■林建標(biāo)

（福州隆通公路工程監(jiān)理有限公司，福州　350004）

基于Geo-Slope軟件對某路塹邊坡的穩(wěn)定性計算與加固分析

■林建標(biāo)

（福州隆通公路工程監(jiān)理有限公司，福州350004）

本文通過對某路塹邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，介紹了極限平衡分析法的理論依據(jù)以及路塹邊坡的設(shè)計思路，制定了合理、安全的加固方案，對其他同類工程設(shè)計具有一定的借鑒意義。

路塹邊坡穩(wěn)定性分析坡形坡率加固施工

0　引言

伴隨我國城市化建設(shè)逐步加快，山區(qū)公路建設(shè)及改造也經(jīng)歷著跨越式發(fā)展，從而導(dǎo)致工程建設(shè)用地緊張，不得不在施工過程中進(jìn)行大規(guī)模填挖整平工作，形成了大量工程邊坡，存在潛在滑坡、崩塌等隱患。因此，在公路設(shè)計階段，應(yīng)根據(jù)前期工程勘察的結(jié)果，對邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析及評價［1］。針對欠穩(wěn)定的邊坡，提出相應(yīng)的治理措施。本文依托縱二線連江境104國道新洋至南塘段改線工程，開展工程邊坡治理設(shè)計，提出邊坡防治的設(shè)計思路，具有一定的工程指導(dǎo)意義。

1　工程概況

縱二線連江境作為縱二線的一部分，不僅是承擔(dān)沿海產(chǎn)業(yè)區(qū)之間遠(yuǎn)距離交通的干線公路，同時也是一條聯(lián)系沿海城鎮(zhèn)群的重要紐帶，促進(jìn)沿海城鎮(zhèn)群的經(jīng)濟(jì)協(xié)同發(fā)展。擬建路塹工程邊坡位于線路中心樁號：K11+588～K11+850之間，路面設(shè)計標(biāo)高約29.29～29.76m，場區(qū)屬丘陵坡地地貌，地形起伏較大，自然坡度25～30°，山坡植被較發(fā)育。

考慮到該段路線將采用半路半橋的形式，因此路塹邊坡的穩(wěn)定性將對線路的安全產(chǎn)生較大的影響，需進(jìn)行詳細(xì)的邊坡勘察工作。

2　地質(zhì)條件

本路段邊坡勘察布置3條控制性橫斷面，鉆孔5個，利用橋梁鉆孔2個，并對線路兩側(cè)200m范圍，進(jìn)行精度1：2000工程地質(zhì)測繪。

2.1地層巖性

根據(jù)鉆孔揭露和工程地質(zhì)測繪，本場區(qū)覆蓋層主要為第四系坡積（Qdl）（含碎石）粉質(zhì)粘土；下伏基巖燕山晚期（γ53）花崗巖，局部見基巖出露。巖土結(jié)構(gòu)較松散，在雨水長期淋濾下，土的含水量增大，較易產(chǎn)生崩塌，不利于邊坡的穩(wěn)定，本深挖區(qū)主要巖土層特征如表1所示：

表1　主要巖土層特征表

2.2地質(zhì)構(gòu)造和地震

區(qū)域上，縱二線連江境測區(qū)位于華南地塊的武夷—戴云隆褶帶與臺灣海峽沉降帶之間的閩東火山斷拗帶的次一級構(gòu)造帶之閩東沿海變質(zhì)帶和福鼎—云霄斷陷帶的接壤部位。區(qū)主要以北東東向、北北西向構(gòu)造為主，組成醒目的棋盤格式構(gòu)造骨架，大的斷裂以北東東向為主。全線與其大角度相交或受其影響，沿線斷裂帶主要表現(xiàn)為蝕變破碎帶、硅化帶、裂隙密集帶等，對邊坡開挖的穩(wěn)定性影響較大。

場地地震基本烈度為6度，設(shè)計地震動峰值加速度為0.05g，動反應(yīng)譜特征周期T為0.40s。

2.3水文地質(zhì)條件

沿線地下水的補、徑、排條件主要受本區(qū)的地形、地貌、地層巖性制約。丘陵區(qū)，植被發(fā)育，地形切割強(qiáng)烈、坡度較陡，降水順坡流失快，地下水徑流途徑短，排泄條件好，多以側(cè)向排泄補給溝谷、沖溝或以泉的形式排泄，對邊坡的穩(wěn)定性影響較大?？辈炱陂g地下水穩(wěn)定水位位于設(shè)計路面上方，在雨季或持續(xù)降雨作用影響下，巖、土體的含水量增大，巖、土體力學(xué)性能降低，易軟化，較易產(chǎn)生變形失穩(wěn)。

2.4裂隙調(diào)查與分析

根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪，左側(cè)邊坡節(jié)理裂隙較發(fā)育，主要發(fā)育有2組裂隙。1組裂隙：產(chǎn)狀為245∠82°，微張-閉合，無充填，3～5條/m；2組裂隙：產(chǎn)狀為305∠65°，微張-閉合，無充填，3～5條/m。根據(jù)巖層結(jié)構(gòu)面和天然斜坡坡向赤平投影，如圖1所示。

從圖1可知，①組裂隙結(jié)構(gòu)面走向與坡向近平行或小角度相交，對路塹邊坡穩(wěn)定較不利；②組裂隙傾向與坡向呈大角度相交，對天然斜坡穩(wěn)定性無較大影響，根據(jù)赤平面投影法綜合分析可知，擬開挖巖質(zhì)邊坡結(jié)構(gòu)面結(jié)合差，穩(wěn)定性為欠穩(wěn)定，且邊坡上部分布的坡積層和砂土狀、碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖層物理力學(xué)性質(zhì)較差，在不利工況下（強(qiáng)降雨、爆破）易產(chǎn)生小規(guī)模的溜滑、垮塌和掉塊現(xiàn)象，應(yīng)進(jìn)行邊坡穩(wěn)定及變形驗算［2］。

3　邊坡穩(wěn)定性分析與評價

3.1邊坡穩(wěn)定性影響因素

影響邊坡穩(wěn)定性的因素可以概括為內(nèi)在因素和外在因素兩個方面。內(nèi)在因素包括地貌條件、巖石性質(zhì)、巖體結(jié)構(gòu)與地質(zhì)構(gòu)造等；外在因素包括水文地質(zhì)條件、風(fēng)化作用、水中的作用、地震及人為因素等。內(nèi)因在邊坡的變形中起決定性的控制作用，外因起促進(jìn)作用；在邊坡的穩(wěn)定性分析中，應(yīng)在研究各因素的基礎(chǔ)上，找出它們彼此間的內(nèi)在聯(lián)系，進(jìn)而評價其穩(wěn)定性［3］。

3.2 邊坡穩(wěn)定性計算與分析

邊坡穩(wěn)定性分析采用加拿大GEO-SLOPE國際有限公司開發(fā)的Geo-Studio軟件，其中SLOPE/W是以極限平衡法為原理，專門用來進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計算。

極限平衡分析法 （Limit equilibrium method，簡稱LEM）是目前最普遍使用的一種定量分析方法，也是工程實踐中應(yīng)用最早、目前應(yīng)用相對成熟的一種數(shù)值算法。極限平衡分析方法是假定存在一個發(fā)生剪切破壞的滑裂面，當(dāng)滑坡發(fā)生時，這個滑裂面上的巖土體達(dá)到了極限平衡狀態(tài)。根據(jù)作用于巖土體中潛在破壞面上塊體沿破壞面的抗剪力與該塊體沿破壞面的剪切力之比，求該塊體的穩(wěn)定性系數(shù)［4］。

3.2.1主斷面及計算參數(shù)的選取

為了更準(zhǔn)確地對該路塹邊坡的穩(wěn)定性狀況作出合理的評價，本文根據(jù)現(xiàn)場鉆探資料及室內(nèi)資料進(jìn)行分析，確定K11+579橫斷面為穩(wěn)定性分析模型，如圖2所示。

根據(jù)以上分析和土工試驗結(jié)果統(tǒng)計分析，結(jié)合野外鉆探、槽探、物探等資料和相關(guān)規(guī)范，綜合確定邊坡穩(wěn)定性評價與邊坡支護(hù)設(shè)計計算參數(shù)，如表2所示。

表2　巖土物理力學(xué)指標(biāo)表

3.2.2設(shè)計斷面計算結(jié)果

根據(jù)工程建設(shè)的要求，需對該路塹邊坡進(jìn)行坡形坡率設(shè)計。由于坡體后部地勢高陡，巖層屬于順層結(jié)構(gòu)，因此刷方過程中應(yīng)盡可能減少對坡體的破壞，其中具體坡率設(shè)計，如表3所示。

表3　坡率設(shè)計表

將K11+579設(shè)計主斷面導(dǎo)入Geo-Slope軟件中，選定穩(wěn)定性分析方法，輸入巖土體參數(shù)，建立模型進(jìn)行穩(wěn)定性分析計算，計算結(jié)果如圖3所示，該邊坡安全系數(shù)為Fs=1.137。

根據(jù)公路路基設(shè)計規(guī)范（JTJD30-2015），邊坡穩(wěn)定性計算應(yīng)分成以下兩種工況：

（1）正常工況：邊坡處于天然狀態(tài)下的工況；

（2）非正常工況Ⅰ：邊坡處于暴雨或連續(xù)降雨狀態(tài)下的工況。

路塹邊坡穩(wěn)定性驗算時，應(yīng)根據(jù)公路等級，計算路塹邊坡在兩種工況（正常工況、非正常工況Ⅰ）下的穩(wěn)定安全系數(shù)，其穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)滿足表4規(guī)定的相應(yīng)的穩(wěn)定安全系數(shù)要求，否則應(yīng)對邊坡的支護(hù)方案進(jìn)行調(diào)整［5］?？v二線屬于一級公路，根據(jù)計算結(jié)果可知，安全系數(shù)不符合規(guī)范要求，需采取加固治理措施進(jìn)行防護(hù)。

表4　路塹邊坡安全系數(shù)

3.3加固措施分析與計算

邊坡防治工程須進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證，采用先進(jìn)的方法，使工程達(dá)到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、美觀適用的效果。加固措施的選擇，需綜合考慮自然地理條件、工程地質(zhì)條件、施工設(shè)備和施工環(huán)境等條件，選用截排水工程、抗滑支擋工程、預(yù)應(yīng)力錨索（桿）、格構(gòu)錨固、擋土墻及卸載刷方等治理措施。

3.3.1加固措施分析

該邊坡設(shè)計最高為6級，坡腳路基設(shè)計寬度較小，不宜采用擋土墻加固措施，因此加固方案將以預(yù)應(yīng)力錨索（桿）加固為主。各級邊坡防護(hù)加固措施為：第一級1：0.5，TBS植草灌；第二級1：0.5，預(yù)應(yīng)力錨桿框架（設(shè)計拉力：350kN）+TBS植草灌交錯；第三級1：0.75，預(yù)應(yīng)力錨桿框架（設(shè)計拉力：350kN）+TBS植草灌交錯；第四級1：0.75，預(yù)應(yīng)力錨索框架 （設(shè)計拉力：700kN）+TBS植草灌交錯；第五、六級1：1.0，TBS植草灌。具體設(shè)計如圖4所示。

3.3.2方案可行性計算

（1）正常工況下加固工程穩(wěn)定性檢算

經(jīng)坡形坡率與預(yù)應(yīng)力錨索框架梁相結(jié)合方式支護(hù)加固后，正常工況下穩(wěn)定性檢算，如圖5所示。

檢算結(jié)果：該邊坡安全系數(shù)為Fs=1.280，根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》（JTJD30-2015），一級公路在正常工況下邊坡安全系數(shù)為1.20～1.30，所以加固工程符合規(guī)范要求。

（2）暴雨工況下加固工程穩(wěn)定性檢算

暴雨工況的模擬采用飽和重度和飽和快剪指標(biāo)進(jìn)行計算。非正常工況Ⅰ（暴雨工況）下加固設(shè)計的穩(wěn)定性檢算如圖6所示。

檢算結(jié)果：滑坡整體穩(wěn)定度Fs=1.159，

根據(jù)《公路路基設(shè)計規(guī)范》，（JTJD30-2015），一級公路非正常工況Ⅰ （暴雨工況）下邊坡安全系數(shù)為1.10～1.20，所以加固工程符合規(guī)范要求。

4　結(jié)論

實踐證明，依據(jù)相關(guān)公路設(shè)計規(guī)范要求及結(jié)合擬建路塹邊坡的分布及形態(tài)等特征，進(jìn)行詳細(xì)的邊坡設(shè)計勘察，對刷坡后的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行數(shù)值分析計算，并采用預(yù)應(yīng)力錨索（桿）等加固方法，設(shè)計了路塹邊坡的穩(wěn)定性加固方案。通過分析研究路塹邊坡穩(wěn)定性，以科學(xué)及合理的分析方法與加固技術(shù)來防止邊坡失穩(wěn)等災(zāi)害發(fā)生，從而有效地保障了工程建設(shè)的順利進(jìn)行、保護(hù)了人民生命和財產(chǎn)安全。

［1］廖小平，楊偉震.福建山區(qū)高速公路邊坡工程與錨固技術(shù)［J］.公路，2005（8）：79-84.

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