華南山區(qū)某深路塹邊坡加固處治技術(shù)

王洪存

(浙江交投高速公路建設(shè)管理有限公司， 杭州 310000)

在深路塹邊坡工程中，存在軟弱結(jié)構(gòu)層時(shí)易發(fā)生大型滑坡。為保證施工及運(yùn)營安全，需對深路塹邊坡進(jìn)行加固處治。不同學(xué)者針對深路塹邊坡工程提出了不同的加固處治方案[1]。沙曉鵬[2]針對五盂高速公路深挖路塹順層邊坡形式，提出了“卸載法+錨固法”的方案，采用邊坡放緩及預(yù)應(yīng)力框架錨索主動(dòng)錨固施工后處治效果良好。張京[3]基于FLAC3D模擬研究了抗滑樁不同參數(shù)對西南某路塹高邊坡的加固效果，研究表明樁徑2 m、樁長22 m、樁間距6 m的抗滑樁可保證工程可靠性。羅云松[4]結(jié)合地質(zhì)勘察成果，提出了“懸臂抗滑樁+擋土板+預(yù)應(yīng)力錨索框架”方案，并計(jì)算確定了抗滑樁樁型、樁間距及樁長等設(shè)計(jì)參數(shù)。本文針對華南山區(qū)某深路塹邊坡支護(hù)工程，通過對深路塹邊坡破壞成因及穩(wěn)定性評價(jià)分析，對提出的多種邊坡處治方案進(jìn)行比選，并通過邊坡變形監(jiān)測驗(yàn)證推薦方案的可靠性。

1 工程概況

1.1 工程地質(zhì)

汕湛高速公路清遠(yuǎn)(清新)至云浮(新興)段項(xiàng)目TJ5合同段K49+106～K49+255邊坡，位于下峁鎮(zhèn)新村東北側(cè)約400 m，K49+255處坡腳新建新村隧道(樁號K49+255～K49+560)，線路位于山嶺溝谷處，如圖1所示。該路塹塹頂為陡坡地形，頂部為山脊(走向0°)，山頂最大高程217 m，塹頂高程約150 m，路基和隧道洞口高程為109 m。

(a) 邊坡現(xiàn)狀

(b) 邊坡分布

邊坡區(qū)地表水以降水補(bǔ)給為主，因山體很高、地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，部分地層沿邊坡滑動(dòng)方向順層傾斜，部分地層沿破面順層傾斜，地表徑流條件好，降水易匯流至坡下溝谷；地下水主要為基巖裂隙水，并受大氣降水下滲補(bǔ)給，地下水較為豐富。

場區(qū)內(nèi)上覆地層第四系全新統(tǒng)殘坡積層(Qdl+el)粉質(zhì)粘土，下伏地層侏羅系下統(tǒng)(J1)炭質(zhì)云母片巖、泥巖及云母片巖。邊坡場地受斷層影響，基巖節(jié)理裂隙發(fā)育，巖層產(chǎn)狀變化較大，巖體破碎，邊坡內(nèi)存在軟弱結(jié)構(gòu)面，易出現(xiàn)沿順坡向軟弱帶出現(xiàn)滑動(dòng)變形。

1.2 邊坡處理原設(shè)計(jì)方案

K49+106～K49+255路塹邊坡原設(shè)計(jì)采用5級坡，最大坡高49.0 m，分級坡高10.0 m，分級平臺(tái)寬2.0 m。第1、2級坡均采用4 排Φ32 錨桿框架，第3級坡采用4Φ15.24 錨索框架，第4級坡采用人字型骨架植草，第5級坡采用噴播植草，如圖2所示。

圖2 邊坡原設(shè)計(jì)方案(以K49+245處斷面為例)

2 邊坡破壞成因及穩(wěn)定性評價(jià)

邊坡開挖自上而下，按層設(shè)計(jì)逐級開挖，邊坡開挖至3級坡中下部時(shí)，第5級坡已植草綠化，第4級坡小里程段人字型骨架已施工，其余坡面尚未施工。施工現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)邊坡后緣出現(xiàn)了沿炭質(zhì)云母片巖與云母片巖交界面的拉裂縫，距塹頂線最大水平距離約30 m，縫寬5 mm～20 mm，且有繼續(xù)向山側(cè)發(fā)展擴(kuò)大的趨勢，如圖3所示。

區(qū)域坡體松弛，邊坡開挖到坡腳時(shí)，坡腳的炭質(zhì)頁巖因地表水下滲不斷軟化崩解，巖土體強(qiáng)度降低。邊坡因存在軟弱結(jié)構(gòu)出現(xiàn)沿順坡向軟弱帶的整體滑動(dòng)，滑動(dòng)后規(guī)模極大，危及邊坡和坡腳處隧道安全[5-6]。

為了探明該邊坡深部位移的變化，通過邊坡深孔進(jìn)行了為期3個(gè)月的變形監(jiān)測，現(xiàn)場共布置12個(gè)測點(diǎn)，如圖4所示。

其中K49+200、K49+221處的滑裂面位于孔口以下20 m、15 m深度處，位移方向與坡向夾角約31°，且位移有增長趨勢。邊坡變形過程呈“加速-勻速-加速”的狀態(tài)，如圖5所示，邊坡整體不穩(wěn)定，隨時(shí)有整體滑動(dòng)的可能。由于裂縫前緣剪出口位于1級坡坡腳，且側(cè)界裂縫從小里程往大里程有逐漸抬高的趨勢；邊坡開挖至坡腳時(shí)，滑動(dòng)后緣會(huì)繼續(xù)發(fā)展，潛在深層滑動(dòng)方量估約20萬m3。因此，為確保路塹邊坡的穩(wěn)定，須采用系列工程手段處治。

(a) 總體狀況

(b) 第5級邊坡開裂情況

(c) 第4級邊坡開裂情況

(d) 第3級邊坡開裂情況

圖4 滑坡范圍

(a) K49+200測點(diǎn)測斜管軸向

(b) K49+200測點(diǎn)測斜管鉛垂向

(c) K49+221測點(diǎn)測斜管軸向

(d) K49+221測點(diǎn)測斜管鉛垂向

3 邊坡加固處治方案

3.1 邊坡處治設(shè)計(jì)方案

根據(jù)邊坡極可能出現(xiàn)滑坡狀況提出以下方案，并對其進(jìn)行比選。

1) 方案1：清方卸載+適當(dāng)錨固

放緩邊坡坡率、加寬平臺(tái)，減載處理，并對坡腳適當(dāng)錨固及支擋，如圖6所示。

(1) 1級坡高0 m～10 m，邊溝外側(cè)3 m設(shè)5 m高擋墻，埋入地下2 m，墻頂以上坡率1∶1.0～1∶2.5，坡面采用人字型骨架植草。

(2) 1級平臺(tái)寬2 m，縱向坡率20%，采用2 排Φ89×4.5 mm 豎向鋼花管框架固腳，長度12 m，水平間距3.0 m。

(3) 2～4級坡坡高8 m，坡率分別為1∶1.25、1∶1.50、1∶1.75，2、3級平臺(tái)寬2 m；2、3級采用斜向鋼錨管框架植草加固，4級邊坡采用人字形骨架植草加固。

(4) 4級平臺(tái)縱坡15.6%，采用12 m～28 m變寬過渡。

(5) 5～8級坡坡高6 m，5、6級坡坡率1∶2.0，7、8級坡坡率1∶2.5，6級平臺(tái)寬10 m，其余平臺(tái)寬2 m，8級平臺(tái)3‰反坡削平。

(6) 邊坡共8級，最大坡高58 m。

2) 方案2：錨索抗滑樁+斜向鋼錨管

適當(dāng)刷方，在既有抗滑樁加固的基礎(chǔ)上，采用斜向鋼錨管和豎向鋼花管防護(hù)，如圖7所示。1、2、5級坡坡率1∶1.25，3、4級坡坡率1∶1.00，分級坡高10 m，2級平臺(tái)寬6 m，其余平臺(tái)寬2 m。

(1) 坡腳采用2 排Φ89×4.5 mm豎向鋼花管框架固腳，長度12 m，水平間距2.5 m。

(2) 1～5級坡采用Φ50×4.5 mm斜向鋼錨管加固，共21排，長度10 m～28 m，水平間距2.5 m。

(3) 2級平臺(tái)設(shè)3.0 m×2.5 m 抗滑樁，露出平臺(tái)3 m，樁深35 m，樁間距5.0 m。

3.2 方案比選

1) 方案1：清方卸載+適當(dāng)錨固

(1) 穩(wěn)定性分析

該邊坡開裂面為不規(guī)則折線，結(jié)合國家及行業(yè)規(guī)范采用不平衡推力法進(jìn)行計(jì)算[7-10]。邊坡坡腳有新建隧道，根據(jù)工程的重要性取設(shè)計(jì)安全系數(shù)Ks=1.25；而側(cè)坡潛在滑動(dòng)方向平行線路，對路基影響較小，取設(shè)計(jì)安全系數(shù)Ks= 1.15。選取關(guān)鍵斷面對注漿后土體的基本參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)測量，并在計(jì)算時(shí)考慮注漿后c值提高2 kPa～5 kPa，φ值提高0.5°～1.5°。計(jì)算求得剩余水平下滑力和加固后穩(wěn)定系數(shù)，見表1。

圖6 方案1的典型縱斷面

圖7 方案2的典型縱斷面

由表1可知，最小側(cè)坡穩(wěn)定系數(shù)Kw=1.16，可滿足設(shè)計(jì)要求。

(2) 經(jīng)濟(jì)性分析

本方案路基防排水工程的總造價(jià)為594.4萬元(其中，骨架護(hù)坡造價(jià)為30.5萬元、擋墻造價(jià)為13.5萬元、錨桿格梁護(hù)坡造價(jià)為63.3萬元、鋼錨管造價(jià)為428.7萬元、排水工程造價(jià)為58.4萬元)，而挖方數(shù)量為44萬 m3，挖方工程造價(jià)為1 260.7萬元，故工程總造價(jià)為1 855.1萬元。

表1 方案1剩余水平下滑力計(jì)算結(jié)果

2) 方案2：錨索抗滑樁+斜向鋼錨管

(1) 穩(wěn)定性計(jì)算

方案2采用不平衡推力法進(jìn)行滑坡推力計(jì)算，結(jié)果見表2。

表2 方案2剩余水平下滑力計(jì)算結(jié)果

由表2可知，采用方案2加固后，邊坡穩(wěn)定系數(shù)Kw=1.251，可滿足設(shè)計(jì)要求。

(2) 經(jīng)濟(jì)性分析

本方案路基防排水工程總造價(jià)為1 765.5萬元，挖方數(shù)量為8.1萬 m3，挖方工程造價(jià)為222.5萬元，故工程總造價(jià)為1 988萬元。

綜上，方案1特點(diǎn)：造價(jià)較低、后期安全隱患小，但征地困難、棄方量大，需要大型棄土場，在一定程度上增加施工成本，且該施工方案易對隧道施工有一定影響；方案2特點(diǎn)：施工難度大，抗滑樁施工工期長，鋼花管施工質(zhì)量較難控制[11-12]，后期施工中不確定性較為明顯。因此，綜合考慮施工安全性、耐久性、工期、造價(jià)等因素，采用方案1進(jìn)行深路塹邊坡加固處治。

4 邊坡安全監(jiān)測

為保證施工過程的安全性，在邊坡開挖過程中對邊坡變形進(jìn)行監(jiān)測[13-15]，分別在坡頂、4級平臺(tái)、3級平臺(tái)上布置位移測點(diǎn)，如圖8所示。

對邊坡各測點(diǎn)橫向位移、豎向位移進(jìn)行監(jiān)測，結(jié)果如圖9所示。由圖9可知，方案變更前，即開挖至3級坡中下部時(shí)，邊坡由前穩(wěn)定狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定；在采用方案1治理后，通過清方卸載的手段不斷減少各級邊坡上的土體荷載，邊坡變形速率明顯減小。采用“清方卸載+適當(dāng)錨固”方案施工時(shí)，可保證施工中邊坡的穩(wěn)定性。

圖8 變形監(jiān)測點(diǎn)的布置情況

(a) 測點(diǎn)累積豎向位移

(b) 測點(diǎn)累積橫向位移

5 結(jié)束語

1) 邊坡場區(qū)內(nèi)地層存在軟弱結(jié)構(gòu)面，易出現(xiàn)沿邊坡順坡向地質(zhì)軟弱帶的明顯滑移變形，在降水及開挖施工誘因下，極易出現(xiàn)滑坡的風(fēng)險(xiǎn)。

2) “清方卸載+適當(dāng)錨固”方案造價(jià)較低、后期安全隱患小；采用不平衡推力法進(jìn)行滑坡推力計(jì)算可知，加固處治方案可滿足設(shè)計(jì)要求，推薦采用。

3) “錨索抗滑樁+斜向鋼錨管”方案雖可滿足滑坡推力驗(yàn)算的設(shè)計(jì)要求，但存在施工難度大，抗滑樁施工工期長，鋼花管施工質(zhì)量較難控制的問題，不建議采用。

4) 通過邊坡變形監(jiān)測可知，原施工方案中邊坡整體極不穩(wěn)定；在采用“清方卸載+適當(dāng)錨固”方案后，邊坡變形速率明顯改善，邊坡結(jié)構(gòu)趨于整體穩(wěn)定，方案可靠。