山区高速公路高填斜坡弃土场工后稳定性评估的实例分析

张 华， 游 宏， 黄晚清

(1. 成都大学 建筑与土木工程学院， 四川 成都 610106；2.四川省交通运输厅 交通勘察设计研究院， 四川 成都 610017)

山区高速公路高填斜坡弃土场工后稳定性评估的实例分析

张 华1， 游 宏2， 黄晚清2

(1. 成都大学 建筑与土木工程学院， 四川 成都 610106；2.四川省交通运输厅 交通勘察设计研究院， 四川 成都 610017)

以攀西地区某高速公路一处填方高度达91.5 m的斜坡弃土场为研究对象，详细讨论了其工后稳定性评估的关键流程.对现场调研资料的分析表明，弃土场沿主轴线纵剖面的综合坡比为1∶2.1，工点处于基本稳定状态；但鉴于坡脚锚杆框架挡墙尚未能达到强力锁口的要求，综合原冲沟沟床横坡较陡(平均约15°)、改沟排水效果不甚理想、斜坡填方较高等不利因素，并协同工程类比及计算校核结果，建议坡脚附近范围采用“竖梁锚索群”作为增强整体稳定的主体加固措施.本解决方案可为相似工程的工后评估以及病害治理提供可类比的技术资料与参考.

道路工程；弃土场；高填斜坡；稳定性；工后评估

0 引 言

山区高速公路沿线大多具有地形条件困难、地质构造复杂、环境背景脆弱等特点，导致滑坡、坍塌等地质灾害频繁发生，同时，由于公路等级的相应要求，高水平的线形指标与桥梁隧道大量采用，路基工程的复杂性也不断提高.可以认为，山区高速公路正常服务期间重点路基工程的稳定，不仅制约着“生命线”的畅通，亦关系到行驶车辆的运营安全[1].为确保重点路基工程的长期稳定性，对其进行工后评估，及时准确地把握其稳定状况与发展趋势，必要时实施补强加固措施、工程检测及监控量测，对山区高速公路的畅通与安全具有重要的指导意义和实用价值.本研究以攀西地区某高速公路一处填方高度达91.5 m的斜坡弃土场为研究对象，通过现场调查，并结合其在建期施工图、变更设计等相关技术资料[2-3]，对该工程点的稳定性做出了较详细的分析与评估，处治方案可为高等级公路高填路基工程的工后稳定性评估工作提供类比的技术资料及参考.

1 工程概况

攀西地区某高速公路于2011年5月建成通车.建设期间，由于出现NGG1#大桥改为LJS隧道的重大变更，新增弃方19×104m3.经相关专家的反复研讨，确定于该隧道出口冲沟处增设NGG弃土场(见图1).

图1弃土场全貌及特征示意图

该弃土场主轴线与高速公路近于正交，总体呈上宽下窄，其纵剖面斜坡填方高91.5 m，并于锁口挡墙顶共设8级边坡.已实施的处治措施为：锁口处框架锚杆挡墙、原冲沟改沟明渠、地表排水系统以及边坡坡面骨架植草防护.

此外，高速公路NGG大桥左、右幅的2#、3#、4#墩均位于弃土场中下部，另有LJ水电站引水渠紧邻弃土场坡脚锁口位置.鉴于原冲沟横坡较陡(平均约15°)，在汛期洪水作用下，该弃土场仍有整体失稳的风险，威胁桥墩与水电站水渠安全.

2 弃土场稳定性现场调查

2.1 锁口支挡工程现场调查

2.1.1 现状调查.

弃土场挡墙位于坡脚锁口位置，与公路主线近于平行，其纵长约25 m，桩号介于左幅NGG大桥2、3#墩之间，最大墙高9.5 m，顶宽1.0 m，面坡1∶0.05，外墙表面设有3×3 m间距的框架锚杆.

2.1.2 框架锚杆挡墙稳定性判断.

现场调查发现，框架锚杆挡墙的施工质量较差，外墙表面可见缝隙，系按主动土压力的大小确定挡墙截面尺寸[4]，基本稳定，无变形，但尚未能满足坡脚强力锁口的要求，应为弃土场稳定性评估的重点关注对象.

2.2 弃土场排水系统现场调查

2.2.1 改沟工程.

因原冲沟设弃土场需对其作改移.改沟工程布设于弃土场的左侧，基本与主线正交，排入NGG大桥下.改沟的截面尺寸为梯形，顶宽3.0 m，底宽1.5～2.0 m，沟深2.0 m，均作浆砌防护，现场未见变形或破损现象，常年流水.但据现场实地了解，在每年的强降雨期间，因流量较大有漫流现象，说明改沟截面尺寸偏小，表面渗入弃土场填筑体，对高填斜坡整体稳定不利，需做适当加高处理，以防地表水冲刷边坡.

2.2.2 地表排水系统.

现场调查发现，除原冲沟改沟工程外，仍有地表排水工程，效果较好，无需增设.但弃土场各级边坡平台处未作封闭处理，未设平台排水沟，故坡面地表水下渗现象仍存在.

2.3 弃土场主轴线多级边坡稳定性现场调查

2.3.1 现状调查.

现场调查发现，该弃土场设计容量较大，约为19×104m3，且其主轴线剖面图横坡较陡系采用多级边坡和平台组合的断面形式.根据现场实测，锁口挡墙墙顶以上由8级边坡组成，级高5.5～13.9 m，平台宽5.8～27 m；弃土场的斜坡填方高程为91.5 m(锁口挡墙底至坡顶)，水平投影宽191.95 m，每级边坡的水平夹角为35 °～45 °，其平均填方横坡为1∶2.1(见表1).此外，3至8级坡面现有的矩形骨架植草防护绿化效果较差.可以初步判断，整个陡坡填方高边坡目前处于基本稳定状态.

表1 弃土场主轴线纵剖面各级边坡、平台尺寸

注：1.锁口挡墙底至填方边坡顶的高程为91.5 m，水平投影宽191.95 m；2.锁口挡墙底至填方边坡顶的平均横坡约1∶2.1.

2.3.2 弃土场主轴线多级边坡稳定性分析.

经调查相关资料，2010年12月20日，对该工程点变更设计的审查会专家组意见中，建议弃土场陡坡填方的综合坡比为1∶2.0～1∶2.5.据现场实测，陡坡的综合坡比为1∶2.1，且第8级边坡的级高为13.9 m，坡比1∶1，目前处于基本稳定状态，但稳定系数的安全储备较小，若遇异常气候，有局部表塌可能.

2.4 现场调查结论

该工程点前期的工程稳定性分析意见，仅涉及斜坡填方多级边坡自身的稳定性，并未触及高填方斜坡弃土场的整体稳定性.本研究综合现场调查发现的，冲沟沟床横坡较陡(平均约15°)、改沟排水效果不甚理想、斜坡填方的边坡高达91.5 m等不利因素，建议对91.5 m的高填斜坡弃土场增设抗滑支挡加固措施；基于锁口框架锚杆挡墙的基础置于基岩上，且无变形失效的现状，能承担墙背主动土压力的特点，为提高高填斜坡弃土场的整体稳定性，建议选用竖梁锚索支挡类型.并优先对第8级边坡作竖梁锚索加固，并根据斜坡推力大小，对其他级的边坡设竖梁锚索.同时，针对除第1、2级边坡外，第3至8级边坡，已有矩形骨架植草防护措施，但骨架内的植草效果不好，尚无变形迹象，故建议对第1、2级边坡增设矩形骨架植草防护，并对第3至第8级边坡骨架内恢复植草.

3 稳定性计算校核

3.1 潜在深层滑面的反演

3.1.1 滑体参数的选取.

通过工程地质类比，在滑体参数的选取上，本研究拟将滑体的天然重度概化为20 KN/m3，饱和重度为21 KN/m3.

3.1.2 滑面参数的选取.

以基覆界面作为潜在深层滑面，选取填方最高断面进行计算.滑带参数反算中，取天然工况下的稳定系数K为1.17.计算模型如图2所示，计算结果见表2.

图2 潜在深层滑面计算模型

3.2 潜在深层滑面的正演

根据文献[2]中的相关规定，分别按天然工况、暴雨工况及地震工况对该工程点的潜在深层滑面进行正演，得出各工况下的剩余下滑力，结果见表3.

表3 滑坡推力计算结果

由表3计算结果可见，暴雨工况为最不利工况，此时，该工程点支挡位置处剩余下滑力为1 807.5 KN/m，其安全储备明显不足，需对斜坡填筑体相应部位进行加固.

3.3 潜在浅层滑面的搜索情况

对于弃土场填筑体内部的潜在浅层滑面，采用圆弧搜索的方法[2,5]进行研究，计算模型如图3所示，计算结果见表4.

由图3及表4可知，在天然工况下，该弃土场填筑体内部的潜在滑体处于稳定状态；在暴雨工况下，填筑体内部浅层潜在滑体稳定性较差，局部甚至处于不稳定状态；而在地震工况下，填筑体内部浅层潜在滑体处于基本稳定，但局部安全储备较低的状态.

4 弃土场补强措施

综合现场调查与计算结果，本研究认为，该弃土场的补强措施包括：

图3 填筑体内部潜在浅层滑面计算模型

1)对于弃土场的排水明渠，建议进行适当加高处理，以防地表水冲刷边坡，并对弃土场各级边坡平台增设排水沟，以防坡面表水下渗.同时，对第1、2级边坡增设矩形骨架植草防护，并对第3至8级边坡骨架内恢复植草.

2)为提高高填弃土场的整体稳定性，建议选用竖梁锚索支挡类型，优先对第8级边坡作竖梁锚索加固，并根据斜坡推力大小，有针对性地对其他级的边坡设竖梁锚索.

5 结 论

本研究以攀西地区某高速公路一处高填斜坡弃土场为研究实例，详细讨论了该工程点工后期稳定性评估的关键流程，得到以下结论.

1)整体来看，弃土场沿主轴线纵剖面的填方高程达91.5 m，现场实测的综合坡比为1∶2.1，可判断该工点目前处于基本稳定状态，但稳定系数的安全储备较小，若遇异常气候，仍有局部表塌可能.鉴于坡脚锚杆框架挡墙尚未能达到强力锁口的要求，综合原冲沟沟床横坡较陡(平均约15°)、改沟排水效果不甚理想、斜坡填方高度大等不利因素，建议对高填斜坡弃土场增设抗滑支挡加固措施，以确保高速公路的运营安全.

2)综合现场调查、工程类比及计算校核结果，建议对坡脚附近范围采用“竖梁锚索群”作为增强边坡整体稳定的主体加固措施.此外，为防止地表水冲刷边坡，建议适当加高排水明渠，并对各级边坡平台增设排水沟.此外，需恢复各级坡面的矩形骨架植草防护.

[1]张华，游宏，黄晚清.山区高速公路桥台路基侧滑抢险处治的动态设计实例分析[J].公路，2017，62(8)：269-274.

[2]中华人民共和国交通运输部.公路路基设计规范：JTG D-2015[S].北京:人民交通出版社,2015.

[3]中华人民共和国交通运输部.公路工程地质勘察规范：JTG C20-2011[S].北京:人民交通出版社,2011.

[4]李海光.新型支挡结构设计与工程实例[M].2版.北京:人民交通出版社,2011.

[5]张倬元,王士天,王兰生.工程地质分析原理[M].北京:地质出版社,1994.

Abstract:In this paper,a spoil ground on a slope with the maximum filling height of 91.5 m on an expressway of Pan-xi region was taken as the study object,and the key process of post-construction stability assessment for the spoil ground was discussed in detail.The analysis of the field survey data showed that,the integrated slope ratio of the spoil ground within the longitudinal profile along its main axis was about 1∶2.1,which indicated that the slope was in stable status.But,based on the fact that the retaining wall with anchors at the toe of slope could not meet the demands of the strong fore shaft,and in addition with the unfavourable factors such as “slope of the gully below the backfilling was quite steep(average 15)”,“drainage effect of the newly built ditch was less than ideal” and “filling depth of the spoil ground was quite high”,some corresponding reinforcement measures were needed to enhance the overall stability of the studied spoil.Following a series of engineering analogy and theoretical calculations,the main reinforcement measures for the spoil were determined as “constructing a group of pre-stressed anchor cables with vertical beams near the toe of slope”.The obtained results could provide technical data and reference to disease prevention and treatment for similar projects.

Keywords:road engineering;spoil ground;high-filled slope;stability;post-construction assessment

CaseAnalysisofPost-constructionAssessmentforHigh-filledSpoilGroundonSlopesonMountainousExpressway

ZHANGHua1，YOUHong2，HUANGWanqing2

(1.School of Architecture and Civil Engineering, Chengdu University, Chengdu 610106, China;2.Sichuan Communications Surveying and Design Institute, Chengdu 610017, China)

TU457

A

1004-5422(2017)03-0307-04

2017-08-06.

四川省交通运输厅科研课题(2016C3-4)资助项目.

张 华(1981 — )， 男， 博士， 高级工程师， 从事道路工程相关技术研究.