間安裝測力計，以便張拉期及長期觀測。

3.3 微型抗滑樁設計

根據K21+980地質斷面可知，在路肩外存在不穩定體，為確保下邊坡的穩定及運營安全，經過計算確定本段路基中心右側18.0 m處設置兩排微型抗滑樁進行支擋。微型抗滑樁主體為P50的舊鋼軌，梅花型布置，樁長12.5 m，嵌入潛滑面下6 m，樁間距3 m。

3.4 其他防護

本段落巖體風化嚴重，各級邊坡在開挖后都應封閉，以防雨水下滲，使得坡體飽水產生滑動，因此，本段落框架錨索的框架中采用漿砌片石封閉，其他邊坡采用拱形骨架護坡封閉防護。

3.5 排水設計

在刷坡后的邊坡頂面以上5 m處設置截水溝，每級平臺設置平臺截水溝，并通過截水溝急流槽把水引入自然溝谷和附近的涵洞中。在施工過程中和工程完工時，應清除截水溝、平臺截水溝、急流槽中的雜物和施工垃圾，使水流暢通。

4 施工注意事項

路塹高邊坡的施工，是一個破壞山體原有力學平衡又用支擋加固工程重建新的力學平衡的過程，施工方法和工藝極大地影響塹坡的穩定，在施工過程中一定要注意施工順序，邊坡開挖由上至下進行施工，開挖一級防護一級，施工順序一定要分清，以免引起施工事故。預應力錨索工程應選擇具有專業資質及豐富錨索施工經驗的施工隊伍進行施工，即應由上而下，逐臺施工，每開挖一臺，即進行預應力錨索施工，當預應力錨索施工完畢起到作用后再進行下一級邊坡的開挖。高邊坡處治施工較為復雜，施工時應結合實際制定出完善的施工組織計劃。在進行預應力錨索防護施工前首先要進行錨索基本試驗，待滿足設計錨固力時，方可施工。

5 結語

對于地質條件較差的順層路塹邊坡在選線時應該盡量避免，但在山區公路的建設中往往不可避免地遇到順層深挖路塹邊坡，設計時應充分利用地勘資料并結合穩定性分析提出合理方案，本文介紹的工程實例五盂高速公路K21+910—K22+070段深挖路塹邊坡為順層邊坡，設計中采用卸載結合錨固的思路，處治效果良好，邊坡施工完成一年后未見任何異常，很好地避免地質災害的發生，防患未然，值得借鑒。