某國道隧道進口配電房邊坡穩定性分析與治理

蘭亞光

(四川省交通運輸廳交通勘察設計研究院, 四川成都 610017)

[定稿日期]2017-10-13

隨著道路工程活動范圍的擴展，時?？赡軐Φ缆费鼐€邊坡開挖，在邊坡開挖的過程中,或者是邊坡開挖一段時間之后，原來基本穩定的坡體可能發生失穩。本文以G213線川主寺至汶川公路段海子山隧道入口配電房邊坡為例，對該邊坡的穩定性及治理措施進行探討。

1 工程概況

G213線川主寺至汶川公路經四川省阿壩藏族羌族自治州茂縣轄區，線路經過疊溪海子堰塞湖。海子山隧道進口配電房邊坡位于公路內側，隧道施工完后配電房選址于該邊坡前緣，在新建配電房的過程中，對該段邊坡進行工程開挖，此后該邊坡多次發生不同規模的垮塌，但隨著雨季的來臨，邊坡變形加劇。

2 工程地質條件

2.1 地層巖性

該邊坡內未見基巖出露，邊坡整體為土質邊坡。邊坡地層結構為，邊坡前緣公路一帶上覆人工填筑土(Q4me)，中部夾一層崩坡積厚含碎石粉土(Q4c+dl)，下部為湖湘沉積粉質黏土(Q3l)。

2.2 氣象及水文地質條件

工程區所在地區屬高原溫帶半干旱季風氣候區， 6～9月為雨季，日最大降雨量45.6mm。10月～次年3月為霜凍期(162d)，最大凍土深度約0.6～0.8m。工程區內地下水主要為松散堆積層孔隙水，受大氣降水和高山雪融水所補給。第四系松散堆積層孔隙潛水主要埋藏于崩坡積塊碎石土及湖相沉積粉土質砂中，含水豐富，透水性強。

3 邊坡特征

3.1 空間形態特征

自然邊坡縱向長約200m，橫向寬約100m，平面整體呈舌形伸向干海子，后緣呈弧形展布。邊坡整體走向為226°，與岷江河流走向基本一致。自然邊坡下部(公路外側)，地形為緩坡地形，坡度約10～20°；自然邊坡上部(公路內側)，呈斜坡地形，坡度一般20～35°，局部陡坎達40～60°，自然邊坡坡面植被較發育。配電房后側人工開挖邊坡，位于公路內側，坡度40～50°，平均坡度45°。

3.2 邊坡變形特征

配電房初建過程中，邊坡前緣開挖，不久出現鼓脹現象，邊坡后緣出現拉裂縫①，通過封閉，短期內坡體未見變形加劇。進入雨季后，通過對現場調查發現邊坡塌滑，堆積物掩埋配電房后側開挖平臺；主裂縫①裂縫處已下錯形成高度1～2.5m高陡坎(滑坡壁)，①裂縫已發展成為滑坡洼地，滑坡洼地深度0.3～0.8m，寬度0.5～1.5m，延伸長度約40m，該處土體呈散體狀。在滑坡壁后側又發現兩條裂縫，②裂縫位于配電房正后方，平行于主裂縫，距離主裂縫約5m，張開寬度0.5～1cm，延伸長度8～10m；③裂縫位于配電房右后側，張開寬度5～10cm，延伸長度約15m，可見深度0.1～0.3m；最上部④裂縫，裂縫寬度1～3cm，可見深度5～15cm，延伸長度15～20m；配電房右側外側裂縫(⑤裂縫)寬度0.2～0.5cm，延伸長度約3m。

4 邊坡穩定性分析

4.1 成因分析

工程邊坡位于海子山隧道進口段，由于邊坡開挖，形成高度達18m的高陡臨空面，坡腳土體被挖除后，坡腳失去支撐，坡體內應力重整，土體結構發生變化，上部土體向臨空面擠壓，在開挖邊坡后緣及側緣形成數條張拉裂縫，開挖邊坡局部失穩、塌滑。雨季來臨，由于連續降雨的影響，雨水沿裂縫入滲至邊坡內，致使邊坡土體飽水，土體抗剪強度降低，坡體穩定性降低，工程邊坡前緣局部失穩、塌滑，牽引引起邊坡進一步變形、開裂，沿主裂縫(①裂縫)下錯，工程邊坡坡面鼓脹、開裂，形成連續滑動面，進而形成滑坡。綜上所述，邊坡物質組成及土體結構等地質條件是邊坡變形的內在因素；坡腳工程開挖是引起邊坡變形的直接因素；降雨的影響是邊坡變形的重要誘發因素。

4.2 邊坡穩定性及推力計算

4.2.1 計算方法

計算公式選用折線型滑面推力計算公式。

邊坡穩定性系數計算公式：Ks=(∑Riψiψi+1…ψn-1+Rn)/ (∑Tiψiψi+1…ψn-1+Tn),(i=1,2,3,…,n-1)

剩余下滑力計算公式：Fn=Fn-1ψ+KtGnt-Gnntgφn-CnLn

式中：ψ=Cos(βn-1-β)-Sin(βn-1-βn) tgφn；

Fn、Fn-1為第n塊、第n-1滑體的剩余下滑力(kN/m)；

ψ為傳遞系數；Kt為滑坡安全系數；

Gnt、Gnn為第n塊滑體自重沿滑動面分力及垂直滑動面的分力(kN/m)，

其中：Gnt=GnSinβn、Gnn=GnCosβn；

φn為第n塊滑體沿滑動面土的內摩擦角(°)；

Cn為第n塊滑體沿滑動面土的單位凝聚力(kPa)；

Ln為第n塊滑體滑動面長度(m)。

4.2.2 參數選取

滑帶計算參數采用試驗、反算及工程類比附近相同地質條件邊坡計算參數指標相結合的方法，最終確定，天然工況下，天然粘聚力C=14kPa，天然內摩擦角φ=16.5°，天然容重γ=16kN/m3；暴雨工況下，飽和粘聚力C=12kPa，飽和內摩擦角φ=14°，飽和容重γ=18kN/m3。

4.2.3 穩定性計算

以Ⅰ-Ⅰ’斷面作為計算斷面進行穩定性計算，計算簡圖見圖1。

圖1 Ⅰ-Ⅰ’斷面計算

對滑坡的整體穩定性分別按天然工況、暴雨工況、地震工況等三種工況進行計算，計算結果如表1所示。

表1 滑坡穩定性計算

4.2.4 推力計算

對滑坡分別在三種工況下計算滑坡的整體下滑推力，根據JTGD30《公路路基設計規范》，該公路等級為二級公路，設計安全系數確定為：天然工況Ks=1.15，暴雨工況Ks=1.10，地震工況Ks=1.10，計算結果如表2所示。

表2 滑坡下滑推力計算

通過對不同工況下穩定性系數的對比，同時考慮到工程區雨季降雨量大且降雨集中，坡體內地下水豐富，地下水是邊坡開裂、變形的主要影響因素等內容，故采用暴雨或連續降雨工況作為設計控制工況。

5 邊坡防護設計措施

通過對邊坡穩定性的分析：隧道配電房的開挖，導致坡體前緣失去支撐，為坡體的變形、失穩提供了充足的物質基礎，當雨季來臨，豐富的流動水體，則成為了坡體變形加劇、塌滑的動力基礎，因此對該邊坡的治理從恢復支撐和排泄水體兩方面入手。

5.1 配電房后側錨索擋墻

配電房后側邊坡變形最為嚴重，且坡高達18m，同時配電房后側場地空間較小，無法布置大體量的抗滑擋墻，所以在該區域內設置混凝土面板擋墻，同時輔以錨索，加強對坡體的支撐。此外，該側坡體的出水口較多，應適量增加擋墻排水孔的設置。

5.1.1 擋墻

配電房后側采用鋼筋混凝土面板擋墻，墻高20m，墻厚0.6m，頂寬0.85m，墻體背坡及面坡均為1∶1,由C25混凝土澆筑。擋墻泄水孔采用預埋φ10.0cmPVC管，共布置10排，下部3排加密設置，橫向間距1.5m，縱向間距3m(展開面)，其余7排橫向間距3m，縱向間距2m，泄水孔后緣設置反濾包。擋墻每10m設置一道伸縮縫。擋墻基礎需對地基土進行換填，換填深度1.0m，換填寬度1.5m。

5.1.2 預應力錨索

錨索，配電房后側墻體上共布設11排錨索，下部3排錨索，長16m，錨固段10m，縱橫間距均為3m，上部8排錨索，長20m，錨固段10m，縱距2m，橫距3m。錨索采用4束φ15.24高強度、低松弛鋼絞線制作，鉆孔尺寸為φ150mm，錨索設計拉力值為200kN(圖2)。

5.2 配電房左、右側擋墻

在配電房左側設置仰斜式擋墻，高度5m，墻頂寬度1.0m，面坡坡度1∶0.25，背坡1∶0.20，擋墻采用C15片石混凝土澆注，泄水孔采用預埋φ10cmPVC管，間距2m，排距1m；配電房右側設置重力式抗滑擋土墻，擋墻高度6m，墻頂寬度1.5m，面坡坡度1∶0.3，背坡1∶0.10，擋墻采用C15片石混凝土澆注，泄水孔采用預埋φ10cmPVC管，間、排距2m。擋墻地基需要換填，換填高度2.0m，換填范圍為墻體底部寬度前后各擴展1m(圖3)。

5.3 排水

自然邊坡雖然植被豐富，但坡面匯水面積也較大，在連續降雨和暴雨的作用下，過量的水體極易滲入坡體，所以在工程邊坡邊界區域設置一道環形截水溝。截水溝在砌筑前需調整縱坡，以方便匯水的順利排出，溝底在挖至預制截水溝的深度后需下挖10cm，并在夯實底部地層后鋪5cm厚的砂以防可能的變形。

圖2 防護措施布置

圖3 左右側邊坡防護措施

5.4 綠化

左、右側擋墻后邊坡采用三維植被網護坡。

6 結束語

通過對以上內容的探討，本文謹希望在類似邊坡的處置過程中，加強綜合信息的收集，結合對實地的調查和分析，讓處理措施更加可靠合理。

[1]GB50021-2001 巖土工程勘察規范[S].

[2]GB50330-2013 建筑邊坡工程技術規范[S].

[3]JTGD30-2015 公路路基設計規范[S].

[4]DZ/T0219-2006 滑坡防治工程設計與施工技術規范[S].

[5] 張倬元,王士天,王蘭生. 工程地質分析原理[M]. 北京:地質出版社, 1994:327-331.

[6]GB50086-2015 巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術規范[S].