山區(qū)高填方邊坡穩(wěn)定性分析與加固處理

翟文光

(云南交發(fā)元?jiǎng)?chuàng)交通工程技術(shù)咨詢有限公司,云南 昆明 650228)

近年來(lái)我國(guó)交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)取得長(zhǎng)足進(jìn)步,山區(qū)公路建設(shè)也在迅猛發(fā)展。由于地形條件和技術(shù)指標(biāo)的限制,山區(qū)公路建設(shè)不得不對(duì)路基進(jìn)行大量填筑,形成高填邊坡。在降雨及自重力作用下,邊坡土體抗剪強(qiáng)度參數(shù)會(huì)隨之降低,以致于出現(xiàn)邊坡失穩(wěn)、滑移變形等破壞現(xiàn)象,在西部山區(qū),高填方邊坡的失穩(wěn)給公路的安全運(yùn)營(yíng)帶來(lái)嚴(yán)重后果,管理者與工程技術(shù)人員應(yīng)對(duì)山區(qū)高填方邊坡的穩(wěn)定性及其滑坡防治問(wèn)題給予高度重視。

1 工程概況

巫山機(jī)場(chǎng)道路某高填方邊坡長(zhǎng)100 m,中心填方高度28.3～36.9 m。場(chǎng)區(qū)地勢(shì)較低,地面橫坡度整體較陡,局部存在陡坎,在不利條件下易產(chǎn)生沿斜坡方向的局部垮塌、甚至整體滑動(dòng)失穩(wěn)現(xiàn)象,加之坡腳處有多座水池障礙物處于坡腳線以內(nèi),邊坡破壞后果嚴(yán)重。

2 邊坡穩(wěn)定性分析與計(jì)算

邊坡穩(wěn)定性分析和計(jì)算是邊坡失穩(wěn)研究的核心問(wèn)題,旨在為治理方案提供依據(jù)[1]。目前,關(guān)于邊坡穩(wěn)定性分析,工程中大都采用極限平衡分析法解決實(shí)際工程問(wèn)題。土體對(duì)抗滑構(gòu)件的作用力采用剩余下滑力與庫(kù)侖土壓力進(jìn)行計(jì)算[2]。

2.1 計(jì)算工況與安全系數(shù)選取

對(duì)滑塌體采用基于土力學(xué)中極限平衡的直線形滑動(dòng)傳遞系數(shù)法進(jìn)行穩(wěn)定性系數(shù)及剩余下滑力計(jì)算[3,4]。首先假定滑動(dòng)面的位置,然后估算使?jié)撛诨w保持極限狀態(tài)所需的抗滑力,并計(jì)算抗滑力。分別計(jì)算現(xiàn)狀和回填后的穩(wěn)定性系數(shù),分兩種工況進(jìn)行計(jì)算。

工況一:自重+天然狀態(tài)

工況二:自重+暴雨?duì)顟B(tài)

根據(jù)相關(guān)地勘資料,邊坡基礎(chǔ)落于強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r層(局部為強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開挖情況,場(chǎng)地坡殘積層厚約1 m、強(qiáng)風(fēng)化泥灰?guī)r厚約2 m、中風(fēng)化泥灰?guī)r厚度穩(wěn)定。邊坡穩(wěn)定計(jì)算采用簡(jiǎn)化Bishop法,選取兩處分別設(shè)置抗滑樁和抗滑擋墻的典型斷面K0+010和K0+110進(jìn)行分析,計(jì)算參數(shù)選取依據(jù)地勘報(bào)告、并結(jié)合當(dāng)?shù)毓こ探?jīng)驗(yàn)進(jìn)行取值,如表1所示。

2.2 安全系數(shù)選取

邊坡(滑坡)安全系數(shù)要求因行業(yè)不同而不同,根據(jù)本工程特點(diǎn):邊坡中心最大填方高度36.9 m,地基斜坡較陡,地質(zhì)條件復(fù)雜,邊坡一旦發(fā)生失穩(wěn)破壞,對(duì)機(jī)場(chǎng)的安全運(yùn)營(yíng)會(huì)產(chǎn)生極大的影響,經(jīng)濟(jì)損失及社會(huì)影響嚴(yán)重,故該邊坡安全等級(jí)為一級(jí)。工況一條件(正常工況)邊坡安全系數(shù)1.3,工況二條件(非正常工況I)邊坡安全系數(shù)1.2。

2.3 剩余下滑力計(jì)算

采用加拿大Rocscience公司研發(fā)的Slide V6.0軟件對(duì)上述兩斷面進(jìn)行模擬,軟件可驅(qū)動(dòng)程序使之自動(dòng)搜索最不利滑面,圖1和圖2分別為K0+010和K0+090斷面的滑動(dòng)體條塊。

圖1 K0+010滑動(dòng)體計(jì)算條分圖

圖2 K0+090滑動(dòng)體計(jì)算條分圖

計(jì)算結(jié)果如表2、表3所示。

表2 K0+010計(jì)算結(jié)果

表3 K0+090計(jì)算結(jié)果

由計(jì)算可知,K0+010該斷面在正常工況下邊坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)Fs=1.136<1.3,非正常工況I時(shí),最小安全系數(shù)為Fs=1.021<1.2;K0+090該斷面在正常工況下邊坡整體穩(wěn)定安全系數(shù)Fs=1.122<1.3,非正常工況I時(shí),最小安全系數(shù)為Fs=1.016<1.2,均不滿足《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》表3.6.11中相關(guān)要求,因此需對(duì)該邊坡進(jìn)行支護(hù)加固設(shè)計(jì)。

3 邊坡處治設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)采用樁板墻+抗滑擋墻+鋼塑格柵+填石路基的綜合處理措施,如圖3、圖4所示。

圖3 K0+000～K0+120平面設(shè)計(jì)圖

圖4 K0+010橫斷面設(shè)計(jì)圖

3.1 樁板墻設(shè)計(jì)

樁板墻設(shè)于坡腳第五級(jí)邊坡處,共設(shè)29根抗滑樁,樁徑1.75×2.5 m,間距5.0 m,樁長(zhǎng)16～22 m,錨固段長(zhǎng)度為地面或滑面以上懸臂長(zhǎng)度的1倍,設(shè)計(jì)采用HRB400鋼筋,C30混凝土澆筑,采用人工挖孔樁,跳樁法施工。由于該邊坡位于平曲線的“外凸”側(cè),加之邊坡較高、坡率較緩,坡腳線實(shí)際長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于路線實(shí)際長(zhǎng)度。設(shè)計(jì)采用整樁號(hào)斷面進(jìn)行控制,樁號(hào)與抗滑樁對(duì)應(yīng)關(guān)系如表4所示。樁間采用C30預(yù)制內(nèi)置擋土板,尺寸4.2 m×1.0 m×0.4 m,擋土板底部采用60 cm厚C15片石混凝土基座進(jìn)行支撐。采用理正巖土6.0對(duì)K0+010斷面進(jìn)行穩(wěn)定性分析, 計(jì)算采用K法, 抗滑樁結(jié)果如表5所示。

表4 樁號(hào)與抗滑樁對(duì)應(yīng)關(guān)系

表5 抗滑樁計(jì)算結(jié)果

3.2 抗滑擋墻設(shè)計(jì)

重力式抗滑擋墻采用C20片石混凝土澆筑,每隔10～15 m結(jié)合墻高或地質(zhì)情況設(shè)置豎向沉降縫,縫寬為0.02 m,充填瀝青麻絮?？够瑩鯄Ω? m,墻頂寬2.5 m,驗(yàn)算結(jié)果如表6所示。

表6 抗滑樁計(jì)算結(jié)果

3.3 鋼塑格柵設(shè)計(jì)

路槽底層及第一、二、三、四級(jí)邊坡坡底均采用3層鋼塑格柵處理,每層間距0.5 m,四級(jí)邊坡坡底采用填石路基。

3.4 填石路基設(shè)計(jì)

路基巖石填料,其飽水抗壓強(qiáng)度不應(yīng)低于15 MPa。當(dāng)其抗壓強(qiáng)度不滿足規(guī)定要求時(shí),應(yīng)進(jìn)行CBR試驗(yàn),CBR值不低于15%。不滿足要求時(shí),應(yīng)按填土的要求檢驗(yàn)和控制。此外,巖石填料最大粒徑應(yīng)滿足表7要求。

表7 巖石填料最大粒徑 單位:cm

4 結(jié) 論

(1)山區(qū)機(jī)場(chǎng)高填方邊坡滑塌失穩(wěn)是研究與設(shè)計(jì)人員常關(guān)注的工程難題,其失穩(wěn)影響因素復(fù)雜,其中降雨因素影響較大,應(yīng)采取有效措施予以處理。

(2)該邊坡在正常工況下處于基本穩(wěn)定狀態(tài),在暴雨工況下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)。由于安全儲(chǔ)備不足,在暴雨或連續(xù)降雨工況時(shí),邊坡極有可能出現(xiàn)大規(guī)模滑坡。

(3)本工程采用的“抗滑樁+抗滑擋墻+鋼塑格柵+填石路基”方案技術(shù)成熟,可實(shí)施性較高,從長(zhǎng)遠(yuǎn)而言,加固效果較好。