G7212柳北高速公路某病害邊坡成因及處治設計分析

摘要：文章以G7212柳北高速公路某路塹病害邊坡為例，在研究該病害邊坡工程地質條件的基礎上，對病害邊坡的成因和病害機理進行了分析，提出了采用棚架式結構的微型樁對邊坡進行固腳支檔，并對邊坡后緣采用挖方卸載的處治措施，同時采用巖土工程GE05設計軟件進一步驗證了該病害邊坡處治設計的合理性和安全可靠性，可為同類工程的處治提供借鑒經驗。

關鍵詞：病害邊坡；棚架式結構微型樁；成因分析；處治設計；設計驗證

U416.1+4A140452

0 引言

隨著我國經濟的快速發展，對交通需求也在急劇增長，而高速公路的修建里程也越來越多。高速公路邊坡在日積月累過程中和惡劣天氣等不利因素的影響下，邊坡的病害問題日益突出，病害邊坡問題逐漸演變為崩塌、滑坡等地質災害問題，嚴重危及高速公路的通行和行車安全。本文以該G7212柳北高速公路某路塹病害邊坡的處治為例，結合場地的工程地質條件，分析了病害邊坡的成因和病害機理，提出了處治設計方案及建議，為高速公路同類型病害邊坡的處治提供可借鑒的經驗。

1 工程地質條件

1.1 地形地貌

該路塹病害邊坡區屬中低山～丘陵地貌區，地面高程為125～310 m，相對高差約為200 m。山坡地勢較陡，坡度為20°～35°。山體坡面分布有殘坡積覆蓋層，山體上植被較發育，主要為雜樹及松樹、桉樹經濟林木等。

1.2 地層巖性

根據地質調查和鉆探揭露，病害邊坡區的地層主要是由殘坡積（Qel+dl）覆蓋層和泥盆系下統（D1）泥質粉砂巖組成，病害路段的地層巖性分述如下：

含碎石粉質黏土：棕黃色，棕紅色，硬塑，約含15%～20%砂巖、粉砂巖風化碎石，棱角狀，粒徑多為5～50 mm之間，干強度高，韌性差。

強風化泥質粉砂巖：褐色、褐灰色，強風化，粉砂質結構，中厚層狀構造，巖體風化強烈，節理、裂隙呈網狀發育，裂隙面多被鐵錳質浸染，巖體破碎～極破碎，巖芯多呈砂狀、碎塊狀，綜合判定巖體基本質量等級為Ⅴ級。

中風化泥質粉砂巖：灰色、褐灰色，中風化，粉砂質結構，中厚層狀構造，節理、裂隙較發育～稍發育，淺部裂隙面多被鐵錳質浸染，巖體較破碎～完整，巖芯多呈短柱狀、碎塊狀，少部分呈長柱狀，綜合判定巖體基本質量等級為Ⅳ級。

1.3 地質構造

根據區域地質資料，病害路段位于廣西山字型構造的前弧東南翼，路段附近的地質構造主要為蓮花山背斜，軸向北東，為一長軸背斜。受褶皺構造擠壓等構造影響，構造帶及附近區域的巖體較破碎。測得巖層產狀為271°/SW∠20°。

1.4 水文地質

根據勘察報告及現場調查的成果并結合相關規范綜合確定病害區邊坡體各巖土層物理力學性質參數如表1所示：

2 路塹病害邊坡綜合分析

2.1 路塹病害邊坡成因分析

根據現狀路塹病害邊坡的變形破壞特征分析，病害邊坡是受地質條件、人類工程活動以及大氣降水等三方面的因素作用形成的。

2.1.1 地質環境條件

根據現場調查及工程地質勘察成果分析可知，病害邊坡的地層主要是有上覆土層為含碎石粉質黏土，下覆巖層為泥質粉砂巖，上覆土層和下覆基巖的物理力學性質以及巖土層的透水性均存在較大的差別。因此，在雨水下滲浸泡影響下雨水極易在上覆土層中聚集，在巖土交界面處形成軟弱滑動面，為路塹病害邊坡的形成提供了有利地質環境條件。

2.1.2 人類活動

人類工程活動主要是深挖路塹邊坡為邊坡滑塌的形成提供非常不利的臨空條件。路塹邊坡開挖完成后改變了邊坡原來的受力狀態，產生了應力重分布；同時，開挖坡面亦改變了其地表水與地下水的滲透排泄路徑。大氣降雨直接下滲至巖土交界面處并沿巖土交界面向坡前排泄，使得巖土交界面處的巖土體有了充分軟化的條件，進一步降低了巖土層的物理力學指標，為路塹病害邊坡的形成提供了有利的動力條件。

2.1.3 氣象水文因素是病害邊坡形成的外動力

降雨對病害邊坡的影響主要表現為：大氣降雨沿上覆含碎石粉質黏土層直接下滲至巖土交界面處并沿巖土交界面向坡前排泄，使得巖土交界面處的巖土體有了充分軟化的條件，進一步降低了巖土層的物理力學指標，打破了現狀路塹邊坡的平衡狀態，使得邊坡沿軟化后的巖土交界面產生滑移變形。由此可見，氣象因素對路塹病害邊坡的形成起到加劇誘發的作用，是病害邊坡形成的主要誘因之一。

綜上所述，路塹病害邊坡的形成主要是在地質因素、人類活動、氣候條件等共同作用產生的，而強降雨等惡劣天氣是加劇誘發病害邊坡的主要外動力。

2.2 路塹病害邊坡破壞機理分析

路塹病害邊坡開挖后造成邊坡前緣臨空；而邊坡體內的含碎石粉質黏土與泥質粉砂巖的物質成分和結構性質差異大，在大氣降雨下滲影響下極易在巖土界面形成明顯的軟弱結構面；同時邊坡的在大氣降水反復交替入滲侵蝕作用下，使得坡體中殘坡積層和泥質粉砂巖的結構面在水體反復干濕循環浸泡作用下進一步軟化，降低了其力學強度，導致邊坡失穩發生牽引式滑動破壞。路塹邊坡破壞后在邊坡后緣形成貫通的圈椅狀拉張裂縫，同時后緣裂縫形成高度為1.7～2.6 m的錯臺，直接威脅到高速公路的通行安全。

3 處治設計及驗算

3.1 處治設計方案

根據病害邊坡的工程地質條件和變形破壞機理特征，病害邊坡處治主要解決以下問題：（1）針對牽引式破壞機理的邊坡可在滑坡前緣設置抗滑強支擋結構來提高滑坡的抗滑力；（2）在坡體后緣進行卸載以減少邊坡的自身重量，以達到相對平衡的狀態；（3）雨水下滲是致使邊坡失穩的主要誘因，因此要解決該處邊坡的地表水的疏導問題。具體設計方案如下（見圖1）：

（1）在現狀邊坡一級坡頂位置設置抗滑支擋結構：采用多排棚架式結構的微型樁設計方案，利用多排微型樁組成棚架體系對潛在滑坡體前緣進行固腳支檔，以提高邊坡的抗滑力。

（2）在現狀一級坡頂以外已滑動的區域的土體進行卸載，以減少滑坡后緣的下滑力［1］，并對卸載后的坡面進行12 m長錨桿+掛8的HPB300圓鋼，噴射12 cm厚的C25混凝土對坡面進行錨桿+噴射混凝土支護［2］。

（3）在邊坡周邊設置截排水溝，完善邊坡區域的排水系統，將坡面區域匯集的地表水及時排離坡面。

3.2 設計驗算

本次設計采用巖土工程設計軟件GEO5中的土質邊坡穩定性分析模塊，根據典型斷面計算邊坡各工況下的整體穩定性和卸載后的邊坡越頂穩定性。計算模型如圖2所示，計算結果如圖3、圖4和表2所示。其中多排棚架式結構微型樁驗算采用GEO5抗滑樁設計模塊對多排微型樁的各項內力進行驗算。

根據上述驗算結果，該病害邊坡采用削坡卸載+多排棚架式結構的微型樁固腳+錨噴護面防護后，邊坡整體穩定性和削坡卸載后邊坡越頂穩定性均能滿足《公路滑坡防治設計規范》（JTG/T 3334-2018）［3］表5.2.2安全系數正常工況≥1.20、非正常工況≥1.10的要求。多排棚架式微型樁的各項內力計算結果均滿足規范要求［4］。

4 結語

本文以G7212柳北高速公路某路塹病害邊坡處治工程為例，在研究了邊坡的工程地質條件后，對病害邊坡的成因和病害機理進行了分析，提出專項處治設計方案并進對設計方案進行了驗算，得出以下結論：

（1）該路塹病害邊坡屬于牽引式滑動破壞，現狀邊坡已經產生滑塌破壞，并在邊坡后緣形成貫通的圈椅狀拉張裂縫，同時后緣裂縫形成高度為1.7～2.6 m的錯臺，直接威脅到高速公路的通行安全，需要及時處治。

（2）根據該病害邊坡的工程地質條件和變形機理分析，采用多排棚架式結構的微型樁進行加固，同時對現狀一級坡頂以上已滑動的區域的土體進行卸載，并結合坡面排水設計措施，將地表水盡快排出，最終達到處治的目的。

（3）設計驗算采用巖土工程設計軟件GEO5對邊坡的整體穩定性和卸載后的邊坡越頂穩定性以及多排棚架式結構微型樁的各項內力進行計算，均滿足規范要求，設計方案合理可靠。

參考文獻：

［1］DZ/T 0219-2006，滑坡防治工程設計與施工技術規范［S］.

［2］GB 50086-2015，巖土錨桿與噴射混凝土支護工程技術規范［S］.

［3］JTG/T 3334-2018，公路滑坡防治設計規范［S］.

［4］JGJ 94-2008，建筑樁基技術規范［S］.