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        高速公路邊坡滑坡勘察設計研究

        2022-12-21 01:39:02馬仲智
        交通科技與管理 2022年23期
        關鍵詞:抗滑樁錨索裂隙

        馬仲智

        (貴州省公路勘察設計院有限公司,貴州 貴陽 550001)

        0 引言

        滑坡是一種常見的地質災害,是指斜坡上的巖土體受到多種因素的影響,在重力作用下沿著軟弱面向下滑動[1]。明確邊坡滑坡的原因,并采取積極有效的預防處理措施,能提高邊坡的穩(wěn)定性,更好地服務于交通出行。該文結合實際案例,探討了邊坡滑坡的勘察設計要點和加固處理措施。

        1 工程概況

        1.1 公路及邊坡現狀

        某高速公路項目,YK31+260~YK31+310右側挖方邊坡,設計標準為雙向六車道,單幅路基寬度為16.75 m,設計速度為100 km/h,荷載等級為公路Ⅰ級。該段全長50 m,線路走向68°,開挖坡向338°,原設計邊坡第一、二、三級邊坡坡率為1∶0.75、1∶0.75、1∶1,最大坡高32.4 m,最高為3級,防護形式為18 m長錨索框架植草防護。近期在極端天氣的影響下,出現下錯滑動險情。

        3月16日,第一級開挖過程中發(fā)現二、三級錨索框架錨索出現向下滑動錯位。坡口處出現不同程度的拉裂,裂縫長50 m,寬度10~30 cm,暫停施工并動態(tài)觀察。3月17—22日,在降雨影響下坡口裂隙進一步發(fā)展擴大,出現局部塌方,繼續(xù)動態(tài)觀察。3月23日,組織設計單位、施工單位、監(jiān)理單位對滑坡邊坡進行復勘。針對現場滑坡情況,對滑坡范圍內裂隙進行封閉裂隙,第一級邊坡停止開挖施工;并對坡腳進行臨時反壓防護,繼續(xù)進行實時動態(tài)觀測;同時進行布孔鉆探勘察,確定滑坡成因機制及錨索預應力是否失效。

        1.2 地質特點

        勘察區(qū)地形起伏變化大,兩岸為中緩坡地形,植被較發(fā)育。場區(qū)海拔1 041~1 150.0 m,相對高差109.0 m;軸線通過段地面高程在1 072.5~1 082.6 m之間,相對高差10.1 m。地貌類型屬侵蝕剝蝕—構造型低中山地貌。

        根據區(qū)域地質資料及現場調查、鉆探揭露情況,滑坡段邊坡地層覆蓋層是第四系殘坡積層(Q4el+dl)碎石土,總厚度達到2.0~5.8 m;出露及下伏基巖是寒武系下統(tǒng)明心寺組(∈1m)深灰色、黑色頁巖,結合鉆探基巖劃分為全~強風化、中風化兩層。

        2 邊坡滑坡原因分析

        通過現場勘察,確定邊坡滑坡的主要原因有三個:一是不穩(wěn)定邊坡,二是降雨,三是錨索框架梁破壞。

        2.1 不穩(wěn)定邊坡

        從已開挖邊坡面可知YK31+170~YK31+260、YK31+310~YK31+370段右側一級坡巖體完整至較破碎為中風化,YK31+260~YK31+310右側中間段一級坡巖體已經風化為全~強風化層,即該段屬地質突變地段,綜合地形形態(tài)及勘察結果可知該段為殘坡積層較厚的不穩(wěn)定邊坡。從已開挖邊坡面至裂隙后緣山體揭露及鉆探芯樣均可發(fā)現該段路基邊坡巖體產狀傾向邊坡為逆向坡,角度25°,全~強風化層較厚(1.4~13.4 m),均為薄層狀,泥質結構,層理構造。當坡腳開挖臨空后,導致應力重新分布,牽引造成2、3級滑坡,形成坡腳至坡口裂隙1處的主滑面,因較厚的碎石土層(2.0~5.8 m)順延裂隙1至裂隙2造成2次牽引滑移,而長期降雨及雨水下滲加劇裂隙面擴張,因此形成的分離面分布于碎石土至全~強風化范圍中,形成沿碎石土層至強風化層的軟弱界面的折線形牽引滑坡。

        2.2 降雨因素

        項目施工期間,3月1日至22日有15天為小雨或陣雨。長期降雨及雨水下滲,加劇滑移面裂隙擴張,對邊坡滑坡進一步造成影響。

        2.3 錨索框架梁破壞

        結合觀測數據,3月份第二級平臺最大位移為:垂直位移253 mm,水平位移78 mm;第三級平臺最大位移為:垂直位移373 mm,水平位移117 mm,可見位移值過大。綜合勘察鉆探結果,因邊坡開挖外露雨水下滲至坡體較厚的碎石土層與頁巖層,導致其遇水易軟化,失水易分解,黏聚力(C)、內摩擦角(φ)值下降,第二、三級邊坡框架錨索應力損失,部分錨固端失效,導致滑坡位移。錨索框架有效性統(tǒng)計見表1。

        表1 錨索框架有效性統(tǒng)計表

        綜合以上因素,首先,該段邊坡位于凹槽內,殘坡積層較厚,工程地質性能差。其次,長期降雨導致地表水匯集,滲入碎石土層及全~強風化頁巖層后,土層遇水軟化、失水分解,C、φ值下降,加劇裂隙面擴張[2]。最后,邊坡開挖臨空后,加上坡面混凝土框架自重,坡體在垂直方向無支撐,導致應力重新分布,邊坡沿軟弱面產生直線形牽引滑動,造成滑坡塌方。

        3 邊坡滑坡處理方案的設計要點

        3.1 處理原則

        針對滑坡進行處理,遵循以下原則:①一次根治,以穩(wěn)定、加固為主,同時考慮到排水和防護;②樹立綠色理念,滑坡治理過程中,考慮到道路的綠化和美化;③因地制宜、就地取材,采用科學化、信息化的設計與施工方案,既能控制造價,又具有較強的可行性[3];④注重變形檢測,尤其是深層變形;⑤分級治理,開挖一級、防護一級,根據開挖后的實際情況調整防護方案。

        3.2 設計工況參數

        正常工況,即自重+現有錨索框架+天然狀態(tài),設計安全系數K為1.30。非正常工況,即自重+現有錨索框架+暴雨(或連續(xù)降雨),設計安全系數K為1.20。該項目中,滑動面位于碎石土層及全~強風化層形成的軟弱層,需根據坡面地形、地質條件和開挖開裂情況,反算軟弱層面地質參數。采用直線滑動法,對坡體的穩(wěn)定性系數進行反算,結果見表2。

        表2 YK31+280主滑斷面的穩(wěn)定性系數

        3.3 設計推力計算

        邊坡巖體類型為二類,破壞嚴重,為小型淺層折線形牽引式滑坡。安全等級為Ⅰ級,現存錨索框架自重及仍有部分防護作用,故對應安全系數正常工況取值1.30,暴雨工況取值1.20。目前滑塌剪出口為邊坡坡腳至第一級邊坡平臺處,現還有第一級邊坡未全部開挖,故設計中按邊坡原設計坡率處理考慮,剩余下滑力計算結果見表3。可見,在暴雨或連續(xù)降雨工況下,沿主滑方向的剩余下滑力達到2 020.529 kN,因下滑力較大需設置抗滑樁支擋。

        表3 YK31+280主滑斷面剩余下滑力

        4 邊坡滑坡處理方案的施工方法和效果評價

        4.1 處理方案

        為確保該邊坡穩(wěn)定安全,對設計方案調整后,永久處治措施確定為:抗滑樁+第二、三級邊坡十字梁錨索+排水系統(tǒng)組合防護。其中,抗滑樁插入滑動面以下的穩(wěn)定地層,利用錨固力平衡推力,增加穩(wěn)定性。適用于淺層和中厚層的滑坡,優(yōu)點是土方量小、工期短、工藝技術成熟。十字梁錨索具有成本低、進度快、施工簡單易行的優(yōu)點,能最大程度上保護生態(tài)環(huán)境[4]。

        (1)邊坡YK31+260~YK31+310段右側分級高度10 m,邊坡坡率為1∶0.75、1∶0.75、1∶1、1∶1,平臺寬度2 m,設置排水溝。第1級邊坡采用菱形窗式護面墻防護,平臺處設置抗滑樁支護,尺寸2 m×3 m,樁間距6 m,樁長19 m設置9根,埋入第1級坡腳下為10 m,懸臂9 m。樁前緣反填8 m土石后再進行抗滑樁挖孔施工,壓實度≥80%??够瑯稑俄斣O置2 m×3 m冠梁,每3根抗滑樁連接為整體。

        (2)第二、三級錨索框架內采用60 cm×45 cm十字梁錨索加固,采用4根6.0 m φ110 PVC管做仰斜排水,框架內噴射12 cm厚的C20混凝土封面。第二級平臺澆筑C20混凝土(厚0.5 m、寬2 m)連接二、三級框架。坡口至裂隙1之間,采用坡面噴射C20混凝土(厚12 cm)封面防護。裂隙2處范圍內,采用60 cm×60 cm矩形截水溝及噴射C20混凝土(厚12 cm)封面防護。

        (3) 完 工 后, 分 別 在 YK31+260、YK31+280、YK31+300斷面設置觀測點,每個斷面有6個觀測點,設置于坡腳、每級平臺、鋼管樁及坡口截水溝,共計18個觀測點,動態(tài)觀測邊坡變形情況,評價加固效果。

        4.2 施工方法

        邊坡滑坡加固施工工序:坡腳前緣反填→永久觀測點布設→十字梁錨索→仰斜排水管→坡口截水溝→坡體清理噴漿封面→抗滑樁→冠梁→第二級平臺C20混凝土連接→平臺截水溝→平臺綠化池→第一級窗式護面墻→綠化。施工要點如下:

        第一,十字梁錨索施工。根據現有框架對應樁號及框架內中心坐標,確定十字梁錨點;錨索孔采用D150鉆孔打入,打入角度為30°;錨固段進入中風化層≥8 m,并根據每個工點實際情況調整。

        第二,仰斜排水管施工。使用長度6 m的φ100國標PVC排水管,管孔采用D130鉆孔打入,打入角度為5°,埋深<50 cm,間距為40 cm,梅花形布置鉆孔;施工時,如果仰斜排水管與框架錨索干擾,適當調整排水管的位置和角度,保證錨索定位準確。

        第三,排水施工。坡口截水溝采用M7.5漿砌片石砌筑,溝內進行2.0 cm砂漿抹面;平臺截水溝及平臺綠化池采用C20混凝土現澆。施工開挖及邊坡整治前,先設置好地表排水系統(tǒng),確保開挖邊坡不受雨水的沖刷,減少雨水下滲。如有地下水出露,將地下水引排至相關排水系統(tǒng),不得封堵[5]。

        第四,抗滑樁施工。采用跳兩孔開挖,即K1、K4、K7→K3、K6、K9→K2、K5、K8;樁頂鋼筋需外露澆筑,便于冠梁鋼筋焊接澆筑。抗滑樁基坑開挖后,達不到圖中要求,按實際開挖情況調整樁長。開挖作業(yè)工序:施工準備(邊坡防護完成后)→樁頂平臺清理→護筒(鎖口)及井口周邊防護→第一節(jié)樁孔開挖→支模澆筑第一節(jié)混凝土護壁→護壁上二次控測標高及定樁位十字線→安裝提升系統(tǒng)、照明設施→第二節(jié)樁身開挖→第二節(jié)混凝土支模、護壁支護→重復第二節(jié)造孔、支模、混凝土護壁,循環(huán)作業(yè)至設計深度→成孔檢查驗收→鋼筋安裝→倉內清理、堵排水→倉號驗收→澆筑樁身混凝土→樁體檢測→樁頂與冠梁連接澆筑→每個混凝土抗滑樁樁頂設置位移觀測點。

        第五,菱形窗式護面墻施工?,F場實測斷面,按設計坡率進行支擋及防護工程施工,按設計尺寸掛線放樣施工,以保證施工質量。窗格內采用植生袋綠化,重量輕、運輸方便,現場鋪設簡單,而且植物存活率高,能獲得穩(wěn)定的坡面綠化效果[6]。

        第六,施工現場設置警戒線,施工期間對邊坡進行嚴密監(jiān)控,在保證安全的前提下進行施工。如發(fā)現異常情況,及時通知有關單位妥善處理。施工使用的所有材料,均在進場時檢驗,確保技術參數滿足規(guī)范和標準要求。

        4.3 加固效果評價

        2020年9月2日,由設計單位對滑坡邊坡進行復勘,經過半年持續(xù)動態(tài)觀測(見表4),右側滑坡趨于穩(wěn)定,數據在觀測誤差范圍內,無進一步擴大現象。9月降雨多,但沒有發(fā)生位移,說明邊坡沉降位移已達到穩(wěn)定狀態(tài),該次滑坡加固處理取得良好效果。

        表4 4#~7#觀測點9月觀測數據統(tǒng)計表

        5 結語

        綜上所述,高速公路在施工和運營中,在多種因素作用下,局部邊坡可能發(fā)生滑坡現象,影響通行安全。該文結合工程實例分析滑坡原因,包括不穩(wěn)定邊坡、降雨、錨索框架梁破壞三個因素。根據勘察分析結果,確定采用抗滑樁+第二、三級邊坡十字梁錨索+排水系統(tǒng)組合防護方案。結果證實:加固處理后的邊坡沉降位移已達到穩(wěn)定狀態(tài),取得良好效果。該文可為類似工程項目提供借鑒,提高邊坡穩(wěn)定性,滿足安全運營需求。

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