胡佳佳

(甘肅省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院股份有限公司，甘肅 蘭州 730000)

0 引言

以在建某高速公路含淤泥質(zhì)土夾層高邊坡為實(shí)例，對(duì)淤泥質(zhì)土的存在對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響進(jìn)行分析。軟弱夾層在遇水情況下軟化甚至泥化，土體抗剪強(qiáng)度急速降低。本文對(duì)軟弱夾層不穩(wěn)定邊坡進(jìn)行分析與處治，并對(duì)處治后的邊坡進(jìn)行分析。

1 工程概況及地質(zhì)條件

1.1 工程簡(jiǎn)介

某高速公路K1+370～K1+580段高邊坡布設(shè)于河谷右岸邊緣山坡中下部，坡體坡度相對(duì)較緩，山間沖溝呈V字形。山坡平均坡度為17°，地面海拔最高為1 805 m，最低為1 763 m，最大高差為40 m。該段邊坡挖方坡率為1∶1，6 m分級(jí)，每級(jí)設(shè)2 m寬的平臺(tái)；第1級(jí)、第2級(jí)邊坡設(shè)置錨桿框格，第3級(jí)～第6級(jí)采用框格護(hù)面。前期施工第3級(jí)～第6級(jí)邊坡已經(jīng)開挖完成，且完成了框格梁坡面防護(hù)。2019年5月開挖第2級(jí)邊坡時(shí)(自平臺(tái)往下3 m)，K1+370～K1+500段落揭露灰黑色淤泥質(zhì)土，淤泥質(zhì)土含水量大，工程力學(xué)性質(zhì)差。

1.2 工程地質(zhì)條件

粉質(zhì)黏土，可塑，土質(zhì)較均勻，表層植物根系發(fā)育；淤泥質(zhì)土，灰黑色，可塑～硬塑，土質(zhì)不均；圓礫，中密～密實(shí)，分選性差，砂土充填，土含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))約占10%～15%；強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，成巖性差。

1.3 水文地質(zhì)條件與地震

項(xiàng)目區(qū)主要水系為馬峽河、渭河一級(jí)支流等。地下水主要有黃土梁峁孔隙水、山地基巖裂隙水。項(xiàng)目所在地區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.20g，地震動(dòng)反應(yīng)譜特征周期為0.45 s。

2 邊坡穩(wěn)定性分析

2.1 邊坡規(guī)模特征

該段K1+370～K1+580高邊坡長(zhǎng)210 m，該邊坡體由坡積粉質(zhì)黏土層、沖洪積粉質(zhì)黏土、圓礫、淤泥質(zhì)土及新近系砂質(zhì)泥巖組成。

施工圖設(shè)計(jì)邊坡共6級(jí)，坡高6.0 m，2 m平臺(tái)，第3級(jí)～第6級(jí)邊坡已經(jīng)開挖完成，且完成了框格梁坡面防護(hù)。開挖第2級(jí)邊坡時(shí)(自平臺(tái)往下3 m)，K1+370～K1+500段落揭露灰黑色淤泥質(zhì)土，淤泥質(zhì)土含水量大，對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響大，立即停止施工，對(duì)坡腳進(jìn)行預(yù)加固處理后再行施工。邊坡平面圖全貌見圖1，施工后現(xiàn)場(chǎng)全貌見圖2。

2.2 計(jì)算方法及參數(shù)選取

該不穩(wěn)定斜坡之滑動(dòng)面呈折線型，采用傳遞系數(shù)法進(jìn)行邊坡穩(wěn)定性計(jì)算。

結(jié)合項(xiàng)目室內(nèi)土工試驗(yàn)資料，粉質(zhì)黏土天然密度介于1.88 g/cm3～2.08 g/cm3之間，統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值1.99 g/cm3，天然土體飽和度94.16%，處飽和狀態(tài)，因此粉質(zhì)黏土層天然狀態(tài)與飽和狀態(tài)的物理力學(xué)參數(shù)取同樣的值。淤泥質(zhì)土天然密度介于1.81 g/cm3～2.10 g/cm3之間，統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值為2.01 g/cm3，天然土體飽和度92.24%，處飽和狀態(tài)，因此淤泥質(zhì)土層天然狀態(tài)與飽和狀態(tài)的物理力學(xué)參數(shù)取同樣的值。

依據(jù)邊坡現(xiàn)狀，后壁發(fā)育裂縫錯(cuò)臺(tái)等，勘察土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)，巖土體試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)及反算[1]，計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 巖土體物理力學(xué)參數(shù)

K1+472(補(bǔ)充勘探地質(zhì)剖面圖)見圖3，路基位置探井淤泥質(zhì)土見圖4，大樁號(hào)側(cè)邊坡淤泥質(zhì)土層見圖5。

2.3 穩(wěn)定性計(jì)算

結(jié)合該邊坡實(shí)際情況，選定K1+472代表性斷面(見圖6，圖7)，分為一二級(jí)邊坡未開挖到位和開挖到位兩種情況分別進(jìn)行計(jì)算，指定潛在危險(xiǎn)滑面，滑面為折線型滑面，采用理正巖土軟件中塊體極限平衡法模塊進(jìn)行穩(wěn)定性及下滑力驗(yàn)算?；碌姆€(wěn)定系數(shù)計(jì)算方法采用較為嚴(yán)格的摩根斯頓-普萊斯法進(jìn)行計(jì)算評(píng)價(jià)，剩余下滑力則采用傳遞系數(shù)進(jìn)行推力計(jì)算[2-3]。

采用傳遞系數(shù)法對(duì)不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性分別進(jìn)行了三種工況下的穩(wěn)定性及剩余下滑力計(jì)算[4]，計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 穩(wěn)定性計(jì)算及剩余下滑力計(jì)算結(jié)果

根據(jù)工程等級(jí)和各類工況下的穩(wěn)定性計(jì)算，K1+472未開挖到位斷面，在正常工況、非正常工況Ⅰ(暴雨)處于穩(wěn)定狀態(tài)，非正常工況Ⅱ(暴雨+地震)下處于基本穩(wěn)定狀態(tài)；K1+472邊坡開挖到位后斷面在三種工況下都處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

3 預(yù)加固措施研究

根據(jù)坡體開挖情況及補(bǔ)充地勘資料揭示，該段欠穩(wěn)定高邊坡在K1+370～K1+500范圍內(nèi)第1級(jí)、第2級(jí)挖方坡體存在約9 m厚淤泥質(zhì)土，下部為砂質(zhì)泥巖，碎落臺(tái)處巖土交界面位于設(shè)計(jì)標(biāo)高以上1 m～2 m處。目前施工已開挖至第二級(jí)邊坡中上部，第3級(jí)～第6級(jí)邊坡框格梁防護(hù)、平臺(tái)排水溝已全部施工完成。黑色淤泥質(zhì)土較為軟弱，含水量大，工程力學(xué)性質(zhì)差雖暫未滑移，但考慮到底部淤泥質(zhì)土對(duì)上部高邊坡穩(wěn)定性影響較大，本著“提前支護(hù)，強(qiáng)腰固腳”的理念[5]，結(jié)合截排水等工程措施，考慮到K1+472潛在危險(xiǎn)滑動(dòng)面剩余下滑力較大，采用在原設(shè)計(jì)一級(jí)邊坡頂部設(shè)置樁板擋土墻預(yù)加固處理措施[6]。

3.1 樁板墻設(shè)計(jì)

在K1+375～K1+500原設(shè)計(jì)一級(jí)挖方平臺(tái)外側(cè)設(shè)置一排C30鋼筋混凝土抗滑樁[7]，樁身截面為2×2.5 m方樁，中心距5 m，樁長(zhǎng)24 m，共26根。采用人工挖孔成樁，淤泥質(zhì)土體和表層2 m范圍內(nèi)砂質(zhì)泥巖設(shè)置C25鋼筋混凝土鎖口、護(hù)壁支護(hù)。

在原設(shè)計(jì)二級(jí)邊坡范圍內(nèi)設(shè)置擋土板，長(zhǎng)5.0 m，高0.5 m，厚0.5 m，共300片，擋土板底部及樁間一級(jí)平臺(tái)處設(shè)0.5 m厚混凝土封底墊層(見圖8)。擋土板背部鋪設(shè)碎石排水層，與原設(shè)計(jì)二級(jí)平臺(tái)之間填平確保排水橫坡，頂部設(shè)置平臺(tái)排水溝；擋土板中部預(yù)留泄水管排出背面滲水(豎向間隔1 m)，一級(jí)邊坡底部巖土交界面處施工原設(shè)計(jì)仰斜排水孔時(shí)適當(dāng)加密調(diào)整。

一級(jí)邊坡按土巖結(jié)合面挖除淤泥質(zhì)土，在砂質(zhì)泥巖頂面設(shè)置Ⅱ型滲溝，每隔25 m與邊溝下滲溝橫向連接；滲溝施作完畢后回填反壓袋裝砂礫，第一級(jí)邊坡坡面設(shè)置框格梁防護(hù)；樁板墻起終點(diǎn)兩端采用混凝土護(hù)面與原設(shè)計(jì)二級(jí)邊坡錨桿框格梁過渡。

3.2 預(yù)加固處理效果

K1+472斷面開挖到位后潛在滑面2對(duì)應(yīng)設(shè)樁處土體剩余下滑力為1 471 kN(非正常工況Ⅱ)。根據(jù)剩余下滑力和庫侖土壓力分別驗(yàn)算抗滑樁截面及受拉側(cè)配筋，截面配筋率及樁頂位移(68 mm)均滿足規(guī)范要求。

樁板擋土墻支擋后，對(duì)樁頂以上邊坡建立模型計(jì)算穩(wěn)定性，邊坡穩(wěn)定系數(shù)正常工況為1.278，非正常工況Ⅰ為1.277，非正常工況Ⅱ?yàn)?.102。經(jīng)驗(yàn)算樁頂以上邊坡在各工況下均處于穩(wěn)定狀態(tài)，不存在邊坡越樁頂滑移問題。

4 結(jié)語

淤泥質(zhì)土等軟弱夾層的存在對(duì)邊坡穩(wěn)定性影響很大，不利于邊坡穩(wěn)定，施工開挖及開挖后降雨等因素誘導(dǎo)邊坡變形破壞，根據(jù)軟弱夾層的位置及邊坡破壞形式，對(duì)邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析得出邊坡剩余下滑力，從而對(duì)邊坡的加固處理提供依據(jù)。結(jié)合該邊坡開挖后剩余下滑力大，采用樁板墻預(yù)加固處理措施，支擋后樁頂以上邊坡在各工況下處于穩(wěn)定狀態(tài)。