馬 杰

（北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院，北京100082）

1 工程概況

京承高速公路北京段是《國(guó)家高速公路網(wǎng)規(guī)劃》中大廣線G45（大慶－廣州）的重要組成部分，全長(zhǎng)132.4 km。北京段三期工程為京承高速公路北京段最后一部分，起點(diǎn)密云密興路終點(diǎn)至市界，全長(zhǎng)62.6 km。道路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)雙向4車道，設(shè)計(jì)速度100 km/h，路基寬度26 m。工程已于2009年建成通車。

京承高速公路三期工程中清水河2#橋，是京承三期項(xiàng)目中的一座重要橋梁，主橋?yàn)?75+120+75)m的三跨連續(xù)剛構(gòu)，采用掛籃施工；中墩最大高度為47 m，橋梁為分離式兩幅橋，單幅橋面寬度13m。

該工程左幅橋(見圖1)L0橋臺(tái)在基礎(chǔ)施工過程中，發(fā)現(xiàn)橋臺(tái)處邊坡存在穩(wěn)定問題。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)多次勘察及工程分析，確認(rèn)該邊坡在正常工況下是穩(wěn)定的，但在7度地震烈度工況下是欠穩(wěn)定的（該地區(qū)抗震設(shè)防烈度為7度），需要對(duì)該邊坡進(jìn)行處理，以滿足7度地震的抗震要求。

圖1 清水河2#橋左幅橋橋型布置圖（單位：cm）

2 橋臺(tái)處工程地質(zhì)特征

2.1 地形地貌

擬建場(chǎng)區(qū)在地貌單元上為剝蝕、構(gòu)造形成的低山區(qū)。擬建清水河2#橋位于兩山之間，由南向北跨越清水河。清水河由西向東徑流，河谷呈“V”字型，谷底寬60 m左右，水面寬度約20 m。L0基礎(chǔ)位于清水河河床南側(cè)山坡的坡腳處，坡體向北傾斜，自然坡面傾角45°左右，其東側(cè)和南側(cè)為構(gòu)造切割形成的陡坎，陡坎高度5～10 m，其西側(cè)發(fā)育一條NNW向的沖蝕淺溝，該溝寬約3 m，深約2 m，其北側(cè)受清水河河流長(zhǎng)期沖刷侵蝕，形成臺(tái)階式陡崖。L0橋臺(tái)所在坡體南北向斜坡長(zhǎng)度60～77 m，東西向?qū)挾燃s55 m。場(chǎng)區(qū)四周灌木叢生，地勢(shì)高低不平。

2.2 地質(zhì)構(gòu)造

橋址區(qū)位于燕山晚期形成的楊家堡和張泉—高家莊兩條斷層之間。楊家堡斷裂和張泉—高家莊斷裂分別在橋址區(qū)東側(cè)0.75 km和西側(cè)1.5 km左右通過。受楊家堡斷裂和張泉—高家莊斷裂影響，在擬建場(chǎng)區(qū)形成了NNW向次級(jí)斷裂（F1）、NE向次級(jí)斷裂（F2）和NNW向節(jié)理破碎帶（J1）。各條次級(jí)斷裂和節(jié)理破碎帶特征如下：

（1）F1次級(jí)斷裂：F1次級(jí)斷裂性質(zhì)為壓剪性斷裂，走向NNW 352°，斷層面近直立，與區(qū)域斷裂楊家堡斷裂約呈23°左右相交；該斷裂斷距3 m左右，斷裂帶寬2 m左右，見紫紅色構(gòu)造角礫巖和青灰色靡棱巖，表層風(fēng)化較嚴(yán)重，該斷裂影響寬度約10 m。受F1次級(jí)斷裂切割作用和風(fēng)化作用影響，L0橋臺(tái)所在山體東側(cè)形成基本直立的陡崖，陡崖高度 5～10 m。

（2）F2次級(jí)斷裂：F2次級(jí)斷裂性質(zhì)為壓剪性斷裂，該斷裂走向NE38°，傾向NW，傾角 70°左右，與區(qū)域斷裂楊家堡斷裂約呈23°左右相交；該斷裂斷距較小，斷裂帶寬2 m左右，見紫紅色構(gòu)造角礫巖，表層風(fēng)化較嚴(yán)重，該斷裂影響寬度約5 m。受F2次級(jí)斷裂的切割作用及風(fēng)化作用影響，L0橋臺(tái)所在山體的南側(cè)形成5～8 m高不等的陡崖，與后緣山體分割開。

（3）J1節(jié)理破碎帶：J1節(jié)理破碎帶性質(zhì)為壓剪性節(jié)理破碎帶，走向NNW349°，節(jié)理面平直，近直立，影響寬度約3～5 m。受其影響，節(jié)理破碎帶內(nèi)巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體破碎，呈碎裂巖化狀態(tài)，膠結(jié)一般，在L0橋臺(tái)西側(cè)17 m左右形成一條NNW向的沖蝕淺溝。

次級(jí)斷裂和節(jié)理破碎帶詳見圖2橋臺(tái)處地質(zhì)平面圖。

圖2 L0橋臺(tái)處地質(zhì)平面圖

2.3 地層巖土性質(zhì)概況

根據(jù)勘探資料，按地層巖性及其工程地質(zhì)性質(zhì)將巖土劃分為：①層強(qiáng)風(fēng)化白云巖，褐灰～灰白色，稍濕，節(jié)理裂隙很發(fā)育，巖芯呈碎石狀、塊狀；②層弱風(fēng)化白云巖，灰白色，稍濕，節(jié)理裂隙很發(fā)育，巖芯呈碎塊狀、短柱狀；③層弱風(fēng)化白云巖，灰白色，稍濕，節(jié)理裂隙很發(fā)育，巖芯呈碎塊狀、塊狀、短柱狀。其中在②層與③層之間存在軟弱結(jié)構(gòu)面，該軟弱結(jié)構(gòu)面較平直，張開度大于3 mm，充填物為白云巖風(fēng)化產(chǎn)物，局部鈣質(zhì)膠結(jié)，傾向 354°∠34～35°左右，L0 橋臺(tái)東側(cè)沖溝西側(cè)壁上可見軟弱結(jié)構(gòu)面，其厚度2～10 cm。

2.4 擬建場(chǎng)地抗震設(shè)計(jì)條件

根據(jù) 《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011－2001)，擬建場(chǎng)地抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，地震動(dòng)峰值加速度系數(shù)為0.15。

3 滑坡穩(wěn)定性分析

3.1 邊坡的基本特征

L0基礎(chǔ)邊坡位于清水河河床南側(cè)，坡體向北傾斜，自然坡角45°左右；基礎(chǔ)下部巖體為白云巖，巖層產(chǎn)狀為傾向350°∠34～45°，與坡體斜面產(chǎn)狀基本相同。其東、南兩側(cè)受F1和F2構(gòu)造切割和后期風(fēng)化、沖蝕作用，已形成基本直立的陡坎；西側(cè)受J1節(jié)理破碎帶控制，亦形成了NNW向發(fā)育的沖蝕淺溝；北側(cè)因受清水河長(zhǎng)期沖刷侵蝕，L0基礎(chǔ)下部巖體的部分坡腳已蕩然無存，坡面臨空。受上述因素控制，L0基礎(chǔ)下部巖體形成不穩(wěn)定體。

邊坡滑體：坡體上部為強(qiáng)風(fēng)化白云巖①層，褐灰～灰白色，稍濕，節(jié)理裂隙很發(fā)育，巖芯呈碎石狀、塊狀；坡體下部為弱風(fēng)化白云巖②層，灰白色，稍濕，節(jié)理裂隙很發(fā)育，巖芯呈碎塊狀、短柱狀。

邊坡滑床：邊坡滑床地層為弱風(fēng)化白云巖③層，灰白色，稍濕，節(jié)理裂隙很發(fā)育，巖芯呈碎塊狀、塊狀、短柱狀。

邊坡滑帶：②層與③層之間的軟弱結(jié)構(gòu)面構(gòu)成了該邊坡潛在滑面，勘察表明該軟弱結(jié)構(gòu)面較為平直，傾向 354°，傾角 34～35°，L0 橋臺(tái)東側(cè)沖溝內(nèi)可見軟弱結(jié)構(gòu)面厚度2～10 cm，局部鈣質(zhì)膠結(jié)。

3.2 邊坡穩(wěn)定性影響因素

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查及勘察表明，影響清水河2號(hào)橋L0邊坡穩(wěn)定性的主要因素如下：

（1）該邊坡地形陡峻，坡角超過45°，坡體物質(zhì)主要為弱風(fēng)化～強(qiáng)風(fēng)化白云巖，巖體破碎，節(jié)理裂隙發(fā)育，坡腳因清水河河谷切割臨空，共同為滑坡的形成提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

（2）順坡向的軟弱結(jié)構(gòu)面組合為滑坡的失穩(wěn)提供了良好的潛在外傾滑移面。

（3）滑坡后緣陡傾斷層（F2）為地下水的下滲提供了良好的通道，若遇強(qiáng)降雨，地表水順后緣陡傾裂隙下滲，一方面在后緣形成水平水壓力、在滑移面形成揚(yáng)壓力，同時(shí)還會(huì)軟化結(jié)構(gòu)面中的充填物，降低其抗剪強(qiáng)度指標(biāo)，共同加劇邊坡下滑。

（4）該區(qū)有可能發(fā)生5級(jí)以上的地震，在地震作用下可能導(dǎo)致邊坡整體下滑失穩(wěn)。

3.3 邊坡穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

3.3.1計(jì)算模型及計(jì)算方法

依據(jù)邊坡類型及工程地質(zhì)條件，采用巖質(zhì)邊坡傳遞系數(shù)法進(jìn)行穩(wěn)定性計(jì)算，見圖3所示，將滑坡分成12塊，其中第E5塊為橋臺(tái)所在位置。

圖3 L0邊坡2-2’剖面（橋臺(tái)中線）示意圖

3.3.2邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算參數(shù)取值與計(jì)算工況

3.3.2.1穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)

根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)，邊坡坡體巖石天然重度為28.2kN/m3，飽水重度為28.5kN/m3，現(xiàn)場(chǎng)勘察發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)面軟弱夾層厚度2～10cm，主要為白云巖風(fēng)化產(chǎn)物，滑帶鈣質(zhì)膠結(jié)充填物在天然干燥狀態(tài)下的c值取 105.0kPa，φ值取 25.0°； 飽和狀態(tài)下的 c值取85.0kPa，φ 值取 23.5°， 后緣斷層裂隙的 c值取0.0kPa，φ 值取 23.5°。

3.3.2.2計(jì)算工況

依據(jù)該邊坡的實(shí)際情況，分兩大類三種計(jì)算工況,見表1所列。

表1 穩(wěn)定性計(jì)算工況組合一覽表

3.3.3邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算成果及分析

3.3.3.1滑坡穩(wěn)定安全系數(shù)及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

按照 《地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘查規(guī)范》DB50/143－2003的相關(guān)規(guī)定，確定L0擴(kuò)大基礎(chǔ)所在的原邊坡安全等級(jí)為Ⅲ級(jí)（即維持原狀不建橋），施工以后L0擴(kuò)大基礎(chǔ)的邊坡安全等級(jí)為Ⅰ級(jí)；邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)取值：正常工況（非地震工況）天然邊坡為1.20，I級(jí)工程邊坡為1.25；校核工況（地震工況）天然邊坡為1.05，I級(jí)工程邊坡為1.05。邊坡穩(wěn)定性判別標(biāo)準(zhǔn)見表2所列。

表2 邊坡穩(wěn)定狀態(tài)劃分標(biāo)準(zhǔn)表

3.3.3.2定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果

針對(duì)以上三種工況對(duì)2－2’剖面 （橋臺(tái)中線位置）進(jìn)行了穩(wěn)定計(jì)算，計(jì)算結(jié)果為工況一的穩(wěn)定系數(shù)為1.305，工況二的穩(wěn)定系數(shù)為1.313，工況三的穩(wěn)定系數(shù)為1.039；即在工況三時(shí)邊坡欠穩(wěn)定。其安全儲(chǔ)備未達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求，需采取加固措施對(duì)坡體進(jìn)行處理，以提高安全儲(chǔ)備，滿足抗震要求。

4 處理措施

根據(jù)穩(wěn)定分析滑坡推力計(jì)算的結(jié)果，提出了2個(gè)處理方案。一是設(shè)置7根2×2.5的抗滑樁，樁長(zhǎng)15 m，布置在橋臺(tái)以下15～20 m的位置；二是在橋臺(tái)基礎(chǔ)下方和橋臺(tái)兩側(cè)分別布置3排預(yù)應(yīng)力錨索（共計(jì)6排54根）。通過對(duì)工程地質(zhì)條件、施工方案及工程安全的影響分析，最后采用了預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)方案。經(jīng)過錨索加固處理后，在工況三時(shí)穩(wěn)定系數(shù)達(dá)到了1.054＞1.05，滿足規(guī)范的穩(wěn)定要求。

4.1 預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)

在橋臺(tái)附近設(shè)置多排預(yù)應(yīng)力錨索，錨索長(zhǎng)度約為24～27 m，采用高強(qiáng)低松弛鋼鉸線，錨具型號(hào)采用M15－7，其中錨固端長(zhǎng)度為10 m，自由段長(zhǎng)度約有15 m。共計(jì)6排54根錨索。另外在橋臺(tái)下方15 m以下位置設(shè)框格梁，依據(jù)地形設(shè)置了3處，每處3排，錨索長(zhǎng)度約為16 m、12 m，共計(jì)36束。采用高強(qiáng)低松弛鋼鉸線，錨具型號(hào)采用M15－4，其中錨固端長(zhǎng)度為6 m，自由段長(zhǎng)度為6～10 m。

4.2 噴錨支護(hù)

對(duì)L0橋臺(tái)下裸露巖體進(jìn)行錨噴支護(hù)，主要目的是防止巖體受雨水侵蝕發(fā)生崩塌。錨噴具體做法為：采用錨筋Φ22@1 m，φ8@10 cm×10 cm的鋼筋網(wǎng)，采用C25混凝土進(jìn)行錨噴，厚度8～10 cm。

4.3 灌漿封閉

對(duì)坡體裂隙進(jìn)行灌漿封閉，對(duì)坡體周圍裸露的軟弱結(jié)構(gòu)面進(jìn)行灌漿封閉。

灌漿按照自下而上的加固原則，自坡角開始布置注漿管，擬采用Φ42的注漿小導(dǎo)管，每米布置1根，深入到裂隙中，注漿壓力一般控制在0.5～0.1 MPa，最大壓力1.5 MPa，當(dāng)注漿壓力超過1.5 MPa時(shí)，可停止注漿，必要時(shí)可間歇式注漿。

4.4 在坡頂及兩側(cè)布設(shè)截水溝，以阻斷地下水下滲

在坡頂及兩側(cè)布設(shè)梯形斷面漿砌片石截水溝，截水溝的設(shè)置離坡體周圍裸露的軟弱結(jié)構(gòu)面縫隙處的距離不小于6 m。

4.5 坡腳擋墻護(hù)砌

在坡腳碎石堆積處砌筑漿砌片石擋墻、坡底C20糙面混凝土（厚25 cm）及漿砌片石護(hù)坡，目的是穩(wěn)定坡腳及防止碎石滾落沖擊中墩墩柱。

5 施工方法

5.1 預(yù)應(yīng)力錨索施工

預(yù)應(yīng)力錨索鉆孔采用Φ150 mm的潛孔鉆機(jī)，用Φ130 mm的導(dǎo)管注漿，鉆孔為斜孔 （下傾角25°）；施工過程中根據(jù)發(fā)現(xiàn)的裂隙位置，對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索的長(zhǎng)度進(jìn)行了部分加長(zhǎng)調(diào)整；預(yù)應(yīng)力錨索灌漿采用一次注漿法，注漿采用1:0.5的水泥砂漿，注漿壓力0.6～0.8 MPa，待水泥砂漿凝固收縮后，孔口再進(jìn)行補(bǔ)充注漿?？變?nèi)水泥砂漿達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%，錨墩達(dá)到90%以上時(shí)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索的張拉。張拉采用整體張拉的施工方法，錨索預(yù)應(yīng)力分級(jí)施加并鎖定，逐級(jí)增加至超張拉值后錨固。錨固后，通過錨墊板上的注漿孔補(bǔ)充注漿，最后用C25混凝土將錨頭封閉保護(hù)。

另外選擇8根錨索安裝GMS錨索弦式測(cè)力計(jì)，對(duì)錨索的預(yù)應(yīng)力進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)。

5.2 排水溝及噴錨

L0橋臺(tái)兩側(cè)增設(shè)漿砌片石護(hù)坡，在漿砌片石護(hù)坡下面新增排水溝，然后引入到右側(cè)自然沖溝，并對(duì)右側(cè)自然沖溝進(jìn)行了掛網(wǎng)噴混凝土。對(duì)滑坡左側(cè)的截水溝進(jìn)行了錨噴支護(hù)。

5.3 坡體裂隙進(jìn)行灌漿封閉及小導(dǎo)管注漿

原設(shè)計(jì)小導(dǎo)管注漿采用Φ42小導(dǎo)管，在施工中部分改為Φ38無縫鋼管，長(zhǎng)度按3 m；另外在L0橋臺(tái)左側(cè)錨噴區(qū)，采用Φ90 mm潛孔鉆機(jī)，用Φ70 mm的導(dǎo)管注漿，灌漿深度一般為8 m。

5.4 擋墻及C20糙面混凝土施工

由于地形開挖與實(shí)際有些不同，擋墻及坡底C20糙面混凝土實(shí)際施工與原設(shè)計(jì)稍有不同，但施工原則與原設(shè)計(jì)意圖基本一致。

6 結(jié)語

（1）隨著我國(guó)高速公路發(fā)展，公路選線不可避免會(huì)遇到不良地質(zhì)，如滑坡、斷層、軟弱地基等，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加強(qiáng)地勘工作，根據(jù)地質(zhì)條件合理選擇方案，盡量避免出現(xiàn)不良地質(zhì)，節(jié)省工程造價(jià)。

（2）對(duì)滑坡通常處理方法有抗滑樁、抗滑錨索等。該工程由于工期緊迫，為保證工程通車，主體橋梁工程先期完成。邊坡加固需要在橋梁正常安全運(yùn)行的前提下進(jìn)行，所以本工程選擇了對(duì)橋梁基礎(chǔ)影響較小的預(yù)應(yīng)力錨索加固方案。

（3）預(yù)應(yīng)力錨索在實(shí)際施工過程中，由于地形條件、地質(zhì)情況等與實(shí)際有一定的差異，其位置、長(zhǎng)度等均有不同程度的調(diào)整。邊坡加固除了主體預(yù)應(yīng)力錨索外，還應(yīng)包括錨噴、灌漿、坡腳處理、設(shè)置截水溝等一系列輔助措施，這樣才能保證加固達(dá)到預(yù)期效果。

[1]GB 50300-2002，建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范[S].

[2]DB 50/143-2003，地質(zhì)災(zāi)害防治工程勘察規(guī)范[S].