摘要 文章以沉積巖地區(qū)某高等級公路順層邊坡實(shí)例為依托，運(yùn)用庫倫巖土軟件，結(jié)合勘察及抗剪強(qiáng)度指標(biāo)反算，采用傳遞系數(shù)法，確定邊坡加固前后的穩(wěn)定系數(shù)。同時結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，進(jìn)行了改線避讓、軟弱結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度改良、力學(xué)平衡等多方案比選，最終確定采用預(yù)應(yīng)力錨索框架結(jié)合截排水方案進(jìn)行綜合治理，確保方案的安全性和經(jīng)濟(jì)性，對類似項(xiàng)目具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞 順層高邊坡;傳遞系數(shù)法;預(yù)應(yīng)力錨索

中圖分類號 TU435 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）10-0157-03

0 引言

高等級公路進(jìn)入山區(qū)和丘陵地區(qū)，受地形限制，高填深挖難以避免。高邊坡的數(shù)量多、高度大，一旦產(chǎn)生變形破壞，在施工期就會導(dǎo)致投資增加，延誤工期，運(yùn)營期容易中斷交通，危害過往行人和車輛安全。沉積巖地區(qū)的順層高邊坡具有分布廣泛、作用機(jī)理復(fù)雜、地質(zhì)選線時難以完全避讓、變形失穩(wěn)后破壞力較大等特點(diǎn)，其穩(wěn)定性分析評價(jià)、監(jiān)測、預(yù)防和綜合治理等已引起廣大工程技術(shù)人員的高度重視[1]。

1 工程實(shí)例應(yīng)用分析

1.1 項(xiàng)目概況

某高速公路沿山麓布設(shè)，采用挖方斷面形式通過。區(qū)域地質(zhì)資料及工點(diǎn)勘探成果揭示，該段為典型的沉積巖地層，巖層傾向開挖坡面，傾角一般在20o左右，產(chǎn)狀不利邊坡穩(wěn)定。此類坡體結(jié)構(gòu)在開挖卸荷、暴雨等不利工況作用下，極易產(chǎn)生順層滑動，當(dāng)有多個軟弱夾層時，會發(fā)生多層滑動，甚至誘發(fā)工程滑坡。

1.1.1 地形地貌

擬建項(xiàng)目工點(diǎn)地貌單元為低山，山體渾圓，植被茂盛，自然地面高程在185.35～220.57 m之間，高速公路切坡后，將形成近35 m左右的高邊坡。

1.1.2 地層巖性

根據(jù)鉆探揭露，該次勘察土層自上而下可分為四個工程地質(zhì)大層，三個工程地質(zhì)亞層。

（1）層粉質(zhì)粘土：灰黃色，可塑狀，含鐵質(zhì)銹斑，粉粒含量高、且夾少量碎石。無搖振反應(yīng)，切面稍光滑，韌性中等，干強(qiáng)度中等，層厚0.9～7.0 m。

（2）層碎石土：雜色，稍密～中密，稍濕。碎石母巖成分主要為砂巖、灰?guī)r碎塊等，可塑～硬塑狀粉質(zhì)粘土及中密狀粉細(xì)砂充填。碎石常見粒徑5～20 cm不等，碎石含量約60%，呈棱角狀，土質(zhì)不均勻，層厚1.50～6.2 m不等，局部缺失。

（3）層強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖：黃褐色，母巖大部分已風(fēng)化成細(xì)砂、粗砂狀，局部夾礫石，泥質(zhì)膠結(jié)差，結(jié)構(gòu)密實(shí)，遇水易軟化，敲擊易碎，局部夾原巖硬塊，鉆探時存在軟弱不均現(xiàn)象。屬極軟巖，極破碎，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ級。層厚2.60～9.20 m。

（4）層中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖：黃褐、微紅色，巖芯呈碎塊狀，裂隙發(fā)育，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造。巖芯碎塊強(qiáng)度較低，浸水易軟化。巖芯采取率75%左右。巖體較破碎，巖石堅(jiān)硬程度分類為極軟巖，巖體基本質(zhì)量等級為V級。該層未揭穿。

2 順層高邊坡穩(wěn)定性分析及評價(jià)

2.1 穩(wěn)定性分析方法的選定

根據(jù)地勘資料，該邊坡為典型的順傾層狀坡體結(jié)構(gòu)，綜合采用工程類比法、計(jì)算法及赤平投影法等方法進(jìn)行分析計(jì)算。其中工程類比法及赤平投影法主要用于邊坡穩(wěn)定的定性分析;定量計(jì)算方法上主要選用直線、折線形破壞的傳遞系數(shù)法、Bishop條分法[2]。

2.2 巖土層主要物理力學(xué)指標(biāo)

順層巖質(zhì)邊坡的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)的獲取一直是邊坡勘察的一個難題，同時也是影響穩(wěn)定性分析評價(jià)結(jié)果的決定性因素?，F(xiàn)場直剪試驗(yàn)往往由于試驗(yàn)點(diǎn)偏少，或者試驗(yàn)點(diǎn)位的代表性不足，導(dǎo)致得出來的抗剪強(qiáng)度指標(biāo)偏離實(shí)際，且費(fèi)時費(fèi)力、成本較高，一般工程很難實(shí)現(xiàn)。目前工程界通行做法是，在具體的工點(diǎn)勘察中做好邊坡結(jié)構(gòu)面的現(xiàn)場調(diào)查工作的同時，現(xiàn)場確定結(jié)構(gòu)面的軟、硬類型、結(jié)合程度及裂隙的發(fā)育程度，選取有代表性的巖石做抗壓試驗(yàn)，同時進(jìn)行相關(guān)的反演分析[3]。

力學(xué)反演分析的實(shí)質(zhì)是視邊坡將要滑動而尚未滑動的瞬間為極限平衡狀態(tài)，即穩(wěn)定系數(shù)Fs=1，列出極限平衡方程，求解出C值或值。

一般方程如下：

根據(jù)區(qū)域經(jīng)驗(yàn)結(jié)合土工試驗(yàn)成果，結(jié)合傳遞系數(shù)法反算，提供有關(guān)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算參數(shù)見表1。

2.3 計(jì)算工況的選定

根據(jù)《公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范》，邊坡穩(wěn)定一般應(yīng)考慮以下三種工況[4-5]：

（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?duì)顟B(tài)下的工況。

（3）非正常工況Ⅱ：邊坡處于地震等荷載作用狀態(tài)下的工況[6]。

2.4 高邊坡典型斷面穩(wěn)定性分析

采用庫倫巖土軟件邊坡穩(wěn)定分析模塊進(jìn)行計(jì)算（如圖1、圖2所示）。

2.4.1 加固前

下滑力總和：Fa=3 245.15 kN/m;

抗滑力總和：Fp=3 229.67 kN/m;

下滑力矩：Ma=104 377.26 kN·M/m;

抗滑力矩：Mp=103 332.58 kN·M/m;

安全系數(shù)：Fs=0.99<1.30。

根據(jù)計(jì)算可知，邊坡在未加固前，自然狀態(tài)下穩(wěn)定性不足，安全儲備不夠，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，需對其進(jìn)行加固，評價(jià)結(jié)論見表2。

2.4.2 邊坡加固方案的比選

公路工程中處理高邊坡常用的方案有改線避讓、削方減載、坡腳反壓、邊坡改良，力學(xué)平衡等方案。該項(xiàng)目因受地形和前后路段標(biāo)高限制，無其他走廊帶用于改線，橋梁方案亦難以實(shí)施。

注漿方案可改善巖體結(jié)構(gòu)面強(qiáng)度，但難以精確量化，同時該邊坡碎石土層較厚，強(qiáng)～中風(fēng)化層裂隙發(fā)育，容易產(chǎn)生漏漿現(xiàn)象，注漿效果難以保證。

該段路線沿山腰布線，路基外側(cè)無反壓條件;同時因自然坡較陡，若設(shè)置過緩的坡率，則進(jìn)一步將增大邊坡高度。因此，削方減載和坡腳反壓，亦不適用于該項(xiàng)目。

經(jīng)過上述定性比選分析，該項(xiàng)目較為適用的方案為力學(xué)平衡法，即通過設(shè)置支擋構(gòu)造物，增大抗滑力，以平衡邊坡下滑力，提高整體穩(wěn)定性，確保安全。

2.4.3 加固后（見圖3）

滑面上下滑力的總和：Fa=2 451.77 kN/m;

滑面上抗滑力的總和：Fp=2 768.55 kN/m;

下滑力矩：Ma=100 046.25 kN·M/m;

抗滑力矩：Mp=132 061.05 kN·M/m;

安全系數(shù)：Fs=1.32>1.30。

3 邊坡綜合治理方案

預(yù)應(yīng)力錨索主要是利用高強(qiáng)度鋼絞線的抗拉性能，采用千斤頂對其進(jìn)行張拉鎖定后，再結(jié)合地梁、錨墩或框架梁等反力裝置，對坡面進(jìn)行預(yù)加固，對坡體主動施加抗滑力，進(jìn)而提高邊坡的整體穩(wěn)定性。預(yù)應(yīng)力錨索框架以其布設(shè)靈活，受力加固機(jī)理明確，特別適用于坡體表面松散、潛在滑面較深的高邊坡加固[7]。

根據(jù)對該高邊坡工點(diǎn)坡體結(jié)構(gòu)調(diào)查及穩(wěn)定性分析，該段邊坡最終采用坡面框架錨桿（索）結(jié)合框格內(nèi)植生袋綠化并輔以坡頂、坡面截排水的措施進(jìn)行綜合處理。

3.1 錨索框架

該項(xiàng)目因潛在滑面較深，邊坡剩余下滑力較大，路線位于山腰布線，邊坡一旦變形，極易誘發(fā)上、下邊坡進(jìn)一步失穩(wěn)破壞，甚至誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。傳統(tǒng)砂漿錨桿難以穿透滑體，形成有效加固，須采用錨索方案。經(jīng)計(jì)算，錨索長度為20～25 m，其中自由段10 m，錨固段10～15 m，穿過滑動面錨固在穩(wěn)定的巖層中。錨索長度及錨固力計(jì)算見表3。

因坡體表層主要為粉質(zhì)粘土和碎石土，須設(shè)置框架梁作為反力裝置，形成整體。框架梁由豎肋和橫梁連接而成，錨索鎖固在豎肋和橫梁交叉節(jié)點(diǎn)處，根據(jù)計(jì)算剩余下滑力的大小，確定單孔錨索的錨固力。錨索錨固力設(shè)計(jì)值一般為500～700 kN，每束錨索由5～7根鋼絞線制成，總長25 m左右，其中自由段長度10 m，錨固段長10～15 m左右。錨索下傾角20°左右，豎肋橫梁的截面尺寸為60 cm×60 cm，豎肋橫向間距一般為3 m，采用C30混凝土現(xiàn)澆。

3.2 植生袋綠化

為美化路容，邊坡框架內(nèi)可采用人工碼放植生袋綠化。植生袋是一種類似用編織袋的袋子，由無紡布、植物種子、肥料和編織網(wǎng)組成。將種植土、砂和有機(jī)（無機(jī)）肥料等綠化基質(zhì)，經(jīng)人工拌合后，在現(xiàn)場施工裝入袋內(nèi)?？筛鶕?jù)現(xiàn)場邊坡的骨架條件靈活設(shè)置其規(guī)格，運(yùn)輸便利，施工快捷，見效快。

3.3 排水工程

邊坡地表水和地下水的活動是影響邊坡穩(wěn)定的重要因素，有時甚至是控制性因素。因此，邊坡的截排水設(shè)計(jì)與支擋加固工程同等重要。

邊坡的截排水系統(tǒng)可分為地表排水和地下排水兩部分，地表排水的常用措施為坡頂截水溝、平臺截水溝、急流槽等，其主要作用是對地表徑流進(jìn)行攔截。

地下排水系統(tǒng)主要可采用仰斜式排水孔、支撐滲溝、截水隧洞等。

根據(jù)對該邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，邊坡主要沿層理面產(chǎn)生直線或折線滑動，當(dāng)?shù)亟涤炅枯^豐富，因此地下排水措施主要采用仰斜式排水孔方案。

同時，該段邊坡坡口線外側(cè)匯水面積大，匯水對邊坡坡面易產(chǎn)生沖刷，在開挖坡口線以外5 m外設(shè)環(huán)形坡頂截水溝，端部引入邊溝，地形較陡時可采用急流槽。

4 結(jié)語

沉積巖地層中，因公路建設(shè)人工切坡易產(chǎn)生順層高邊坡，順層高邊坡的滑動往往具有多層多級的特點(diǎn)，經(jīng)常會出現(xiàn)深淺不一的多層滑動面。一旦開挖或加固不當(dāng)，易誘發(fā)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害，處置難度大，治理費(fèi)用高[8]。

預(yù)應(yīng)力錨索因其受力明確，布設(shè)靈活，亦可結(jié)合抗滑樁、地梁、墊墩等構(gòu)件共同受荷等特點(diǎn)，在高邊坡加固及滑坡治理中應(yīng)用廣泛。

該文針對某公路高邊坡工程實(shí)例，結(jié)合工程地質(zhì)勘察，選擇典型開挖斷面，采用庫倫巖土軟件，計(jì)算了加固前后的穩(wěn)定系數(shù)、錨固段長度、錨固力大小等設(shè)計(jì)參數(shù)，計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場邊坡狀況吻合度較好，可為后期類似項(xiàng)目提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]王恭先， 馬惠民， 鳳懋潤， 等. 中國鐵路與公路建設(shè)中的邊坡工程[C]//. 第二屆全國巖土與工程學(xué)術(shù)大會論文集（上冊）， 2006： 933-946.

[2]公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范： JTG D30—2015[S]. 北京：人民交通出版社， 2015.

[3]建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范： GB 50330—2013[S]. 北京：中國建筑出版社， 2013.

[4]王發(fā)玲， 劉才華， 龔哲. 順層巖質(zhì)邊坡錨桿支護(hù)機(jī)制研究[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)， 2014（7）： 1465-1470.

[5]潘鋒. 某公路路基滑坡的穩(wěn)定性分析及綜合治理[J]. 工程與建設(shè)， 2012（2）： 235-237. 。

[6]賈志波， 陶連金， 史明. 地震作用下預(yù)應(yīng)力錨索邊坡的穩(wěn)定性分析[J]. 巖土力學(xué)， 2020（11）： 3604-3612+3631.

[7]李波， 薛韶儒. 預(yù)應(yīng)力錨索格構(gòu)梁在滑坡治理中的應(yīng)用[J]. 市政技術(shù)， 2012（S1）： 4-7.

[8]楊朝震. 預(yù)應(yīng)力錨索加固巖質(zhì)邊坡及錨索參數(shù)優(yōu)化數(shù)值分析[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 2021（12）： 64-68.