高速公路边坡治理在复杂地质区的实施研究

浦云鹤

西华大学土木建筑与环境学院

1 引言

2018年，中国的高速公路里程已经达到13.6万千米，高速公路在西南山区的建设，助力西南地区山城的发展。高速公路沿线复杂地质区边坡治理与加固是在西南地区建设高速公路过程中重要的问题[1]。锚杆、锚索、土工袋及锚索框格梁等加固技术已经在高速公路边坡治理与加固工程广泛应用[2]。攀大高速总发枢纽互通工程由于桩基施工量大，且桩型较多且较为复杂，采用旋挖钻孔灌注桩、冲孔桩和人工挖空灌注桩等[3]，尤其是冲孔桩和旋挖钻孔灌注桩所使用的机械对山体震动影响较大，且有部分桩承台需要大开挖、深开挖施工，如果对边坡治理与加固不到位，易引发安全事故。

2 边坡治理地质勘探实验分析

2.1 项目简介

攀大高速总发枢纽互通工程，是连接攀大高速与京昆高速的重要综合枢纽互通工程。项目地区属于构造剥蚀低山地貌，局部地段横穿河流侵蚀堆积地貌区，区内地形起伏大，施工区域相对高差约100m。攀西地区四季不分明，夏季降雨量大且集中，太阳辐射强，垂直气候差异显著等特点，极端天气下风速可达17m/s。

2.2 地质勘探实验分析

表1 岩土物理力学指标

通过现场地质勘探：项目实施区域地层主要为新生界第四系全新统人工堆积层、冲洪积层、坡洪积层、崩坡积层、新生界第三系上新统昔格达组及元古界晋宁期石英闪长岩夹辉绿岩。场地地震基本烈度为Ⅶ度，地震动峰值加速度为0.15g，地震动反应谱特征周期为0.45s。其中：人工填筑土由碎石、建碴等构成，石质成分主要为石英闪长岩、辉绿岩等硬质岩为主，呈强中风化，少量砂粒及建碴，透水性较好，厚度一般0.5m～1.0m，局部可达9.5mm。粉质黏土由硬塑，黏粒为主，结构不均，顶层为种植土，层厚0.5m～2.0m。强风化泥岩由矿物成分以黏土矿物为主，泥质胶结，薄层状构造，岩质轻且软，锤击易碎，岩石具饱水软化、脱水开裂风化特征，层厚0m～43.9m。元古界晋宁期岩层，该层分布整个场地，岩性以石英闪长岩为主，斜坡陡坎地带常见出露，偶见有辉绿岩脉侵入，该层厚度大，钻探未揭穿。通过钻探取样对岩土物理力学指标进行实验，结果见表1。

3 边坡治理

3.1 边坡治理分析

对于边坡地震动力稳定性分析，一般采用有限差分软件进行数值模拟分析，然后采用在边坡关键部位选取计算监测点进行点安全系数计算，分析计算结果对边坡稳定性进行分析，最后得到边坡各监测点的安全系数时程曲线[4]。总发枢纽互通工程主要以桩基、桥梁工程为主，尤其是L 匝道桥桩长度普遍在30m以上，桥长超过100m，周边地质条件复杂，边坡治理难点在于原有高边坡的开挖加宽以及桩基施工产生的较大震动对山体的稳定性产生影响，且历史上有较大地震发生。对工程场地进行物探剪切波速测试，根据物探剪切波速测试:本场地土层等效剪切波速use 为233.90m/s～332.65m/s，覆盖层厚3m～50m，场地土类型为中软-中硬场地土，建筑场地类别为Ⅱ类。通过软件模拟分析，采用的边坡点安全系数基于Mohr-Coulomb强度准则可表示为[4]:

式中：

Ks——点安全系数；

c、Φ——计算点岩土体的黏聚力（kPa）和内摩擦角（°）；

σ1、σ3——计算点的大、小主应力（kPa）。

通过模拟分析，本工程路基边坡的抗震稳定系数采用1.20，满足JTGB 02—2013《公路工程抗震设计规范》中规定路基边坡的抗震稳定系数不应小于1.15。

3.2 边坡治理加固

土石方开挖施工应从上之下分级进行开挖。对于较低高度的土石方开挖，先疏于表水，清除地表草皮及腐殖土，挖台阶填筑时分层碾压夯实，并留设平台，同时做好坡面、坡外的排水措施和绿化防护措施。对于高位山体开挖，先修筑好截水沟、排水沟以及挡土支护结构，设置支挡工程，以土层或基岩风化层为持力层，做到支护安全、结构牢固。涵洞和通道基础采用明挖扩大基础，以全风化石英闪长岩为持力层，并做好边坡防护与加固。

为了做好边坡治理工作，项目部应首先在成立以项目经理为首的边坡治理小组，以技术总工为技术负责人对边坡治理编制具体的施工方案。坚持“分级开挖，分级防护”的原则，边坡治理采用锚杆、锚索、土工袋及锚索框格梁等技术方式，确保边坡治理与加固做到安全有效（代表性横断面图1）。

图1 边坡治理示意图

通过对边坡治理计算分析，对较高位的边坡治理，首先在原地面开挖平整出大的工作面，最下层工作面宽度不小于4 m，工作面成2%～4%的内倾斜坡，每隔3m～5m 设置一道向下的排水沟，然后逐层开挖。对于坡度大于25%，高度大于8 m的斜陡坡，在顶部路床范围内铺设一组3层土工格栅进行加固处理，土工格栅端头锚固采用U型钉锚固措施。对于山体出现裂缝或者易发生山体滑坡的山体，采用锚索、锚杆及锚索框格梁等技术进行加固，锚索最长达到30m，锚杆最长达到9m，并设置锚杆框架梁护坡，同时在设置抗滑桩，抗滑桩与锚杆框架梁相连，选取中间两个相隔4个桩位的抗滑桩布置应力变形传感器，来监测护坡位移变形量，采用土压力盒来来监测抗滑桩周围的土压力，在施工的时候对位移变形量严格监控，当变形量超过风险值时立即停止施工。监测发现在采用旋挖机钻孔和冲孔桩机冲孔时，抗滑桩的位移量较大，土压力变化也较大，说明采用旋挖机钻孔和冲孔桩机冲孔时对L匝道桥边坡治理与加固影响较大。

4 结束语

通过物探剪切波速测试、变形传感器位移监测技术和软件模拟计算安全系数，结合攀大高速总发枢纽工程实例，本工程路基边坡的抗震稳定系数采用1.20，满足JTGB 02—2013《公路工程抗震设计规范》中规定路基边坡的抗震稳定系数不应小于1.15，采用锚杆、锚索及锚索框格梁等技术方式能满足本工程的边坡治理与加固的安全实施。