山区高填方边坡稳定性分析与加固处理

翟文光

(云南交发元创交通工程技术咨询有限公司,云南 昆明 650228)

近年来我国交通基础设施建设取得长足进步,山区公路建设也在迅猛发展。由于地形条件和技术指标的限制,山区公路建设不得不对路基进行大量填筑,形成高填边坡。在降雨及自重力作用下,边坡土体抗剪强度参数会随之降低,以致于出现边坡失稳、滑移变形等破坏现象,在西部山区,高填方边坡的失稳给公路的安全运营带来严重后果,管理者与工程技术人员应对山区高填方边坡的稳定性及其滑坡防治问题给予高度重视。

1 工程概况

巫山机场道路某高填方边坡长100 m,中心填方高度28.3～36.9 m。场区地势较低,地面横坡度整体较陡,局部存在陡坎,在不利条件下易产生沿斜坡方向的局部垮塌、甚至整体滑动失稳现象,加之坡脚处有多座水池障碍物处于坡脚线以内,边坡破坏后果严重。

2 边坡稳定性分析与计算

边坡稳定性分析和计算是边坡失稳研究的核心问题,旨在为治理方案提供依据[1]。目前,关于边坡稳定性分析,工程中大都采用极限平衡分析法解决实际工程问题。土体对抗滑构件的作用力采用剩余下滑力与库仑土压力进行计算[2]。

2.1 计算工况与安全系数选取

对滑塌体采用基于土力学中极限平衡的直线形滑动传递系数法进行稳定性系数及剩余下滑力计算[3,4]。首先假定滑动面的位置,然后估算使潜在滑体保持极限状态所需的抗滑力,并计算抗滑力。分别计算现状和回填后的稳定性系数,分两种工况进行计算。

工况一:自重+天然状态

工况二:自重+暴雨状态

根据相关地勘资料,边坡基础落于强风化石灰岩层(局部为强风化泥灰岩),根据现场开挖情况,场地坡残积层厚约1 m、强风化泥灰岩厚约2 m、中风化泥灰岩厚度稳定。边坡稳定计算采用简化Bishop法,选取两处分别设置抗滑桩和抗滑挡墙的典型断面K0+010和K0+110进行分析,计算参数选取依据地勘报告、并结合当地工程经验进行取值,如表1所示。

2.2 安全系数选取

边坡(滑坡)安全系数要求因行业不同而不同,根据本工程特点:边坡中心最大填方高度36.9 m,地基斜坡较陡,地质条件复杂,边坡一旦发生失稳破坏,对机场的安全运营会产生极大的影响,经济损失及社会影响严重,故该边坡安全等级为一级。工况一条件(正常工况)边坡安全系数1.3,工况二条件(非正常工况I)边坡安全系数1.2。

2.3 剩余下滑力计算

采用加拿大Rocscience公司研发的Slide V6.0软件对上述两断面进行模拟,软件可驱动程序使之自动搜索最不利滑面,图1和图2分别为K0+010和K0+090断面的滑动体条块。

图1 K0+010滑动体计算条分图

图2 K0+090滑动体计算条分图

计算结果如表2、表3所示。

表2 K0+010计算结果

表3 K0+090计算结果

由计算可知,K0+010该断面在正常工况下边坡整体稳定安全系数Fs=1.136<1.3,非正常工况I时,最小安全系数为Fs=1.021<1.2;K0+090该断面在正常工况下边坡整体稳定安全系数Fs=1.122<1.3,非正常工况I时,最小安全系数为Fs=1.016<1.2,均不满足《公路路基设计规范》表3.6.11中相关要求,因此需对该边坡进行支护加固设计。

3 边坡处治设计

设计采用桩板墙+抗滑挡墙+钢塑格栅+填石路基的综合处理措施,如图3、图4所示。

图3 K0+000～K0+120平面设计图

图4 K0+010横断面设计图

3.1 桩板墙设计

桩板墙设于坡脚第五级边坡处,共设29根抗滑桩,桩径1.75×2.5 m,间距5.0 m,桩长16～22 m,锚固段长度为地面或滑面以上悬臂长度的1倍,设计采用HRB400钢筋,C30混凝土浇筑,采用人工挖孔桩,跳桩法施工。由于该边坡位于平曲线的“外凸”侧,加之边坡较高、坡率较缓,坡脚线实际长度远大于路线实际长度。设计采用整桩号断面进行控制,桩号与抗滑桩对应关系如表4所示。桩间采用C30预制内置挡土板,尺寸4.2 m×1.0 m×0.4 m,挡土板底部采用60 cm厚C15片石混凝土基座进行支撑。采用理正岩土6.0对K0+010断面进行稳定性分析, 计算采用K法, 抗滑桩结果如表5所示。

表4 桩号与抗滑桩对应关系

表5 抗滑桩计算结果

3.2 抗滑挡墙设计

重力式抗滑挡墙采用C20片石混凝土浇筑,每隔10～15 m结合墙高或地质情况设置竖向沉降缝,缝宽为0.02 m,充填沥青麻絮。抗滑挡墙墙高8 m,墙顶宽2.5 m,验算结果如表6所示。

表6 抗滑桩计算结果

3.3 钢塑格栅设计

路槽底层及第一、二、三、四级边坡坡底均采用3层钢塑格栅处理,每层间距0.5 m,四级边坡坡底采用填石路基。

3.4 填石路基设计

路基岩石填料,其饱水抗压强度不应低于15 MPa。当其抗压强度不满足规定要求时,应进行CBR试验,CBR值不低于15%。不满足要求时,应按填土的要求检验和控制。此外,岩石填料最大粒径应满足表7要求。

表7 岩石填料最大粒径 单位:cm

4 结 论

(1)山区机场高填方边坡滑塌失稳是研究与设计人员常关注的工程难题,其失稳影响因素复杂,其中降雨因素影响较大,应采取有效措施予以处理。

(2)该边坡在正常工况下处于基本稳定状态,在暴雨工况下处于欠稳定状态。由于安全储备不足,在暴雨或连续降雨工况时,边坡极有可能出现大规模滑坡。

(3)本工程采用的“抗滑桩+抗滑挡墙+钢塑格栅+填石路基”方案技术成熟,可实施性较高,从长远而言,加固效果较好。