許 昕

(中國(guó)土木工程集團(tuán)有限公司，北京 100038)

0 引 言

我國(guó)公路、鐵路等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)近年來大幅遞增，截至2020年，全國(guó)公路通車?yán)锍?不含在建)已超過500萬km，而這些通行或在建的公路70%以上穿越的是山區(qū)丘陵地帶，在此區(qū)域修建公路，需要面臨公路邊坡治理防護(hù)等問題。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者在此方面做了較為深入的探討，張倬元等[1]調(diào)研了大量失穩(wěn)邊坡的工程案例后，提出了邊坡失穩(wěn)的6大經(jīng)典模式；王庚蓀[2]提出了巖土體邊坡的失穩(wěn)破壞過程不是一個(gè)瞬時(shí)的過程，而是一個(gè)時(shí)間較長(zhǎng)的漸進(jìn)過程；陳國(guó)慶等[3]將邊坡變形的內(nèi)在形成條件、發(fā)育環(huán)境、發(fā)展過程、滑動(dòng)特征納入考慮，概括出了3種邊坡滑動(dòng)破壞機(jī)理；毛彥龍等[4]將邊坡變形的失穩(wěn)破壞過程分為累進(jìn)破壞、啟程劇動(dòng)、行程高速和堆積停滯四個(gè)階段；吳江鵬等[5]以華安縣大坑村滑坡在邊坡開挖和大氣降雨的因素影響下的變形特征，采用極限平衡法探討了這一滑坡的變形破壞機(jī)理。總體來說，如何對(duì)不穩(wěn)定邊坡或欠穩(wěn)定邊坡進(jìn)行有效防護(hù)措施的設(shè)計(jì)，是保證邊坡長(zhǎng)期穩(wěn)定的關(guān)鍵。邊坡的支擋防護(hù)措施可分為兩大類：第一類是以減小邊坡下滑力或消減下滑因素為主[6-8]；第二類是以增加抗滑力為主[9，10]。但實(shí)際上，我國(guó)南方地區(qū)多見碎塊石粉質(zhì)黏土邊坡，具有遇水軟化、裂隙發(fā)達(dá)等不良工程地質(zhì)特性，在疊加人類工程活動(dòng)(如開挖)的擾動(dòng)后，坡體抗剪強(qiáng)度迅速降低并嚴(yán)重影響邊坡穩(wěn)定性。但是對(duì)此類邊坡防護(hù)的有意義的研究成果相對(duì)較少，所以需要深入研究此類邊坡變形破壞特征以獲得更為有效的支護(hù)方法。

本文以某隧道公路(里程K22+900—K23+320)即將穿越的魏家大院某不穩(wěn)定邊坡為例，分析該滑坡變形破壞特征；并耦合公路荷載作用，對(duì)擬采用的抗滑樁+錨索聯(lián)合支護(hù)措施的支護(hù)效果運(yùn)用有限元軟件PLAXIS 3D進(jìn)行分析。研究成果對(duì)該地區(qū)邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)具有重要的工程意義，也為以后其他的相關(guān)工程的處理提供有效的參考和借鑒。

1 工程地質(zhì)條件

魏家大院不穩(wěn)定邊坡行政區(qū)劃上屬于四川省廣元市利州城區(qū)，如圖1所示，地理坐標(biāo)為東經(jīng)105°22′00″～106°10′22″，北緯32°17′20″～32°40′42″。

圖1 研究區(qū)地形地貌圖

滑坡區(qū)段廣泛分布在第四系上更新統(tǒng)坡積層(dlQ3)，基巖為侏羅系中統(tǒng)遂寧組(J2sn)泥質(zhì)砂巖、泡砂巖、泥巖、砂巖不等厚互層，其中以泥巖為主。地層由老至新的順序?yàn)椋?/p>

①粉質(zhì)黏土混碎塊石層(dlQ3)：可塑且中密，其中礫石含量為20%～80%，粒徑為3～15 cm；分選性差。該層主要分布于山體斜坡表部，層厚為1.0～7.5 m。

②黏土層(dlQ3)：由硬向軟可塑漸變，該層主要分布于山體斜坡中下部及坡腳地面以下，層厚為5.4～16.2 m。

③侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組基巖(J2s)泥巖:泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層～巨厚層構(gòu)造。場(chǎng)地附近出露巖層調(diào)查顯示，該處巖層產(chǎn)狀為162°∠22°。頂板埋置深度較平坦。

2 滑坡形態(tài)及規(guī)模

滑坡段長(zhǎng)約220 m，高約100 m，坡腳砌筑了高度為4～5 m的干砌塊石擋墻。平面上呈半弧形，后緣及兩側(cè)邊界拉張裂縫清晰、連貫，主滑方向同邊坡坡向，坡腳線長(zhǎng)約500 m，滑坡體地表坡度為15～25°，前緣稍緩、后緣漸陡。

目前變形主要發(fā)生在滑坡前緣，后緣存在數(shù)道裂縫，研究區(qū)內(nèi)僅邊坡體發(fā)生緩慢下滑，坡腳擋墻外移，坡腳外地面尚穩(wěn)定，未見鼓起跡象，其主要變形表現(xiàn)形式為局部滑塌。根據(jù)各鉆孔資料分析，其縱剖面上已發(fā)生滑塌以及潛在滑坡體基本呈長(zhǎng)方形，最大厚度約為30 m，最小厚度約為3.5 m。基于整個(gè)滑坡體的地形地貌、邊界條件及變形特征等情況，結(jié)合公路路線展布位置，將該斜坡體按最不利工況下劃分為2個(gè)分區(qū)，其整體示意如圖2所示?；逻吔缂?xì)節(jié)如圖3所示。

圖2 滑坡示意圖

圖3 滑坡邊界情況

3 滑坡變形趨勢(shì)及支護(hù)措施建議

滑坡區(qū)已滑部位現(xiàn)狀極不穩(wěn)定，正處于緩慢下滑之中，若遇連續(xù)的降雨后，將會(huì)加劇、加快已滑坡部位的變形破壞。

建議在滑坡體中部(公路邊坡前緣)設(shè)置抗滑樁進(jìn)行支擋，對(duì)路基上部蠕變體可采取錨索梁等工程處理措施。設(shè)置3種抗滑樁均采用現(xiàn)澆混凝土，混凝土密度為26 kN/m3，彈性模量為3×107kPa，泊松比為0.2。其中B型抗滑樁錨固長(zhǎng)度為15 m，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為42 m，截面積為2×3 m2，水平間距為5 m；E型抗滑樁錨固長(zhǎng)度為15 m，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為31 m，截面積為2.5×3.5 m2，水平間距為5 m；I型抗滑樁錨固長(zhǎng)度為15 m，設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)為34 m，截面積為3×4 m2，水平間距為5 m。再增設(shè)錨桿，錨桿材料密度為26 kN/m3，彈性模量為3×107kPa，水平間距為5 m，垂直間距為3 m。傾角為25°，錨孔直接為130 mm，錨固段長(zhǎng)度為8 m。支護(hù)措施如圖4所示。

圖4 滑坡支護(hù)措施示意圖

4 支護(hù)措施效果簡(jiǎn)析

根據(jù)研究區(qū)情況，以8口勘察鉆孔揭露地層為依托建立計(jì)算模型，該模型寬450 m(Y)、長(zhǎng)700 m(X)、高200 m(Z)，所建立的模型如圖5所示。對(duì)X、Y方向設(shè)置水平向的約束，對(duì)Z方向的底部設(shè)置固定約束。整個(gè)邊坡布設(shè)了3排抗滑樁，從下往上依次是B型抗滑樁、E型抗滑樁和I型抗滑樁，同時(shí)再增設(shè)錨桿。巖土體計(jì)算參數(shù)表1所示。

圖5 數(shù)值模擬計(jì)算模型

表1 巖土體物理力學(xué)參數(shù)

計(jì)算結(jié)果同時(shí)考慮了未來擬建隧道公路的公路荷載，公路邊坡采用分級(jí)填筑，添加線性荷載來模擬填筑，按設(shè)計(jì)最終荷載考慮為198 kN/m。如圖6(a)所示，邊坡的變形規(guī)律同抗滑樁支護(hù)結(jié)構(gòu)下的變形規(guī)律一致。聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)下，坡體最大水平位移僅為0.9 cm。同時(shí)，聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)下的邊坡不存在潛在滑動(dòng)面，如圖6(b)所示，可以判斷邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖6 數(shù)值計(jì)算結(jié)果

基于有限元強(qiáng)度折減法計(jì)算得到該邊坡的穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.32，邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié) 論

(1)本研究區(qū)發(fā)生滑坡及塌滑區(qū)段廣泛分布在第四系上更新統(tǒng)坡積層，其中，堆積體的主要成分為粉質(zhì)黏土混碎塊石、黏土和強(qiáng)風(fēng)化石英砂巖。

(2)邊坡變形主要發(fā)生在滑坡前緣，后緣存在數(shù)道裂縫，坡腳擋墻外移，坡腳外地面尚穩(wěn)定。在經(jīng)歷較長(zhǎng)時(shí)期的降雨后，滑坡體發(fā)展快速，產(chǎn)生了極其明顯的下滑變形現(xiàn)象，并且坡腳的擋墻亦出現(xiàn)了側(cè)向變形、墻頂開裂現(xiàn)象。

(3)根據(jù)邊坡變形破壞特征及未來隧道公路穿越形式，建議在滑坡體前緣設(shè)置抗滑樁進(jìn)行支擋，設(shè)置3種類型抗滑樁均采用現(xiàn)澆混凝土并聯(lián)合錨桿對(duì)邊坡進(jìn)行支護(hù)。

(4)聯(lián)合支護(hù)后，坡體最大水平位移僅為0.9 cm。同時(shí)，聯(lián)合支護(hù)結(jié)構(gòu)下的邊坡不存在潛在滑動(dòng)面，穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.32，邊坡整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。