广西某高速公路边坡稳定性分析及治理方案研究

2020-05-18 09:39闫向阳刘玉凤
黑龙江交通科技 2020年4期
关键词:滑面安全系数滑动

何 涛,闫向阳,刘玉凤

(1.中国公路工程咨询集团有限公司,北京 100089;2.煤炭科学技术研究院有限公司安全分院,北京 100013;3煤炭资源高效开采与洁净利用国家重点实验室(煤炭科学研究总院),北京 100013)

广西自治区百色某高速公路为整体式路基,原设计为五级挖方边坡,最大高度55 m。第二级开挖施工防护的过程中,发生滑坡。滑坡危及高速公路施工及运营安全,急需对滑坡进行稳定分析及治理。本文针对现场条件,提出经济合理的治理方案。

1 工程地质条件

滑坡区属丘陵地貌,地面高程517~732 m,原始地形坡度约为26°~45°,地表为第四系残积地层覆盖,局部地段见基岩出露,地表植被较发育,主要种植松树等经济林。

根据勘察成果,滑坡区从地面依次向下主要地层为含砾粉质黏土、碎块状强风化粉砂岩、中风化粉砂岩。

根据现场地质调查、钻探揭露及区域地质资料,滑坡区上部多为第四系坡积层,下伏基岩为三叠系中统粉砂岩,岩石风化裂隙有一组较发育,产状分别138°∠31°,频数为5~7条/m;裂隙面多有铁质渲染及泥质充填,部分无充填。岩体结构面发育,平直光滑,局部有泥质充填,结合程度差,岩体呈碎裂状结构,完整程度属于较破碎。

2 滑坡特征

2.1 外貌特征

本滑坡属于属于正在滑动的新生滑坡,滑坡体沿路线长80 m,垂直路线方向约60 m,高43 m,平均厚度约8 m,滑坡面积约3 000 m2,体积约2万方;后缘高程623 m,距离坡顶省道206约24 m,高差15 m,前缘剪出口位于设计标高位置,距离下方沟谷约200 m,高差74 m。

2.2 滑动带

根据地质调绘、勘探及位移监测,确定了剪入口和剪出口的位置。根据地质钻探及深孔位移监测确定了滑面的位置。

图1 开挖后的潜在滑面

根据位移监测结果,对监测点的数据在平面图展布,滑动方向约27°,与路线走向夹角100°。滑坡体以含砾粘质粘土及碎石为主,少量碎块状强风化粉砂岩。

3 滑坡稳定性分析

该滑坡具有完整的边界,后缘滑坡壁高差约2 m,前缘鼓起明显,特征发育较完整,根据该边坡滑坡的变形破坏现状,滑坡已经经过了滑动阶段,滑面已完全贯通,目前处于停止滑动的阶段。受控于其脆弱的坡体地质背景条件,如果未能及时实施有效支挡加固工程措施或进一步扰动,其变形势必会继续发展和扩大。

岩体层理产状45~65°∠32~45°,滑坡段产状74°∠32°,和边坡坡向夹角37°,视倾角26.8°,根据赤平投影分析,为顺层坡,属于不利组合,继续施工下挖,剪出口将相应移至坡脚,诱发更大范围和更深层的整体式滑动破坏。

图2 赤平投影分析

4 滑坡剩余下滑力计算

岩土强度参数根据反演分析并结合工程地质类比综合确定。

表1 边坡稳定性计算反演参数一览表

根据《公路路基设计规范》D30-2015,边坡稳定安全系数取值如下表所示:其中正常工况为边坡处于天然状态下的工况,非正常工况1为处于暴雨或连续降雨状态下的工况,非正常工况2为处于地震等荷载作用状态下的工况。

表2 边坡稳定安全系数取值

该滑坡治理后稳定安全系数按照正常工况1.25;非正常工况1.15控制。由于地震烈度为7度,根据《公路工程抗震规范》JTG B02-2013的要求,可不进行抗震验算。采用不平衡推力法对目前滑坡剩余下滑力进行计算,其数值如表3。

表3 剩余下滑力

5 治理方案设计

目前剪出口位于右幅路基路面范围之内,土体完全开挖后,剪出口将移至坡脚,将会诱发深层滑动破坏,深层破坏的方式是顺层滑动破坏;土层松散,锚索预应力易损失;距离省道206较近,破坏后果严重。因此,必须选用适合的治理方案进行设计。

5.1 工程措施

(1)方案一:圆桩

①支档:在在第一级顶部平台位置设置直径2.5 m圆桩,桩长20~26 m,桩间距4 m,共16根;桩顶设置2根6束预应力锚索,锚索长30 m,锚固段10 m,锚固力750 KN,张拉力600 KN;悬臂段设置桩间板,该位置目前滑面剩余下滑力950 KN,深层滑面剩余下滑力1 600 KN,桩身及挡土板混凝土强度等级为C30,护壁强度等级不低于C20。

②二级路下方设置四排钢管桩,间距1.5 m。排距0.5 m,共设置四排;桩顶设置2 m高系梁,每隔3 m设置一道预应力锚索,锚索张拉力50 KN。

③抗滑桩装顶以上修整坡面后按喷锚支护封闭坡面。

④治理之后目前滑面正常工况及非正常工况稳定安全系数为1.32/1.21;潜在滑面正常工况及非正常工况稳定安全系数为1.23/1.15。

⑤造价约683万。

(2)方案二:方桩

①支档:在坡脚位置设置2.5×3 m2抗滑桩,桩长20~26 m,桩间距7.5 m,共13根;桩顶设置1根6束预应力锚索,锚索长30 m,锚固段10 m,锚固力750 KN,张拉力400 KN;悬臂段设置桩间板,该位置目前滑面剩余下滑力950 KN,深层滑面剩余下滑力1 600 KN,桩身及挡土板混凝土强度等级为C30,护壁强度等级不低于C20。

②二级路下方设置四排钢管桩,间距1.5 m。排距0.5 m,共设置四排;桩顶设置2 m高系梁,每隔3 m设置一道预应力锚索。③治理之后目前滑面正常工况及非正常工况稳定安全系数为1.31/1.2;潜在滑面正常工况及非正常工况稳定安全系数为1.228/1.14。

④方案造价约476万。

(3)方案对比及选取

表4 方案对比表

从经济、安全、施工工期等方面,对上述两种方案进行综合比选后,将方案一做为推荐方案,共设置24根圆桩。

5.2 排水措施

地表排水:边坡坡顶线外5 m位置设置截水沟,可以按实际地形接顺。另外在后缘裂缝外侧依据实际地形设置第二道截水沟,所有截水沟应与涵洞、山间冲沟或坡顶急流槽接顺;桩顶设置上挡式截水沟,各级平台截水沟需接顺。

地下水排水:在第二、三级坡脚做超长斜式排水孔,平均长度49 m,排水孔间距5 m,在具体施工过程中,应根据施工揭示地层及含水状态等实际情况调整孔位、孔数和孔深,以排水孔正常出水率达50%以上为宜,确保平孔排水工程效果。

5.3 监测措施

在边坡K80+322断面附近布设深部位移监测断面1条,共三个点,平均孔深25 m,监测周期为治理期一年,工后两年;在地表布设地表位移监测点,监测周期为治理期一年,工后两年;在每根抗滑桩顶部设置位移监测点,对抗滑桩位移进行监测,桩顶锚索设置锚索测力计,监测锚索受力变化情况,压力传感器外露测线应注意保护,防止老化;监测周期为治理期一年,工后两年。

在边坡各级按设计锚索总孔数的10%随机抽样,进行锚下预应力长期监测工作,监测周期为工后2年。

6 结 论

根据不平衡推力法计算得出的滑坡剩余下滑力,研究给出“圆桩”和“方桩”两种方案,综合分析两种方案的优缺点,得出“圆桩”方案施工更为安全,可以保证现场顺利施工,因此,最终选用“圆桩”方案进行滑坡治理。

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