高速公路邊坡錨索應(yīng)力超限變形失穩(wěn)分析及治理對(duì)策

張昱（漳州通廣云平高速公路有限公司，漳州363000）

高速公路邊坡錨索應(yīng)力超限變形失穩(wěn)分析及治理對(duì)策

張昱
（漳州通廣云平高速公路有限公司，漳州363000）

本文通過(guò)對(duì)漳永高速公路新圩互通C K0+139～C K0+414右側(cè)邊坡災(zāi)害成因的系統(tǒng)分析及坡體穩(wěn)定性的定性與定量評(píng)價(jià)，結(jié)合工程實(shí)際提出了工程治理對(duì)策。邊坡治理后的監(jiān)測(cè)表明坡體穩(wěn)定，治理達(dá)到了預(yù)期目的。說(shuō)明對(duì)該邊坡采用錨索框架、平孔排水相結(jié)合的工程治理措施取得了預(yù)期效果，為今后同類型病害邊坡治理提供實(shí)例參照。

錨索應(yīng)力超限邊坡失穩(wěn)穩(wěn)定性分析治理

1 引言

漳州至永安聯(lián)絡(luò)線高速公路漳州段新圩互通CK0+ 139~CK0+414右側(cè)邊坡位于漳州市華安縣宮仔村，場(chǎng)區(qū)地貌單元屬低山丘陵地貌，斜坡自然坡度為15~30°（如圖1所示），邊坡最大高度42m。原加固措施（如圖2所示）：第1、6級(jí)采用拱形骨架，第2級(jí)采用非預(yù)應(yīng)力錨桿框架交錯(cuò)布置，第3、4、5采用預(yù)應(yīng)力錨索框架交錯(cuò)布置。2014年7月發(fā)現(xiàn)邊坡深部位移出現(xiàn)變形、錨索應(yīng)力增加；2014年8月至2015年2月錨索應(yīng)力維持穩(wěn)定，深部位移變形未見(jiàn)明顯變化；2015年3月至2016年2月邊坡深部位移變形緩慢發(fā)展（如圖3所示）、錨索應(yīng)力持續(xù)增加。2016年3月份漳州地區(qū)出現(xiàn)的較集中的強(qiáng)降雨導(dǎo)致坡體變形加劇，第1級(jí)～第5級(jí)邊坡平臺(tái)出現(xiàn)多道橫向裂縫，第3級(jí)框架梁的頂梁（第4級(jí)平臺(tái)）剪切斷裂（如圖4所示），坡腳拱形骨架剪出明顯；3-X-10號(hào)錨索預(yù)應(yīng)力增加至原設(shè)計(jì)拉力的156.5%（即拉力增加了56.5%），處于超限工作狀態(tài)，且其余錨索應(yīng)力增加幅度也較大（普遍增加20%以上）。結(jié)合邊坡的變形情況，該邊坡處于蠕動(dòng)擠壓向滑動(dòng)變形發(fā)展階段，如遇強(qiáng)降雨等誘發(fā)因素引起邊坡下滑力增大，很可能造成邊坡錨索拉斷失效，引起嚴(yán)重的邊坡整體失穩(wěn)災(zāi)害，必須對(duì)該邊坡進(jìn)行工程病害治理。

圖1 工程地質(zhì)平面圖

圖2 邊坡原加固全景圖

2 邊坡工程地質(zhì)概況

2.1 地形地貌

新圩互通C匝道CK0+139~CK0+414右側(cè)邊坡位于漳州市華安縣新圩鎮(zhèn)宮仔村，場(chǎng)區(qū)地貌單元屬低山丘陵地貌，該段地形起伏大，斜坡自然坡度為15°~30°，路塹邊坡高度約42m。

圖3 ZK2-1 A方向監(jiān)測(cè)曲線

圖4 錨索框架頂梁裂縫

2.2 地層巖性

邊坡場(chǎng)區(qū)第四系覆蓋層厚度較小，主要為第四系更新統(tǒng)殘積成因（Qpel）砂質(zhì)黏性土、礫質(zhì)黏性土，下伏基巖為燕山期花崗巖（如圖1所示）。

（1）砂質(zhì)黏性土（Qpel）：褐黃色、灰色，軟塑-可塑，稍濕-濕，含石英顆粒。

（2）礫質(zhì)黏性土（Qpel）：黃灰色，可塑，稍濕-濕，含20%~25%的石英質(zhì)顆粒。

（3）全風(fēng)化花崗巖（γ52（3）c）：灰色，原巖結(jié)構(gòu)已完全破壞，僅具原巖外觀，巖芯呈土砂礫狀。

（4）強(qiáng)風(fēng)化碎屑狀花崗巖（γ52（3）c）：黃灰色、灰色，原巖結(jié)構(gòu)大部分破壞，礦物成分發(fā)生顯著變化，局部可見(jiàn)粗粒花崗結(jié)構(gòu)，巖芯呈砂礫狀，碎屑狀。

（5）強(qiáng)風(fēng)化碎塊狀花崗巖（γ52（3）c）：黃灰色、粗粒花崗結(jié)構(gòu)、塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙發(fā)育，巖芯多呈塊狀，塊徑3~ 5cm，巖質(zhì)軟。

2.3 地質(zhì)構(gòu)造

場(chǎng)區(qū)下伏基巖為燕山期花崗巖，為侵入巖，地質(zhì)構(gòu)造較簡(jiǎn)單，未見(jiàn)明顯斷層構(gòu)造通過(guò)，但坡體不利結(jié)構(gòu)面發(fā)育。

2.4 水文地質(zhì)特征

場(chǎng)區(qū)地表水不發(fā)育，未見(jiàn)明顯地表水體；地下水主要為全風(fēng)化花崗巖中的孔隙水及基巖中的裂隙水。孔隙水主要賦存于全風(fēng)化花崗巖中，主要接受大氣降水補(bǔ)給，受地形控制補(bǔ)給。

3 滑坡病害成因分析

3.1 病害原因分析

（1）地質(zhì)因素：該邊坡地層主體為砂質(zhì)黏性土、礫質(zhì)黏性土、全風(fēng)化花崗巖及碎屑狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，坡體下伏碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，局部塊狀強(qiáng)風(fēng)化巖出露。巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，存在多組不利結(jié)構(gòu)面。該邊坡為類土質(zhì)邊坡，開(kāi)挖形成的臨空面及巖體結(jié)構(gòu)面的影響，為坡體變形創(chuàng)造了條件。

（2）地下水影響：本邊坡地下水不發(fā)育，但坡體巖層主體為砂質(zhì)~礫質(zhì)黏性土、全風(fēng)化花崗巖及碎屑狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。受地表水滲入影響，坡體含水量增加甚至飽和，降低了巖土力學(xué)強(qiáng)度指標(biāo)，坡體的下滑力增大，對(duì)坡體穩(wěn)定性影響明顯。2015年~2016年3月漳州地區(qū)強(qiáng)降雨次數(shù)多，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，導(dǎo)致了邊坡變形。

（3）工程因素：邊坡主要采用預(yù)應(yīng)力錨索等作為防護(hù)加固措施，坡體在外界降雨、坡體地質(zhì)條件變化等綜合因素的影響下，出現(xiàn)變形發(fā)展及錨索預(yù)應(yīng)力增大等現(xiàn)象，顯示邊坡預(yù)應(yīng)力加固工程措施不足，為變形原因之一。

3.2 變形機(jī)理分析

邊坡地層主體為砂質(zhì)黏性土、礫質(zhì)黏性土、全風(fēng)化花崗巖及碎屑狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，為類土質(zhì)邊坡，同時(shí)，坡體巖體風(fēng)化強(qiáng)烈，節(jié)理裂隙發(fā)育，坡體穩(wěn)定性差。本邊坡變形主要受主控陡傾不利結(jié)構(gòu)面影響，為邊坡滑坡。

4 邊坡穩(wěn)定性分析

4.1 邊坡穩(wěn)定性定性分析

該邊坡目前以蠕動(dòng)變形為主，隨著雨季的到來(lái)，持續(xù)強(qiáng)降雨勢(shì)必會(huì)惡化坡體的穩(wěn)定性，從蠕動(dòng)變形轉(zhuǎn)至滑移變形。

4.2 邊坡穩(wěn)定性定量分析

根據(jù)現(xiàn)階段坡體變形及應(yīng)力增加情況分析，該邊坡目前整體穩(wěn)定性較差，處于蠕動(dòng)擠壓向滑動(dòng)變形發(fā)展階段，采用反分析法對(duì)該邊坡進(jìn)行定量分析。本文采用目前國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的Geo-Slope/W軟件包進(jìn)行滑坡穩(wěn)定性計(jì)算，反算主滑帶巖土強(qiáng)度參數(shù)。結(jié)合邊坡現(xiàn)階段防護(hù)工程，錨索原設(shè)計(jì)鎖定預(yù)應(yīng)力為450kN，監(jiān)測(cè)顯示預(yù)應(yīng)力增加約50%。計(jì)算第3級(jí)、第4級(jí)預(yù)應(yīng)力采用675kN，第5級(jí)采用450kN。計(jì)算滑面采用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)揭示的變形深度，第3級(jí)監(jiān)測(cè)變形深度為13m（如圖3所示），第5級(jí)為12m，采用指定滑動(dòng)面計(jì)算模式。計(jì)算地層結(jié)合設(shè)計(jì)文件、路基勘察鉆孔及現(xiàn)場(chǎng)揭示地質(zhì)條件，坡體穩(wěn)定性定量計(jì)算分析，穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.084（如圖5所示）。

圖5 邊坡現(xiàn)狀穩(wěn)定性分析

表1 巖體計(jì)算參數(shù)表

5 邊坡工程整治對(duì)策

5.1 邊坡治理對(duì)策

目前該邊坡處于蠕動(dòng)擠壓向滑動(dòng)變形發(fā)展階段，變形逐步加劇，必須對(duì)該邊坡進(jìn)行工程病害治理。考慮到該邊坡目前錨索應(yīng)力增加顯著，個(gè)別錨索甚至處于超限工作狀態(tài)。結(jié)合邊坡的變形情況，采取工程措施，降低錨索應(yīng)力的進(jìn)一步增加，降低既有錨索工程失效的風(fēng)險(xiǎn)，是該邊坡工程治理的關(guān)鍵。

因此對(duì)該邊坡采取錨索框架、平孔排水相結(jié)合的工程治理措施，主要整治措施如下（如圖6所示）：

（1）第1級(jí)坡面增加20片滿鋪錨索框架，錨索長(zhǎng)度上排22m，下排20m，錨固段長(zhǎng)度12m，設(shè)計(jì)拉力700kN；

（2）第1級(jí)坡面增加20個(gè)仰斜式排水孔，長(zhǎng)度為23m；

（3）第2級(jí)坡面增加10片錨索框架，與原錨桿格梁交錯(cuò)布置，錨索長(zhǎng)度上排28m，下排26m，錨固段長(zhǎng)度12m，設(shè)計(jì)拉力700kN；

（4）第3級(jí)坡面增加9片錨索框架，與原錨索框架交錯(cuò)布置，錨索長(zhǎng)度上排30m、下排30m，錨固段長(zhǎng)度12m，設(shè)計(jì)拉力700kN；

（5）第4級(jí)坡面增加7片錨索框架，與原錨索框架交錯(cuò)布置，錨索長(zhǎng)度上排32m、下排32m，錨固段長(zhǎng)度12m，設(shè)計(jì)拉力700kN；

（6）第5級(jí)坡面增加6片錨索框架，與原錨索框架交錯(cuò)布置，錨索長(zhǎng)度上排24m、下排24m，錨固段長(zhǎng)度10m，設(shè)計(jì)拉力450kN。

5.2 邊坡穩(wěn)定性定量分析

采用指定滑動(dòng)面計(jì)算模式對(duì)加固后的坡體進(jìn)行穩(wěn)定性定量計(jì)算分析，邊坡加固后，原有的預(yù)應(yīng)力超限錨索，應(yīng)力恢復(fù)為原設(shè)計(jì)應(yīng)力狀態(tài)，計(jì)算時(shí)采用原預(yù)應(yīng)力450kN，穩(wěn)定系數(shù)：Fs=1.203（如圖7所示）。

圖6 邊坡加固治理措施

圖7 邊坡現(xiàn)狀穩(wěn)定性分析

6 結(jié)語(yǔ)

從漳永高速公路新圩互通CK0+139～CK0+414右側(cè)邊坡災(zāi)害的治理經(jīng)過(guò)得到：對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索深部位移的現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)控、跟蹤，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)科學(xué)分析，可對(duì)邊坡提早預(yù)警并發(fā)現(xiàn)病害原因，對(duì)邊坡進(jìn)行定量評(píng)價(jià)和采取對(duì)應(yīng)的工程治理對(duì)策，使邊坡的病害在發(fā)展的初期階段得到及時(shí)治理。對(duì)該邊坡再治理后的監(jiān)測(cè)表明：坡體已經(jīng)穩(wěn)定，治理達(dá)到了預(yù)期目的，說(shuō)明對(duì)該邊坡采用足夠拉力的錨索框架的必要及平孔排水的重要，為今后同類型邊坡加固設(shè)計(jì)及邊坡病害治理提供了實(shí)例參照。

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[2]中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.JTG C20-2011,公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2011.

[3]中華人民共和國(guó)建設(shè)部.GB50021-2001,巖土工程勘察規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2002.

[4]中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部.JTGD30-2015,公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2015.

[5]楊杰.高速公路路塹邊坡加固預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)與質(zhì)量控制[J].巖土力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2003,22(增2)∶2759-2764.