■吳志煒

（南平市松溪縣交通事業(yè)發(fā)展中心， 南平 353500）

近年來，福建省公路事業(yè)飛速發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入了后公路時(shí)代，公路養(yǎng)護(hù)成為一個(gè)重要的課題，公路養(yǎng)護(hù)中邊坡自然災(zāi)害問題（特別是邊坡水毀）日益凸顯，對(duì)公路的使用壽命和及安全通行產(chǎn)生了極大影響，阻礙了公路事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。 因此，公路邊坡自然災(zāi)害整治研究對(duì)推動(dòng)公路的發(fā)展建設(shè)有著重要意義[1-5]。 本研究基于南平市某山區(qū)公路邊坡水毀的工程實(shí)例，通過有限元法和極限平衡法計(jì)算加固前后邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)， 并與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際結(jié)合，提出相應(yīng)整治加固措施。

1 工程概況

白馬嶺公路隸屬于國(guó)道某線，是南平市松溪縣境內(nèi)的山區(qū)二級(jí)公路。 該公路BK0+060.000～K9+940.000 段右側(cè)邊坡最高約32.0 m， 段落總長(zhǎng)約210 m，該邊坡為土質(zhì)邊坡，坡體上覆坡積含碎石粉質(zhì)粘土、全風(fēng)化凝灰質(zhì)砂礫巖、砂土狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰質(zhì)砂礫巖，下伏碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化凝灰質(zhì)砂礫巖，土體破碎。 當(dāng)?shù)氐靥師釒Ъ撅L(fēng)氣候，雨水較多，受雨水沖刷，邊坡發(fā)生水毀現(xiàn)象。 邊坡破壞情況如圖1 所示，坡面產(chǎn)生溜塌，坡面有不利結(jié)構(gòu)面，但未形成滑動(dòng)面，后緣無下錯(cuò)裂縫。 為保證邊坡穩(wěn)定及公路行車安全，需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)加固施工。

2 邊坡水毀成因分析

2.1 地形地貌因素

本處水毀位置位于山坳下部， 修建該公路時(shí)，對(duì)此山坳進(jìn)行大開挖，破壞了既有排水體系，且山坳處匯水面積較大，水量較大，對(duì)原邊坡安全產(chǎn)生較大的影響。

2.2 地質(zhì)因素

該處邊坡地層層數(shù)較多，土層發(fā)育與坡面方向一致，且上覆土層大部分透水性較好。 邊坡加固后，地表水下滲不僅容易在土巖交界處形成富水軟弱層，而且還會(huì)引起坡體整體地下水位升高，坡體自重增大，進(jìn)而增大下滑力，同時(shí)地下水的存在會(huì)使得土體的力學(xué)指標(biāo)下降。 長(zhǎng)年累月之后，特別是受到大雨沖刷，邊坡容易在各土層交接處沿邊坡方向發(fā)生滑移，引發(fā)邊坡失穩(wěn)的水毀事故。

2.3 氣候因素

水毀事故的發(fā)生歸根結(jié)底是“水”的因素。 現(xiàn)場(chǎng)拱形骨架坡面未及時(shí)施工， 坡面未完成綠化措施，導(dǎo)致坡面遭受沖刷。 同時(shí)，邊坡主要以富水土質(zhì)地層為主，設(shè)計(jì)未充分考慮坡體排水問題。

3 加固方案設(shè)計(jì)

3.1 防護(hù)加固工程設(shè)計(jì)方法

根據(jù)JTG D30-2015 《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》，二級(jí)公路路塹邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)應(yīng)滿足表1 相應(yīng)的規(guī)范要求。

表1 路塹邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)

動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)原則：針對(duì)穩(wěn)定的邊坡，在以上3 種工況下邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)均能滿足相應(yīng)規(guī)范要求，則可不增設(shè)支擋加固工程維持邊坡總體穩(wěn)定，但必要時(shí)可調(diào)整邊坡坡率或增設(shè)防護(hù)工程措施來達(dá)到邊坡加固的效果。

3.2 坡率設(shè)置及加固措施

邊坡最高4 級(jí)，各級(jí)邊坡坡率及防護(hù)加固工程措施為：第一級(jí)坡率設(shè)置為1∶0.75，拆除原已開裂防護(hù)墻，采用C20 片砼防護(hù)面墻；第二級(jí)坡率設(shè)置為1∶1.0，采用預(yù)應(yīng)力錨索框架（框架內(nèi)植草灌防護(hù)）；第三級(jí)同第二級(jí)；第四級(jí)坡率設(shè)置為1∶1.25，采用預(yù)應(yīng)力錨索框架（框架內(nèi)植草灌防護(hù)）。 邊坡加固措施如圖2 所示。

圖2 防護(hù)加固立面圖

3.3 坡面防護(hù)

坡面可根據(jù)邊坡坡率及具體地質(zhì)條件采用拱形骨架噴草（植灌）或液壓客土噴草（植灌）來進(jìn)行坡面防護(hù)。

3.4 排水措施

邊坡第一級(jí)至第四級(jí)均設(shè)置排水平孔，孔深為15 m，上仰角設(shè)置在8°～15°之間，其中第一級(jí)設(shè)置間距為5 m，第二至第四級(jí)設(shè)置間距為10 m。

4 邊坡穩(wěn)定性分析

4.1 邊坡穩(wěn)定性動(dòng)態(tài)分析

在邊坡動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)施工中，必須進(jìn)行力學(xué)計(jì)算分析，有限元法和極限平衡法是力學(xué)計(jì)算分析可以采用的2 種重要方式。 有限元法和極限平衡法各有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)采用2 種分析方法進(jìn)行力學(xué)計(jì)算可以相互補(bǔ)充，互為驗(yàn)證，更能確保邊坡的穩(wěn)定性。 本文以BK0+180 代表性斷面為例（圖3），分別采用有限元分析軟件和GeoStudio 中的slope 模塊進(jìn)行分析，土層采用摩爾-庫倫本構(gòu)模型， 用強(qiáng)度折減法計(jì)算白馬嶺公路邊坡的設(shè)計(jì)安全系數(shù)。

圖3 BK0+180 工程斷面示意圖

4.2 邊坡動(dòng)態(tài)施工分析

邊坡發(fā)生水毀后，首先在只考慮邊坡自重作用力情況下， 對(duì)邊坡的力學(xué)行為和穩(wěn)定性進(jìn)行分析，其次在逐步進(jìn)行加固防護(hù)后，再進(jìn)一步分析邊坡的力學(xué)行為和穩(wěn)定性；以此來確保邊坡動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的合理性。 計(jì)算模型選用的巖體力學(xué)參數(shù)如表2 所示，計(jì)算模型如圖4、5 所示。

表2 計(jì)算模型選用的巖土力學(xué)參數(shù)

圖5 極限平衡法整體計(jì)算模型

4.3 有限元法動(dòng)態(tài)分析

有限元法動(dòng)態(tài)分析過程具體如下： 從上到下，分別計(jì)算從第四級(jí)邊坡到第一級(jí)邊坡分級(jí)施工后的安全系數(shù)，判斷不同加固階段邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)是否滿足規(guī)范[6]要求，以此來動(dòng)態(tài)分析其加固過程中的安全系數(shù)變化，從而判斷邊坡是否穩(wěn)定，是否需要進(jìn)一步加固。

結(jié)果顯示：從邊坡防護(hù)加固后總體位移變化圖（圖6）可以看出邊坡最大位移出現(xiàn)在第三級(jí)邊坡上，也就是最有可能在這個(gè)地方出現(xiàn)溜塌，這也與現(xiàn)場(chǎng)溜塌的位置是基本一致的。 從表3 可以看出：不同工況不采取任何防護(hù)加固措施的情況下，邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.08/0.96，不滿足相應(yīng)規(guī)范要求，需進(jìn)行邊坡加固；第四級(jí)邊坡加固后，不同工況整體安全系數(shù)為1.18/1.02，依舊不滿足規(guī)范要求，仍需要進(jìn)行下一臺(tái)階加固。 按照上述方法，第一級(jí)臺(tái)階加固后，其安全系數(shù)為1.32/1.22，滿足規(guī)范要求。 因此，防護(hù)加固后邊坡BK0+180 代表性斷面最終的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)為1.32/1.22，滿足相應(yīng)規(guī)范要求。

圖6 邊坡防護(hù)加固后總體位移圖

表3 動(dòng)態(tài)分析各階段安全系數(shù)

4.4 極限平衡法動(dòng)態(tài)分析過程

采用極限平衡法對(duì)邊坡動(dòng)態(tài)施工過程再次進(jìn)行分析計(jì)算，與有限元法進(jìn)行對(duì)比分析。 邊坡加固前后的安全系數(shù)如圖7～9 所示。

圖7 加固前的邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)

圖8 第一至四級(jí)正常工況加固后邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)

圖9 第一至四級(jí)非正常工況加固后邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)

將表4 穩(wěn)定系數(shù)同表2 穩(wěn)定系數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析， 可以發(fā)現(xiàn)2 種分析方法的計(jì)算結(jié)果基本一致，故可判斷本次水毀的治理設(shè)計(jì)方案基本合理，能起到較好的加固效果。

表4 動(dòng)態(tài)分析各階段安全系數(shù)

5 后期邊坡穩(wěn)定監(jiān)測(cè)

后期邊坡監(jiān)測(cè)是檢驗(yàn)邊坡整治設(shè)計(jì)和施工效果的重要手段。 白馬嶺公路邊坡水毀整治工程在施工過程及結(jié)束后，為確保邊坡運(yùn)營(yíng)安全，對(duì)該邊坡進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 圖10、圖11 分別是坡頂D04～D09 監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平、豎向2 個(gè)方向的累計(jì)位移-時(shí)間曲線圖。

圖10 水平累計(jì)位移-時(shí)間曲線圖

圖11 豎向累計(jì)位移-時(shí)間曲線圖

從以上曲線圖可以看出：邊坡坡頂2 個(gè)方向的累計(jì)位移均隨著時(shí)間的推進(jìn)， 其變化值慢慢變小，趨于穩(wěn)定，說明本次整治施工效果總體良好。

6 結(jié)論

本文通過對(duì)邊坡水毀原因進(jìn)行系統(tǒng)性分析，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，因地制宜，采取綜合性整治措施，結(jié)合有限元建模動(dòng)態(tài)分析其邊坡加固的穩(wěn)定性安全系數(shù)，確定最終的整治方案。 經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)營(yíng)監(jiān)測(cè)表明坡體已趨于穩(wěn)定，防護(hù)加固措施取得預(yù)期的效果。

類似邊坡設(shè)計(jì)或邊坡病害整治過程中，應(yīng)充分考慮“水”的因素，因地制宜，以防為主，綜合采取加固措施，保證邊坡安全穩(wěn)定，重點(diǎn)做到：（1）邊坡防護(hù)施工應(yīng)及時(shí)，合理安排施工計(jì)劃，避免邊坡開挖后長(zhǎng)期暴露在極端天氣下，嚴(yán)格執(zhí)行邊開挖邊支護(hù)的原則。 （2）設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮排水問題，應(yīng)結(jié)合地形地貌，考慮地質(zhì)條件變化，水文地質(zhì)條件等進(jìn)行預(yù)防性排水設(shè)計(jì)或加固設(shè)計(jì)。 （3）監(jiān)測(cè)工作作為指導(dǎo)施工及動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)過程的重要手段，應(yīng)在重要控制性工程建設(shè)過程中提前布控， 并制定合理監(jiān)測(cè)方案，及時(shí)預(yù)警，在病害前期（最佳時(shí)機(jī)）以較小的代價(jià)實(shí)現(xiàn)較好治理效果。