姚　強(qiáng)， 沈軍輝， 鄭國強(qiáng)

(1.四川省交通運(yùn)輸廳交通勘察設(shè)計(jì)研究院， 四川成都 610017；2.成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，四川成都 610059)

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國道317線某崩塌堆積體路段穩(wěn)定性分析與加固措施研究

姚強(qiáng)1, 2， 沈軍輝2， 鄭國強(qiáng)1

(1.四川省交通運(yùn)輸廳交通勘察設(shè)計(jì)研究院， 四川成都 610017；2.成都理工大學(xué)環(huán)境與土木工程學(xué)院，四川成都 610059)

【摘要】國道317獅子坪水電站庫區(qū)公路K847+720～K847+830段建基于厚層堆積體斜坡之上，因庫水位變化引起坡體變形，導(dǎo)致路基、路面出了明顯的變形破壞，嚴(yán)重影響通行與運(yùn)營安全。文章通過對(duì)變形坡體的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)特征以及既有工程措施等因素的研究分析，闡述了其變形機(jī)理，認(rèn)為病害由水庫水位變化引起的岸坡坍塌-后退式滑移變形所致；在此基礎(chǔ)上評(píng)價(jià)了路基的穩(wěn)定性，提出并討論了加固處治措施的組成及設(shè)計(jì)原則。研究成果可為類似路基病害的成因機(jī)制分析與加固處治提供參考。

【關(guān)鍵詞】國道317線；庫區(qū)公路；路基病害處治；錨索抗滑樁

斜坡及地基欠穩(wěn)定導(dǎo)致的路基沉陷、開裂是山區(qū)公路常見的工程地質(zhì)問題，尤其在水庫庫水影響下的土質(zhì)斜坡路段較為頻發(fā)。國道317線獅子坪水電站庫區(qū)公路K847+720～K847+830段病害工點(diǎn)，路基填筑于厚層崩塌堆積體之上，受蓄水導(dǎo)致的塌岸影響，路基、路面出現(xiàn)了明顯的變形破壞，盡管前期采取了臨時(shí)加固措施，使變形得到了一定的控制，但隨著庫水位上升及變幅的增大，變形持續(xù)發(fā)展，嚴(yán)重影響到公路的通行與運(yùn)營安全，亟待加固處治。本文在對(duì)坡體結(jié)構(gòu)與變形特征調(diào)查分析的基礎(chǔ)上，闡述了變形的原因，對(duì)路基的穩(wěn)定性進(jìn)行了評(píng)價(jià)，提出并討論了相關(guān)加固措施的組成與設(shè)計(jì)原則。

1路基工程地質(zhì)條件

變形路段位于厚層崩塌堆積體后緣，內(nèi)側(cè)斜坡陡立，外側(cè)臨空，高出河床底面60.0～70.0 m(圖1)。

圖1　病害路段全貌

該段斜坡覆蓋層厚度2.0～15.0 m，局部達(dá)20.0 m以上，主要為崩坡積塊碎石土，結(jié)構(gòu)松散，干燥，粒徑6.0～10.0 cm者居多，約占45 %～55 %，大者25.0～30.0 cm，約占10 %～20 %，其余為礫石、砂、粉質(zhì)黏土等充填。下伏基巖為三疊系中統(tǒng)雜谷腦組變質(zhì)砂巖夾板巖，薄～中厚層狀，陡傾坡內(nèi)，強(qiáng)風(fēng)化帶厚度3.0～5.0 m。公路填筑于覆蓋層之上，填土厚度4.0～13.2 m，主要成分為變質(zhì)砂巖塊碎石夾土，部分夾砂，結(jié)構(gòu)松散，干燥，塊碎石含量50 %～60 %。公路內(nèi)側(cè)基巖出露，外側(cè)路肩處設(shè)有擋土墻，墻基置于土層內(nèi)，墻址外側(cè)設(shè)有鋼管樁(前期臨時(shí)加固措施)。下部斜坡堆積有鄰近隧道洞碴，厚薄不均(圖2)。

圖2　典型地質(zhì)橫剖面

2路基變形的原因及穩(wěn)定性分析

2.1變形特征

水庫蓄水后，路基、路面出現(xiàn)了明顯的變形破壞。為保證通行，采取了錨桿(索)豎(框架)梁與鋼管樁等臨時(shí)措施對(duì)既有路肩擋土墻及其基礎(chǔ)進(jìn)行加固，使變形得到了一定控制。隨著水位上升至設(shè)計(jì)初期水位2 490 m，變形持續(xù)發(fā)展，路面出現(xiàn)了貫通的圈椅狀裂縫，張開達(dá)5.0～15.0 cm，并出現(xiàn)20.0～40.0 cm的下錯(cuò)，路基外側(cè)既有路肩擋土墻出現(xiàn)下沉、錯(cuò)斷，鋼管樁頂聯(lián)系橫梁多處斷裂(圖3、圖4)，亟待加固處治。

圖3　路面裂縫

圖4　既有加固結(jié)構(gòu)上的裂縫

2.2原因及破壞模式分析

根據(jù)坡體結(jié)構(gòu)與變形特征分析認(rèn)為，路基范圍的潛在滑動(dòng)面位于基覆界面附近，向下則為切穿松散坡體的剪切面，位于覆蓋層內(nèi)部。變形破壞模式及類型為坍塌-后退式滑移復(fù)合型。

坡體自身穩(wěn)定性不足是導(dǎo)致變形的主要原因。首先，變形路段原始斜坡高陡，具備較好的臨空條件。路基填筑于松散崩坡積堆積層之上，填筑體與下部土體密實(shí)度均較低，壓縮變形大，抗剪強(qiáng)度低。其次，基覆界面坡度較陡，對(duì)斜坡穩(wěn)定有較大不利影響。隨著水庫水位的上升，水下松散坡體處于飽和狀態(tài)。當(dāng)水位下降(尤其是水位驟降)，抗滑力降低，動(dòng)水壓力導(dǎo)致下滑力增大，極大的降低了坡體的穩(wěn)定性。加之塌岸導(dǎo)致坡體下部出現(xiàn)了新的臨空面，造岸類型表現(xiàn)為坍塌-后退式滑移。另外，雨季持續(xù)集中降雨導(dǎo)致坡體重度增加，強(qiáng)度降低，也加劇了斜坡的變形破壞。

2.3穩(wěn)定性分析與評(píng)價(jià)

基于上述分析，選取典型最不利斷面進(jìn)行穩(wěn)定性及剩余下滑力計(jì)算，采用傳遞系數(shù)法，計(jì)算參數(shù)取值依據(jù)地勘成果由試驗(yàn)與反分析綜合確定(表1)。

表1　 穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)取值

計(jì)算安全系數(shù)的選取充分考慮了公路等級(jí)，依據(jù)規(guī)范在天然工況下取1.15，暴雨工況下取1.10，地震工況下取1.05。分別計(jì)算上述三種工況下不同蓄水水位條件下的斜坡穩(wěn)定性與剩余下滑力，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2　穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果

據(jù)穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果，未蓄水時(shí)(2 460 m)，僅坡腳部分土體浸水，庫水對(duì)斜坡影響較小，坡體整體處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；在初期蓄水時(shí)(2 490 m)，天然工況斜坡處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，暴雨及地震工況下坡體處于不穩(wěn)定狀態(tài)。這與勘察期間路基的變形破壞特征相吻合；正常蓄水位時(shí)(2 540 m)，其穩(wěn)定性更差。

因前期最高水位為2 490 m，后降至2 460 m，水位變幅達(dá)30 m，路基、路面及上下坡體均出現(xiàn)了明顯的變形破壞，說明坡體已處于不穩(wěn)定狀態(tài)，如繼續(xù)蓄水至2 540 m，則其穩(wěn)定性將進(jìn)一步下降，道路有可能隨整個(gè)變形坡體滑入庫區(qū)，導(dǎo)致交通中斷。

3加固處治措施

如表2所示，斜坡整體下滑力巨大，對(duì)整個(gè)斜坡進(jìn)行支護(hù)難度較大且沒有意義?？紤]到加固主體為公路，將加固體系設(shè)于公路外側(cè)一定范圍，產(chǎn)生剩余下滑力的土體僅考慮加固體系以內(nèi)的部分，外側(cè)則不做處理，也不考慮其對(duì)加固體系的被動(dòng)土壓力。

采用抗滑樁平衡剩余下滑力與土壓力計(jì)算值的較大值，為減小抗滑樁的最大彎矩，盡量縮短其懸臂段，同時(shí)，在樁端設(shè)置錨索以改善其受力?？够瑯俄斠陨喜捎缅^桿及豎梁加固既有擋土墻，以平衡擋土墻段的填土壓力；采用錨索框架梁加固既有鋼管樁，以提高其支護(hù)能力，確保土體不越過樁頂出現(xiàn)剪切滑移，保證抗滑樁施做平臺(tái)的安全。從下至上，由整體到局部均獨(dú)立計(jì)算下滑力與抗力，安全系數(shù)根據(jù)相關(guān)規(guī)范取值。上述措施施工完成后，再對(duì)路床與路面進(jìn)行翻壓、重鋪。考慮到庫水位大幅升降對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響，要求在處治措施完工前，庫水位基本維持在現(xiàn)有水位高程，變化幅度控制在較小的范圍內(nèi)。處治措施立面布置圖與典型橫斷面圖見圖5、圖6。

圖5　處治措施立面布置

圖6　典型橫斷面

4結(jié)論

國道317獅子坪水電站庫區(qū)公路K847+720～K847+830段路基病害是由庫水位變化引起的岸坡坍塌-后退式滑

移變形所致，坡體已處于不穩(wěn)定狀態(tài)，如繼續(xù)蓄水至2 540 m，則其穩(wěn)定性將進(jìn)一步下降，有可能導(dǎo)致交通中斷。采用了錨桿(索)豎(框架)梁、錨索抗滑樁以及排水設(shè)施的處治措施，并于2012年底施工完成，通過近三年的持續(xù)觀測(cè)，路基、路面變形未進(jìn)一步發(fā)展，加固處治效果良好。本文的研究成果對(duì)水庫岸坡公路的選線及建基于堆積體之上的公路設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。

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[作者簡(jiǎn)介]姚強(qiáng)(1982～)，男，碩士，主要從事地質(zhì)工程巖土體穩(wěn)定性方面的勘察設(shè)計(jì)及研究工作。

【中圖分類號(hào)】U461.1+6

【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】B

[定稿日期]2016-03-01