摘要：文章根據(jù)研究區(qū)路塹邊坡地質(zhì)情況，對路塹高邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了定性及定量分析評價(jià)，結(jié)合項(xiàng)目的施工監(jiān)測數(shù)據(jù)，對邊坡施工過程中的位移趨勢進(jìn)行分析，提出了在坡腳區(qū)增設(shè)鎖腳錨桿、加強(qiáng)坡面防護(hù)的措施，并通過運(yùn)營監(jiān)測驗(yàn)證了該邊坡支護(hù)措施是有效的。

關(guān)鍵詞：陡傾路塹邊坡；結(jié)構(gòu)面；失穩(wěn)模式；赤平投影

中圖分類號：U416.1+4" " " "文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " " DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2024.11.010

文章編號：1673-4874（2024）11-0031-03

引言

我國西部地區(qū)公路建設(shè)過程中常出現(xiàn)大量的深挖路塹邊坡，公路路塹邊坡失穩(wěn)模式也是許多專家學(xué)者研究的重要課題。邊坡穩(wěn)定性的整體分析是邊坡設(shè)計(jì)的核心工作，對于不同巖土地質(zhì)情況，邊坡呈現(xiàn)的破壞模式并不一致［1］。定性的邊坡分析模式主要包括現(xiàn)場調(diào)查法、工程類比法等，定量的方法則主要依靠巖土參數(shù)數(shù)據(jù)，對邊坡進(jìn)行定量的計(jì)算分析，以得到相關(guān)的穩(wěn)定安全系數(shù)等參數(shù)具體指導(dǎo)邊坡設(shè)計(jì)［2］。公路路塹邊坡的穩(wěn)定性直接關(guān)系到后期運(yùn)營安全，而建設(shè)期的邊坡支護(hù)形式關(guān)系到建設(shè)期的成本控制［3］。因此，在設(shè)計(jì)公路路塹邊坡時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工程的地質(zhì)條件，因地制宜，采用合理的支護(hù)形式，確保公路建設(shè)質(zhì)量與安全的和諧統(tǒng)一。目前雖有許多學(xué)者對邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行了諸多研究，但因巖性、地層類別、地質(zhì)構(gòu)造特征等地質(zhì)條件存在差異［4-5］，對公路陡傾路塹高邊坡進(jìn)行研究仍很有必要。

本文根據(jù)研究區(qū)路塹邊坡地質(zhì)情況，對路塹高邊坡的穩(wěn)定性進(jìn)行了定性及定量分析評價(jià)，再結(jié)合項(xiàng)目的施工監(jiān)測數(shù)據(jù)，通過對邊坡施工過程中的位移趨勢進(jìn)行分析，提出了在坡腳區(qū)增設(shè)鎖腳錨桿，并加強(qiáng)坡面的防護(hù)措施，在邊坡建設(shè)完成后的運(yùn)營監(jiān)測證實(shí)邊坡支護(hù)措施是有效的。

1工程概況

擬建公路走向約為西北-東南走向，線路在K0+180～K0+320段落穿越一處山體，區(qū)域內(nèi)大部分為原始地形，部分區(qū)域有人工開挖及回填跡象。公路建設(shè)后，公路左側(cè)地形切坡后將形成傾向?yàn)?30°，高度約為25 m的泥巖質(zhì)路塹邊坡。據(jù)上，本段公路路塹邊坡典型剖面圖見圖1。

根據(jù)地質(zhì)成果資料，項(xiàng)目區(qū)邊坡為剝蝕丘陵地貌，原始地形坡度為30°～45°，鉆孔揭露區(qū)域內(nèi)第四系覆蓋層較薄，厚度≤4 m，主要由粉質(zhì)黏土組成，局部地區(qū)分布有人工填土，下伏基巖主要為泥巖，巖層產(chǎn)狀為226°∠65°，強(qiáng)風(fēng)化段巖體稍破碎，中風(fēng)化段巖體質(zhì)量較好。邊坡范圍分布有兩組構(gòu)造裂隙，據(jù)現(xiàn)場出露巖層觀測，裂隙產(chǎn)狀分別為130°∠32°及310°∠45°。場地內(nèi)未見滑坡等不良地質(zhì)作用，現(xiàn)狀地形無拉裂跡象，現(xiàn)狀地形穩(wěn)定。

2路塹邊坡整體穩(wěn)定性分析

陡傾泥巖順向邊坡的破壞模式按照內(nèi)部結(jié)構(gòu)面分布特征不同，可分成平面滑動破壞、圓弧滑動破壞、楔形體破壞和壓潰破壞。在邊坡范圍泥巖強(qiáng)度較低情況下，陡傾泥巖邊坡在開挖后若不及時(shí)防護(hù)，坡腳泥巖區(qū)風(fēng)化后邊坡易發(fā)生坡腳區(qū)域壓潰破壞。邊坡穩(wěn)定性分析目前已有較多理論，針對公路巖質(zhì)路塹邊坡整體穩(wěn)定性分析較為常用的理論為赤平投影分析［6］。赤平投影通過二維平面的圖形來表達(dá)邊坡內(nèi)坡面、結(jié)構(gòu)面的空間關(guān)系，通過相對關(guān)系來定性判別巖質(zhì)邊坡的整體穩(wěn)定性。該段公路路塹邊坡的赤平投影分析如圖2所示。

通過對圖2的分析可知，邊坡坡向與兩組裂隙的傾向呈現(xiàn)大角度相交，邊坡坡向與巖層傾向?yàn)樾〗嵌认嘟?，邊坡屬順向坡。邊坡坡率采?∶1進(jìn)行放坡后，邊坡角度緩于巖層傾角，定性分析邊坡不會沿層面進(jìn)行滑動。但考慮到該項(xiàng)目邊坡開挖卸載高度較大，開挖后邊坡巖體卸載后極易導(dǎo)致巖體內(nèi)部原本閉合的裂隙張開，邊坡應(yīng)力重分布后，坡腳區(qū)域應(yīng)力較大，在降雨、風(fēng)化疊加條件下導(dǎo)致邊坡產(chǎn)生表層滑移。現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)本路段周邊主要為原始地形，無建構(gòu)筑物，邊坡設(shè)計(jì)采用坡率法放坡加邊坡坡面防護(hù)，在巖層段采用1∶1坡率進(jìn)行放坡，土層段采用1∶1.5進(jìn)行放坡，相鄰級邊坡之間設(shè)寬度為2 m的分級平臺。根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，考慮到邊坡范圍的泥巖屬易風(fēng)化巖體，邊坡坡面防護(hù)措施采用錨桿植被混凝土進(jìn)行坡面防護(hù)，錨桿按照2 m間距正方形布置，錨桿長度為5 m，坡面設(shè)置泄水孔。

邊坡穩(wěn)定性通常由巖體強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)面兩個(gè)方面綜合控制。根據(jù)前述分析，邊坡按照45°放坡后不易產(chǎn)生沿層面滑動。為探明邊坡巖體強(qiáng)度控制的穩(wěn)定性，擬按照本項(xiàng)目地質(zhì)成果提供的項(xiàng)目區(qū)巖土層參數(shù)對巖體強(qiáng)度控制的邊坡穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算。相關(guān)巖土參數(shù)如表1所示。

巖體強(qiáng)度控制的邊坡穩(wěn)定性安全系數(shù)是抗滑力矩與滑動力矩的比值，通過多次迭代計(jì)算不同半徑圓弧所得的穩(wěn)定系數(shù)，取最小值作為邊坡的安全穩(wěn)定系數(shù)。計(jì)算方式采用Bishop條分法對邊坡進(jìn)行條分，考慮土條側(cè)面力，通過傳遞系數(shù)法依次計(jì)算得到邊坡的穩(wěn)定系數(shù)，條分法邊坡穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算分析如圖3所示。穩(wěn)定系數(shù)Ks一般是邊坡抗滑力矩Mp（kN·m）與下滑力矩Ma（kN·m）的比值。

Ks=MpMa（1）

根據(jù)項(xiàng)目地質(zhì)資料計(jì)算的邊坡穩(wěn)定系數(shù)Fs為1.56，＞1.35，按照穩(wěn)定系數(shù)對邊坡穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行分類，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，指標(biāo)滿足《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330-2013）的要求。

3路塹邊坡監(jiān)測

3.1監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

公路陡傾路塹邊坡的監(jiān)測是作為巖土信息法設(shè)計(jì)的延續(xù)，可有效彌補(bǔ)勘察資料的不足，邊坡設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格貫徹逆作法、動態(tài)信息法設(shè)計(jì)。路塹邊坡的監(jiān)測從邊坡起始卸載開始布點(diǎn)，在邊坡卸載過程中隨著邊坡的下挖，在邊坡分級平臺上新增監(jiān)測點(diǎn)。監(jiān)測頻率按照15 d/次，共設(shè)置有4組監(jiān)測點(diǎn)，分別位于邊坡坡頂、邊坡頂部一級平臺、邊坡底部一級平臺，路面層。在施工開挖至設(shè)計(jì)路面標(biāo)高時(shí)，共有7期監(jiān)測成果，如表2所示。

邊坡在第4次監(jiān)測周期時(shí)，已按照逆作法施工開挖至路面標(biāo)高，由于突發(fā)雨季，邊坡坡腳一級邊坡在開挖后未及時(shí)支護(hù)。15 d后，坡腳一級平臺處的水平變形及豎向變形速度加速，坡腳一級平臺未及時(shí)支護(hù)的邊坡出現(xiàn)一定的鼓脹變形，現(xiàn)場監(jiān)測點(diǎn)水平位移最大值為20.6 mm，豎向位移最大值為17.7 mm均位于坡腳一級平臺位置。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查，表層裸露的中風(fēng)化泥巖出現(xiàn)一定程度的風(fēng)化，坡面巖層經(jīng)風(fēng)化后整體較為破碎，局部地區(qū)被水浸泡區(qū)域出現(xiàn)泥化特征，坡腳一級平臺下方的坡面出現(xiàn)一定的鼓脹變形。

結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)及現(xiàn)場情況，分析坡腳一級邊坡出現(xiàn)鼓脹變形的原因主要為邊坡形成后未及時(shí)進(jìn)行坡面防護(hù)，泥巖在降水及施工期間擾動等多因素作用下，裸露的泥巖軟化，強(qiáng)度降低，導(dǎo)致在邊坡表層出現(xiàn)局部鼓脹的趨勢。為減小邊坡的變形趨勢，需結(jié)合邊坡出現(xiàn)剪脹后的物理力學(xué)參數(shù)對坡腳一級邊坡采取加強(qiáng)防護(hù)措施。

3.2坡腳一級邊坡防護(hù)措施

為加強(qiáng)邊坡沿坡腳區(qū)的穩(wěn)定性，考慮對坡腳一級邊坡的巖土強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行部分折減，當(dāng)邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)達(dá)到基本穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，取此狀態(tài)下對應(yīng)的巖層物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行坡腳一級的支護(hù)措施設(shè)計(jì)。經(jīng)對此段邊坡進(jìn)行反算后表明，巖體飽和狀態(tài)下的粘聚力為50 kPa、內(nèi)摩擦角為25°時(shí)，邊坡的穩(wěn)定安全系數(shù)為1.08，邊坡達(dá)到基本穩(wěn)定狀態(tài)，與現(xiàn)場情況基本吻合，判定標(biāo)準(zhǔn)按照《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》（GB 50330-2013）執(zhí)行。

因目前邊坡坡形基本形成，受開挖面及征地邊界限制，采用體積較大的支護(hù)措施時(shí)實(shí)施空間受限，在支護(hù)措施的選擇上，盡量選擇占地面積較小且便于實(shí)施的工程措施。錨桿作為一種用于加固巖質(zhì)邊坡的支護(hù)結(jié)構(gòu)，其原理主要是通過采用錨桿的拉力平衡邊坡內(nèi)部的下滑力。錨桿受力計(jì)算分析如圖4所示。采用錨桿加固后的邊坡穩(wěn)定系數(shù)Fs的計(jì)算公式為：

Fs=cl+［ptsin（θ+β）+Wcosθ］tanφ+ptcos（θ+β）Wsinθ（2）

式中：W——巖體重度（kN）；

c——巖體粘聚力；

φ——巖體內(nèi)摩擦角（°）；

Fs——安全系數(shù)；

——滑面長度（m）；

θ——巖層層面傾角（°）；

β——錨桿與水平方向夾角（°）；

pt——錨桿設(shè)計(jì)拉力（kN）。

經(jīng)對邊坡坡腳一級邊坡按照折減后的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，坡腳一級擬采用肋柱式錨桿擋墻進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。肋柱縱向間距為2 m，錨桿豎向間距為2.5 m，傾角為20°，錨桿穿過破裂角后錨固長度≥6 m。在坡面上同時(shí)增設(shè)深層泄水孔，加強(qiáng)路塹邊坡的排水，盡可能排走對路塹邊坡有影響的地下水。為提高耐久性，深層泄水管采用加厚PVC管進(jìn)行制作，坡腳處增設(shè)排水暗溝，有組織排走坡面雨水。邊坡處治完成后，同時(shí)對邊坡頂部截水溝有裂縫或展開的區(qū)域進(jìn)行封閉，對截水溝與邊坡坡口間地表采用混凝土進(jìn)行封水。綜上，邊坡坡腳一級邊坡的加強(qiáng)防護(hù)措施布置如圖5所示。

采用肋柱式錨桿對坡腳一級邊坡進(jìn)行防護(hù)后，經(jīng)計(jì)算，延米路塹邊坡增設(shè)錨桿后抗滑力為1 260.3 kN/m，下滑力為863.2 kN/m，邊坡穩(wěn)定系數(shù)為1.46，＞1.35，可滿足一級邊坡的穩(wěn)定性要求，邊坡在理論計(jì)算模式下整體安全，可為公路后期運(yùn)營提供保障。

3.3處治后邊坡監(jiān)測效果

為加強(qiáng)對處治后陡傾泥巖路塹邊坡變形的控制，在坡腳一級邊坡支護(hù)措施實(shí)施完成后對邊坡進(jìn)行連續(xù)性監(jiān)測。在邊坡實(shí)施完成至3個(gè)月后，得到了邊坡變形連續(xù)監(jiān)測結(jié)果，如圖6所示，圖中橫軸為監(jiān)測期數(shù)，豎軸為變形值（mm）。

從圖6可看出，在坡腳一級邊坡的防護(hù)措施實(shí)施完成后，邊坡水平位移及豎向位移變形增量累計(jì)值＜10 mm，變形速率＜0.5 mm/d。坡腳一級邊坡未及時(shí)支護(hù)時(shí)，坡腳一級邊坡巖層軟化，導(dǎo)致邊坡出現(xiàn)變形加速階段；在對坡腳一級邊坡的支護(hù)措施進(jìn)行加強(qiáng)后，邊坡整體變形趨勢變緩，最后趨于平穩(wěn)，證實(shí)了項(xiàng)目的防護(hù)措施處治效果達(dá)到預(yù)期，可滿足公路運(yùn)營期間的各項(xiàng)指標(biāo)要求。

4結(jié)語

本文通過對陡傾泥巖路塹邊坡失穩(wěn)模式進(jìn)行分析，得到如下結(jié)論：

（1）因?yàn)榈刭|(zhì)條件的復(fù)雜性，巖質(zhì)邊坡的穩(wěn)定性是由多方面因素控制的，在不同的結(jié)構(gòu)面分布、巖石強(qiáng)度情況下，邊坡破壞模式差異較大。邊坡的穩(wěn)定性計(jì)算均以前期資料為基礎(chǔ)，可能存在一定的局限性，在項(xiàng)目實(shí)際實(shí)施過程中，應(yīng)加強(qiáng)對邊坡地質(zhì)條件的調(diào)查，特別是邊坡的結(jié)構(gòu)面分布，因地制宜制定邊坡的防護(hù)措施。

（2）泥巖屬易風(fēng)化的軟巖，陡傾泥巖質(zhì)路塹邊坡坡腳是應(yīng)力集中部位，也是邊坡最薄弱的區(qū)域，若邊坡開挖后不及時(shí)進(jìn)行防護(hù)，泥巖快速風(fēng)化后易造成邊坡整體失穩(wěn)。在較高的軟巖質(zhì)陡傾路塹邊坡施工過程中應(yīng)嚴(yán)格按照逆作法分段施工，開挖一級支護(hù)一級，確保陡傾泥巖質(zhì)邊坡穩(wěn)定性。

（3）據(jù)邊坡坡腳一級邊坡發(fā)生病害后的原因分析，對邊坡采取以肋柱式錨桿擋墻為主的加強(qiáng)治理措施。加強(qiáng)措施實(shí)施后邊坡安全系數(shù)滿足規(guī)范要求，變形監(jiān)測成果也顯示邊坡整體趨于穩(wěn)定，變形得到控制，其處理過程可供類似項(xiàng)目參考。

參考文獻(xiàn)：

［1］鄭穎人，陳祖熠，王恭先，等.邊坡與滑坡工程治理［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［2］鄒序五，史鵬飛，矯偉剛，等.巖質(zhì)路塹邊坡的穩(wěn)定性分析［J］.公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2010（7）：132-134.

［3］鄒振東，丁振.城市道路邊坡設(shè)計(jì)的影響因素及防護(hù)措施［J］.綠色交通，2017（3）：243-244.

［4］何忠明，吳維.基于應(yīng)變軟化模型的軟巖高邊坡過程穩(wěn)定性研究［J］.中南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，44（3）：1 203-1 208.

［5］JTG D30-2015，公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［6］邱俊杰，王寧，羅程鴻.砂質(zhì)高邊坡路塹工程雙排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)數(shù)值分析［J］.路基工程，2020（2）：74-79，86.

作者簡介：羅楨琦（1983—），工程師，主要研究方向：道橋施工與管理。

收稿日期：2024-05-18