粵東某山區(qū)高速公路路塹邊坡動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)應(yīng)用與實(shí)踐

羅思欣

(廣東華陸高速公路有限公司，廣東 五華 514499)

0 引言

隨著高速公路建設(shè)往山區(qū)推進(jìn)，線路多以高填陡坡路堤或深挖路塹邊坡形式通過。邊坡的長期穩(wěn)定性至關(guān)重要，甚至成為影響高速公路建設(shè)進(jìn)度、投資和通車后運(yùn)營安全的重要因素之一。

高速公路邊坡沿著線路展布，邊坡的地質(zhì)條件隱蔽且復(fù)雜多變，受技術(shù)手段等因素的限制，地質(zhì)勘察仍難以全貌揭示每個(gè)邊坡的地質(zhì)條件。因此在施工階段需貫徹動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的思想，高度重視邊坡的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)工作。即要求在邊坡開挖施工過程中，及時(shí)復(fù)核現(xiàn)場開挖揭露的實(shí)際地質(zhì)情況與設(shè)計(jì)資料是否一致，重點(diǎn)關(guān)注邊坡開挖后揭露的地下水分布、巖性、巖體的風(fēng)化程度及結(jié)構(gòu)面產(chǎn)狀等信息，并盡快根據(jù)實(shí)際的地質(zhì)條件或其他影響邊坡處治方案的因素完善動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)變更。

1 邊坡工程概況

1.1 地形地貌

粵東某山區(qū)高速公路K74+040～K74+200左側(cè)路塹邊坡為“M”型邊坡，其場區(qū)屬剝蝕丘陵地貌(圖1)，地面標(biāo)高149m～192m，相對高差43m，山頂呈橢圓狀，地形起伏較小。線路兩側(cè)邊坡下陡上緩，坡度約24°～43°，坡面植被發(fā)育，以雜草灌木為主。邊坡下伏有當(dāng)?shù)匕l(fā)電用引水灌溉暗渠，距離坡腳線10余m。

1.2 地層巖性

根據(jù)地質(zhì)勘察資料，邊坡巖土層由第四系殘積砂質(zhì)黏性土及下伏燕山第二侵入期中-細(xì)粒黑云母花崗巖(γy2)組成，其結(jié)構(gòu)特征分述如下：

砂質(zhì)黏性土：褐黃色、桔黃色，硬塑，為花崗巖風(fēng)化殘積而成，主要由粉、黏粒組成，含少量石英顆粒，土質(zhì)不均勻，黏性一般，手捏有砂感。

全風(fēng)化花崗巖：褐灰色、黃褐色，原巖結(jié)構(gòu)與構(gòu)造完全破壞，巖質(zhì)極軟，遇水易軟化、崩解，巖心呈土柱狀、砂土狀。

強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：麻黃色、黃褐色，原巖結(jié)構(gòu)已破壞，風(fēng)化成半巖半土狀，巖質(zhì)軟弱，遇水易軟化、崩解，巖心呈土柱狀、砂土狀。

1.3 地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)圖、野外地質(zhì)調(diào)繪并結(jié)合鉆探，該路段發(fā)育有斷層F29，屬于張性斷裂。斷層產(chǎn)狀85°∠67°，與線路在K74+350處呈45°交角，近南北向硅化帶，長大于1.0km，寬約2.0m，斷面陡直，組成物為塊狀石英脈、硅化碎裂巖、碎裂花崗巖等。斷層兩側(cè)為燕山期花崗巖(γy2)。

邊坡地處半路半橋路段，右幅橋梁便道施工開挖揭露邊坡主體為粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏性土及全～強(qiáng)風(fēng)化粗粒花崗巖(砂土狀)，黃褐色夾灰褐色。現(xiàn)場量測到主要節(jié)理產(chǎn)狀信息：300°∠55°、170°∠45°、70°∠40°。現(xiàn)場調(diào)查時(shí)坡面稍濕，未見地下水明顯出露。邊坡坡向?yàn)?12°。

1.4 水文地質(zhì)條件

邊坡地表徑流不發(fā)育，主要為雨季集中降雨匯集水。地下水類型主要為孔隙水及基巖風(fēng)化裂隙水，受大氣降水補(bǔ)給，具有明顯的季節(jié)性特征。

1.5 地震效應(yīng)

根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2010(2016版))及《中國地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖》(GB18306-2015)的劃分，該滑坡區(qū)域抗震設(shè)防烈度為6度，地震動(dòng)峰值加速度為0.05g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.35s。

2 邊坡原設(shè)計(jì)概況

一級(jí):坡高8m，邊坡坡面垂直，采用預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁+路塹墻加固。

二級(jí):坡高8m，坡率為1:1，采用預(yù)應(yīng)力錨索框架植草+客土噴播植草加固防護(hù)。

三級(jí):坡高8m，坡率為1:1，采用預(yù)應(yīng)力錨索框架植草+客土噴播植草加固防護(hù)。

四級(jí):坡高8m，坡率為1:1，采用錨桿格梁植草加固防護(hù)。

五級(jí)：最大坡高2.5m，坡率為1:1，采用噴播植草加固防護(hù)。

邊坡原設(shè)計(jì)為五級(jí)邊坡，最大坡高為42.5m，各級(jí)平臺(tái)寬度為2m，單級(jí)最大坡高10m，典型斷面如圖2及圖3。目前邊坡尚未開挖施工，僅在右幅橋梁樁基施工進(jìn)行了便道開挖施工，揭露邊坡主體為砂土狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。

圖2 邊坡斷面(K74+120左側(cè))

圖3 邊坡斷面(K74+200左側(cè))

3 邊坡穩(wěn)定性影響因素分析

根據(jù)邊坡現(xiàn)場踏勘及地質(zhì)勘察資料分析，受周邊斷層F29影響，邊坡風(fēng)化程度大， 其中上覆坡殘積砂質(zhì)黏性土及強(qiáng)風(fēng)化花崗巖較厚，其巖體強(qiáng)度相對較低，受表水沖刷與滲透作用極易軟化。強(qiáng)風(fēng)化花崗巖多呈砂土狀，構(gòu)造作用，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育。由邊坡坡面與巖層結(jié)構(gòu)面關(guān)系赤平投影圖(圖4)可知，邊坡存在傾向線路臨空面的順傾節(jié)理面組合(L1與L2)，同時(shí)邊坡存在傾向線路臨空面的風(fēng)化界線，均不利于邊坡穩(wěn)定。

圖4 邊坡坡面與巖層結(jié)構(gòu)面關(guān)系赤平投影

邊坡小樁號(hào)區(qū)段塹頂為緩坡平臺(tái)，其后為反坡。邊坡大樁號(hào)區(qū)段則是一直緩坡向上延伸的自然山坡，邊坡塹頂自然山坡匯水量大，滲透途徑長，表水易大量下滲進(jìn)入坡體，不利于坡體的穩(wěn)定。

邊坡地下水不發(fā)育，但工點(diǎn)所在地區(qū)降雨量充沛，雨季期間多持續(xù)集中強(qiáng)降雨異常天氣，降雨量及降雨頻率急劇增加。邊坡坡表發(fā)育有坡殘積砂質(zhì)黏性土，其透水性較好，大量雨水沿坡面下滲，造成地下水位上升。這將增加巖土體自重，增大坡體下滑力。邊坡坡腳如果按照原設(shè)計(jì)要求設(shè)置抗滑樁板墻，則將改變地下水排泄途徑，地下水不能得到有效疏排，將長期浸潤邊坡巖土體，致使其抗剪強(qiáng)度顯著降低，不利于邊坡的長期穩(wěn)定。

4 邊坡動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)

4.1 治理方案調(diào)整

進(jìn)場施工后，現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)K74+150～+231段一級(jí)邊坡抗滑樁緊挨當(dāng)?shù)匕l(fā)電站的引水暗渠，樁底標(biāo)高與水渠標(biāo)高接近，抗滑樁爆破開挖不可避免會(huì)對引水暗渠產(chǎn)生一定的影響，進(jìn)而引起暗渠滲漏水，影響邊坡長期穩(wěn)定。同時(shí)，邊坡工點(diǎn)臨近居民區(qū)，周邊有民房、學(xué)校、養(yǎng)殖場，抗滑樁樁身開挖采用爆破施工面臨的地方阻力與安全風(fēng)險(xiǎn)較大。

此外，邊坡工點(diǎn)預(yù)應(yīng)力錨索基本試驗(yàn)結(jié)果顯示，砂土狀強(qiáng)風(fēng)化地層中能夠提供足夠大的錨固力，使得以錨固工程加固為主的治理措施得以實(shí)施。

綜合以上情況，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，取消邊坡抗滑樁，調(diào)整為錨索(桿)框架梁加固為主，并輔以必要的仰斜排水孔疏排地下水。具體方案如下：

(1)Ⅰ區(qū)(K74+051～+150段)：結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際地形調(diào)整坡形坡率，單級(jí)坡高為10m，第一級(jí)邊坡坡率1:0.75，第二級(jí)邊坡坡率1:1，第三、四級(jí)邊坡坡率為1:1.25;第二級(jí)坡頂設(shè)置8m寬平臺(tái)，其余平臺(tái)寬度為2m；第一級(jí)邊坡采用錨索框架+客土噴播植草防護(hù)，第二級(jí)邊坡采用錨桿格梁+客土噴播植草防護(hù)，第三、四級(jí)邊坡采用人字形骨架+CF網(wǎng)植草防護(hù)。

(2)Ⅱ區(qū)(K74+150～+231段)，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際地形調(diào)整坡形坡率，單級(jí)坡高為10m，第一級(jí)邊坡坡率1:0.75，第二級(jí)邊坡坡率1:1，平臺(tái)寬度為2m，第一、二級(jí)邊坡均采用錨索框架+客土噴播植草防護(hù)。

(3)結(jié)合地下水出露情況,在一、三級(jí)邊坡坡腳設(shè)置仰斜排水孔，當(dāng)?shù)叵滤S富時(shí)酌情加密布設(shè)。

4.2 邊坡穩(wěn)定性的定量分析

邊坡穩(wěn)定性的定量分析是在合理確定計(jì)算斷面和計(jì)算參數(shù)的基礎(chǔ)上，通過分析計(jì)算，定量評價(jià)該邊坡的現(xiàn)狀穩(wěn)定性，并對其發(fā)展趨勢做出預(yù)測評價(jià)。

根據(jù)邊坡潛在失穩(wěn)破壞的情況，邊坡穩(wěn)定性計(jì)算考慮其在正常工況條件下的穩(wěn)定性。根據(jù)地質(zhì)勘察資料，依據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》( JTGD30-2015)有關(guān)規(guī)定，類比同地區(qū)同條件的工程經(jīng)驗(yàn)，確定邊坡穩(wěn)定性計(jì)算所需的主要巖土物理力學(xué)參數(shù)值(表1)。

表1 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算主要巖土物理力學(xué)參數(shù)

邊坡按照調(diào)整之后的設(shè)計(jì)方案處治后，其正常工況下穩(wěn)定系數(shù)Fs均>1.2，滿足規(guī)范要求，具體計(jì)算結(jié)果見圖5～圖7。

圖5 邊坡K74+120斷面

圖6 邊坡K74+140斷面

圖7 邊坡K74+200斷面

4.3 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)對比分析

該邊坡原設(shè)計(jì)方案，抗滑樁C30砼3 480m3×1 005.8元/m3=350萬元，鋼筋748.3t×6 050元/t=452.7萬元，錨索(4束)5 146.5m×196.61元/m=101.2萬元，擋墻C20砼2 303.5m3×641元/m3=147.6萬元，挖土方32 231m3×7.72=24.9萬元，挖石方13 580m3×24.75元/m3=33.6萬元，邊坡植草、平臺(tái)防護(hù)等費(fèi)用約120.8萬元；預(yù)計(jì)工程造價(jià)約1 230.8萬元。

動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，錨索(6束)4 861.5m×221元/m=107.4萬元，挖土方46 577m3×7.72=36萬元，受地方水渠暗管限制,采用機(jī)械挖掘石方19 962m3×99.15元/m3=197.9萬元，邊坡植草、平臺(tái)防護(hù)等費(fèi)用約192.5萬元；預(yù)計(jì)優(yōu)化后工程造價(jià)約533.8萬元。

綜上所述對造價(jià)分析，該邊坡優(yōu)化設(shè)計(jì)后可比原設(shè)計(jì)方案工程造價(jià)節(jié)約697萬元。

5 結(jié)語

動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)是高邊坡施工實(shí)施過程中的基本原則，在邊坡施工過程中應(yīng)重視邊坡開挖后的地質(zhì)情況復(fù)核，發(fā)現(xiàn)與原設(shè)計(jì)勘察資料存在較大變化時(shí)或存在其他明顯影響邊坡處治方案的因素時(shí)，應(yīng)及時(shí)開展動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)工作。同時(shí)還需重視邊坡施工過程中變形監(jiān)測情況，做到信息化施工，以便根據(jù)邊坡變形情況及時(shí)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性分析評價(jià)，必要時(shí)進(jìn)一步動(dòng)態(tài)調(diào)整設(shè)計(jì)，確保治理方案的安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理。