公路边坡不稳定处治评价.pdf

98交通科技与管理工程技术0引言当前，我国公路建设发展速度比较快，所具备的技术水平相对有限，经验比较缺乏，导致环境治理技术问题的出现，其中需首要解决的就是路基边坡不稳问题。路基边坡不稳不仅对公路的正常使用产生影响，同时对国家和社会发展也有直接影响。由此来看，提高公路边坡稳定性是公路建设当中所要考虑的首要问题。1云湛高速公路处治工程云湛高速公路 K4+020.332K4+199 右侧路堑高边坡施工图设计为四级高边坡，坡顶最大高度为 40.28 m，平均坡高分级为 10 m，其中一级坡和二级坡坡率 1 1.0，三级坡和四级坡坡率11.25，第三级碎落台宽度为12 m，其余碎落台宽度为 2 m。第一、二、三级坡防护均采用锚杆框架防护，高度分别为 9 m、26 m、26 m，第四级坡采用传统的人字形骨架植草防护。2016 年 3 月 30 日夜间，施工单位在现场开挖时，K4+050K4+110 左侧第三级边坡发生滑塌，第三级边坡顶部 12 m 宽平台靠外侧 5.5 m 左右塌陷。2016 年 4 月 18 日，施工单位对第三级平台进行消坡减载，将 12 m 宽平台度缩减至 5 m，在坡脚以上 3 m处开挖时，发现第三级坡面 K4+072K4+100 出现纵向裂缝，深度 0.80.9 m，施工单位决定将三级平台宽度减少至 4 m。2016 年 4 月 20 日，施工单位将平台宽度缩减至 4 m；2016 年 4 月 21 日，在对第三级坡脚进行开挖时，发现第三级边坡 K4+085K4+120 段坡面出现纵向裂缝，深度 0.60.8 m。针对该路堑变形情况我院对路堑边坡进行变更，防护维持原设计，具体为变更二级坡的坡率为1 1.25，变更第三、四级坡的坡率为 1 1.5，二级平台变更为 5 m，三级碎落台宽度变更为 4 m，一级坡采用锚杆框架格梁防护，第二、三级坡采用锚索框架梁防护。2016 年 12 月初，该路堑第二、三级坡的锚索大部分已张拉锁定，第一次坡的锚杆框架尚未施工，该路堑发生整体变形，滑坡最后一道后缘裂缝位于堑顶线外 1030 m，裂缝最大宽度约 30 cm。各级平台均见纵向拉裂缝，分析为不同滑面所对应后缘裂缝，见图 1。图 12016 年 12 月变形破坏路堑边坡简示图2路段工程地质条件2.1地形及岩性该高边坡所处路段为低山丘陵区，地势起伏不大、相对平缓，坡体标高范围为 85.095.0 m，最大自然坡角约为 15。根据设计院在相关单位查阅的资料及地质勘探成果，揭示边坡主要由第四系残坡积粉质黏土以及泥盆系中统老虎坳组强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩、D2l 全风化等组成。2.2地质情况云湛高速公路位于华南加里东褶皱系的广东西部隆起带内，大地构造位置上处于四会吴川断褶带中西段。在久远而长期的地质时代，该路段经历了复杂而频繁的地壳运动，区内地质构造多为北东或近北东走向。通过调取该边坡的地质调绘原始资料，勘察设计未发现该边收稿日期：2023-09-18作者简介：万义华（1983）,男,本科,工程师,从事工程造价管理工作。公路边坡不稳定处治评价万义华（广东省南粤交通云湛高速公路管理中心新阳管理处,广东 阳江 529500）摘要山区高速公路穿越山岭时经常需要大开挖形成路堑高边坡，由于地质原因，部分路堑高边坡受施工扰动易出现变形，严重时会出现滑坡和坍塌。针对这类边坡，文章依托云湛高速公路 K4+020.332K4+199 段右侧边坡滑塌处治工程，剖析了其变形机制，评价其稳定性，给出了处治方案。其处治经验可为同类工程提供参考借鉴。关键词公路边坡；变形；稳定性评价；处治方案中图分类号U416.14文献标识码A文章编号2096-8949（2023）19-0098-032023 年第 4 卷第 19 期99交通科技与管理工程技术坡范围内有影响场地稳定的不良地质情况。但附近坑尾村存在边坡地质灾害，为村民在山脚修建房屋，切割坡脚，引起顺层泥质粉砂岩滑动。村民切割坡脚高度不大，一般小于 8 m，坡脚区普遍存在滑塌现象。该段高边坡及邻近左侧的一般边坡、高填方等工程的地质环境同坑尾村边坡相同，坡向和岩层产状接近，施工易引起滑塌。2.3水文地质条件云湛高速新阳段建设地点主要在广东西部新县、阳春，该地区纬度较低，属南亚热带季风气候区。雨季漫长而降雨量大，季风气候，因临近海洋，因此台风、雷雨天气多发。工点区降雨量较大，因此带来的地表径流对坡脚和坡面的冲刷较大。地质钻探时未发现地下水。3边坡变形的破坏机制分析及稳定性分析3.1边坡变形的破坏机制分析根据地质调绘及现场勘探的结果，该边坡以岩质为主，部分夹杂有残坡积的粉质黏土夹强-中风化泥质粉砂岩和强风化岩块。岩层走向与边坡走向基本一致，小角度相夹，为典型的顺层岩石边坡。边坡容易沿着土层与岩层交界的软弱面发生失稳滑动。加之风化强烈强风化泥质粉砂岩层，表现为局部泥质粉砂岩含泥量大，风化后出现相对软弱的泥化夹层，容易发生多级层间滑动。强风化层、中风化层的层面坡度陡峭，彼此之间的面结合较差，也容易产生滑动1。边坡所在区域岩层风化程度显示未强烈，泥质粉砂岩夹杂有大量的黄泥，存在软弱夹层，与水作用后容易软化。遇到雨季后，雨水降落慢慢渗透至上部覆盖层，降低了风化层强度，从而导致边坡失稳破坏。从地形来看，边坡两侧双面临空，且为顺层，约束力小，故边坡两侧变形严重。强风化与中风化层交界面具有较大外倾角2，边坡开挖上部土体减小了抗滑阻力，同时为潜在边坡滑动提供了移动空间如图 2所示。图 2坡面赤平投影图3.2边坡稳定性分析、评价参照公路路基设计规范（JTG D302015)和岩土工程勘察规范(GB500212001)（2009 年版）按传递系数法计算边坡的稳定系数（如式 1）。Fs=i=1n1(Rij=in1j)+Rni=1n1(Ti j=in1j)+TnFs=i=1n1(Ri j=in1j)+Rni=1n1(Ti j=in1j)+Tn（1）其中 j=1j+cos(ii+1)sin(ii+1)tani=cos(ii+1)sin(ii+1)tani+1j=in1j=ii+1i+2.n1j=in1j=ii+1i+2+1i+3.n1Ri=tani(Niui)+RiLici=tani(Niui)+LiciNi=wicosiNi=wicosiTi=Tiwisini=wisini式中，Fs 稳定系数；Ri 作用于第 i 块段的抗滑力（kN/m）；wi 第 i 块段滑体所受的重力（kN/m）；ci 第 i 块段土的黏聚力（kPa）；Ti 作用于第 i 块段的滑动分力（kN/m）；Li 第 i 块段滑动面长度（m）；i 第 i 块段土的内摩擦角（m）。选取边坡主剖面进行稳定性计算及参数反分析，按照规范规定的传递系数法进行稳定性计算需提供滑动面的内聚力和内摩擦角、坡体土的重量。该区域的土的重量为强风化泥质粉砂岩 21.0 kN/m3、粉质黏土 18.5 kN/m3。滑面强度参数根据经验值和反分析综合考虑。该边坡目前处于极限平衡状态，其稳定系数应在 0.951.00 之间。整体边坡发生滑动时，依据坡体滑动面的几何特征，滑动面主要分为牵引区、抗滑区和主滑区三种。根据模拟计算及工程经验，计算结果显示目前状态下边坡后部牵引区滑动面的强度数据为 c=0.0 kPa，=35；中部主滑区滑动面的强度数据为 c=15 kPa，=18.0；前部抗滑区滑动面的强度数据为 c=15.0 kPa，=20.0。边坡稳定性分析选取 K4+140 断面作为控制性分析节点，安全系数 K在正常工况下为 1.248，满足规范要求；安全系数 K 在非正常工况下为 1.198，满足规范要求。4边坡处治措施维持现有第一、二、三级边坡坡率、坡高及第一、二级平台宽度，第三平台宽度为 028.5 m，第四级边坡坡率 1 2，同时综合采用边坡卸载、边坡加固、坡面修复、排水等多种措施进行处治3。4.1边坡卸载为减少坡体下滑力和防止降水从坡顶裂缝渗入坡体而降低坡体土体抗剪强度，开挖第四级边坡的土进行减载，减载范围根据后缘裂缝位置控制；同时，顺势将边坡边角位置浅层坍塌虚土清除4。4.2边坡防护、加固工程取消第一级锚杆框架防护，采用三排预应力锚索框架防护，第一、二、三排锚索长度分别为 32 m、34 m、36 m，锚固段的长度均为 10 m；设置锚索时采用向左向100交通科技与管理工程技术下（向左为小桩号方向 10，向下为水平向下 25），单孔设计锚固力为 500 kN，设计锁定锚固力为 550 kN。第二级现有锚索框架防护保持不变，同时对第二级边坡增设两排预应力锚索进行加固处理，两排锚索长度分别为36 m、38 m，锚固段长 10 m；设置锚索时采用向左向下（向左为小桩号方向 10，向下为水平向下 25），采用 4 束单孔锚索，单孔设计锚固吨位 500 kN，设计锁定锚固吨位 550 kN。维持现有第三级锚索框架防护，同时对第三级边坡增设一排预应力锚索进行加固处理，锚索长度38 m，锚固段长10 m；设置锚索时采用向左向下（向左为小桩号方向 10，向下为水平向下 25），采用 4 束整合而成的单孔锚索，设计单孔锚固力为 500 kN，锁定锚固力设计为 550 kN；采用挂网客土喷播防护最上一级边坡。在第一级边坡坡脚处设置两排钢花管并注浆，浆液采用水泥纯浆，水灰比 0.50.7 1，钢花管排距 1.2 m，纵向间距 3.0 m，钢管长 12 m，钢花管顶端采用 30 cm C25 混凝土纵横梁连接。对 K4+205K4+238 左侧边坡路面标高上 30 m 坡体进行卸载，卸载范围顺接 K4+020.332K4+199 左侧第三级平台卸载位置，卸载后坡面采用挂网客土喷播防护，平台设置顺接 K4+020.332K4+199 段左侧坡体第三级平台截水沟，并设置外倾 3%横坡。对 K4+205K4+238 左侧边坡采用框架锚索加固处治，处治长度 40 m。锚索具体位置为路基边缘 52 m 处（ZK12 处及顺接 K4+020.332K4+199 左侧第一级平台）设置一排框架锚索（单孔 4 束），锚索的长度取 38 m，锚固段按照 10 m 不变，锚索横梁平行左侧山体等高线，锚索垂直等高线，锚索下倾角 30。在距路基边线 50 m 处（顺接 K4+020.332K4+199左侧第一级平台）设置三排钢花管并注浆，钢花管顶端采用混凝土纵横梁连接。4.3坡面修复滑坡前缘从第一级边坡剪出，前缘鼓胀裂缝逐渐发展扩大，岩体受切割破碎，现一级坡出现多处错台及宽缝，随时可能发生崩落或溜塌。第一级边坡坍塌将导致上部梁体悬空，为确保第二级边坡锚索受力和边坡整体稳定，要求清除第一级边坡破碎，松散岩土体，采用浆砌片石回填修复坡面5。4.4排水设计在边坡坡顶线外 5 m 处和第三级平台向内 4 m 处设环向截水沟，截水沟采用现浇或者 C20 混凝土预制块均可，断面尺寸为底宽 50 cm 深 50 cm。按照设计安装好排水沟，需保持一定的排水坡度，确保排水通畅，平台截水沟的水流通过急流槽或踏步流向路基边沟。在第一级设置水平间距 10 m、排水孔径 13 cm、孔内填充11 cm 硬塑透水管的仰斜式排水管，排水斜孔孔口设于锚杆格梁的最下一级横梁下部，内层远端采用 2 层无纺布进行包封6。4.5边坡监测边坡开挖机施工完成后的前几年，是边坡活动频率最高的时期，其受雨水、地震等的影响较大，因此在公路通车营运后需对其进行定期监测。根据边坡的特点可在相应位置埋设测斜孔、深层水平及数值位移孔、边坡设点等等，主要用于监测边坡的移动方向、速率等数据，同时还应辅以人工定期巡查，观察边坡裂缝发育情况、渗水情况、表面边坡滑动情况等等7，以验证边坡的稳定措施是否达到了预期。边坡的监测主要是施工期和公路通车营运后的 12 年，其具体监测时间长短应视边坡的稳定情况而确定，如果通车营运后 2 年边坡仍有裂缝、滑塌、大面积渗水等情况，应延长监测时间。至于监测频率应与当地气候相关，在雨季应适当加大监测频率，旱季可适当减少频率，如果边坡出现裂缝、滑塌等不稳定现象，也应加大监测频率。5结语该文依托云湛高速公路边坡失稳变形处治实例，对边坡变形破坏机制进行了分析，对边坡稳定性进行了数值计算和评价，针对性提出了多种综合处治措施。云湛高速公路 2017 年底建成通车至今已 4 余年，该段边坡未再出现滑坡、裂缝等大型病害，表明边坡不稳定处治评价是科学合理的，措施选用是恰当的，可为同类工程提供一定的参考借鉴。参考文献1 杨明亮,袁从华,骆行文,等.高速公路路堑边坡顺层滑坡分析与治理 J.岩力学与工程学报,2005(23):4383-4389.2 向娟,通平高速亦路路堑边坡稳定性分析与防治研究D.长沙：中南大学,2011.3 陈祖煜.土质边坡稳定分析 原理、方法、程序 M.北京：中国水利水电出版社,2003.4 樊云龙,元帅,侯芸,等.公路路堑土质高边坡的破坏模式与处治措施分析 J.工程技术研究,2020(18):36-38.5 翟淑花,孙小华,冒建,等.北京山区岩土混合质边坡变形破坏机理分析 J.徐州工程学院学报(自然科学版),2020(4):24-29.6 刘世喜,王中美,蒋文杰,等.贵州高液限红粘土的分布特征及工程应用 J.贵州大学学报(自然科学版),2018(6).53-57.7 屠义伟.复杂地质条件下山区公路边坡稳定性评价及加固方法设计 J.公路工程,2018(1):169-174.