对某公路高边坡处治及变形机理的探讨

林昌云

（贵州省黔东南州交通建设工程公司，贵州 黔东南州 556000）

1 地形与工程地质简介

该公路全长2685km,是我国西南主通道。路线桩号K49+057～K49+258左侧是一处高边坡不良地质路段。路堑地貌上属于剥蚀残丘地貌。地层自上而下可分为第四系坡积层、残积层以及燕山早期基岩。亚粘土层厚1.30～3.45m,平均2.38m;全风化花岗岩厚度8.45～14.20m,平均11.33m;底部为强风化花岗岩,岩石风化强烈,遇水易软化、崩解,岩石强度不均匀,局部夹弱风化岩块,岩质稍硬。地下水由上部土层孔隙潜水和下部基岩裂隙水组成。坡底山沟内地表水系发育,水流量较小,且受季节变化的影响较大,地表排水条件较好。

2 路堑边坡变形机理分析

2.1 变形机理

该路堑的顶部为土质边坡,中下部为全风化土质边坡。全风化岩土体具有泡水易软化、崩解的特性,边坡开挖后,将会导致坡脚应力集中,特别是在降雨(尤其是突发性大暴雨)条件下,孔隙水压力会增大,边坡自重增加,岩体结构面的抗剪强度将显著降低,同时由于边坡高陡,断面开挖土方量大,坡体应力调整较大,易形成较大的松弛区,有可能产生由于坡脚应力集中和岩土强度不足而产生的沿相对软弱面、结构面的坍塌滑动变形或圆弧滑动变形。

2.2 指标选取与计算依据

2.2.1 各地层的物理力学指标(表1)

2.2.2 计算理论及依据

K49+057～K49+258段左侧坡体的破坏方式主要为圆弧形滑动,通过采用有限元法在应力应变条件下的潜在滑动面搜索,也证实了该坡体的潜在滑动面为圆弧形。计算时选取边坡控制性断面K49+200进行极限平衡法验算,采用简化毕肖普(Bishop)法进行圆弧形滑动面搜索并计算。计算分两种情况。情况Ⅰ:加固前潜在圆弧形滑动面搜索并计算;情况Ⅱ:加固后潜在滑动面搜索并计算。

2.3 设计思路

2.3.1 本段山坡较平缓,亚粘土层和全风化花岗岩较厚,山体相对较高,适当放坡有利于提高稳定性,而K49+180～K49+240段边坡较高,若采用过度放缓边坡和加宽平台的工程措施以提高坡体开挖后自身的整体稳定性,则边坡开挖的土石方量及边坡高度都大为增加,增大用地和天然植被的破坏;若放陡边坡,则可以减少土石方开挖,减少占地,但边坡稳定系数将降低,需进行边坡加固。

表1 地层物理力学指标

2.3.2 本段坡体的岩土体主要为厚度较大的全风化岩土层,采用“固脚强腰”的理念,对坡体进行加固。

3 边坡坡率与加固方案比较

3.1 边坡坡形与坡率方案

方案一:边坡采用台阶式边坡,即边坡坡形及坡率依据地质情况来确定:碎落台宽1m;第一、二、三、四级边坡坡率均为1∶1,第五级边坡坡率为 1∶1.25;每级间平台宽均为2m,边坡单级高度10m(图 1)。

方案二:边坡采用台阶式结合桩锚墙边坡,即人为放陡边坡:碎落台宽1m;桩锚墙及每级平台宽均为2m;第二、三级边坡坡率为1∶1;第一级桩锚式挡墙边坡高8m,边坡单级高度10m(图2)。

3.2 边坡加固方案

3.2.1 边坡稳定安全系数。依据《公路路基设计规范》(JTGD30-2004)对边坡稳定安全系数要求,公路在正常工况下,加固后的边坡稳定安全系数不小于1.2。

3.2.2 选取边坡K49+200断面对上面两种坡形方案进行稳定分析。

3.2.3 边坡加固防护措施。为了减小人工雕琢痕迹,尽量减少圬工工程,根据本路堑边坡的工程地质条件,主要采用锚杆和预应力锚索进行加固。方案一:边坡第一级采用4排全长粘结锚杆格梁植草防护,锚杆长分别为8m和10m,交错布置,锚杆格梁方形布置,间距2.8m×3.0m;第二级采用压力分散型预应力锚索格梁植草防护,锚索采用6索,锚索长26m,锚固段总长10m,分三个相同的锚固单元,格梁方形布置,间距3.5m×3.75m,尺寸为0.5m×0.5m;第三级采用压力分散型预应力锚索格梁植草防护,锚索采用6索,锚索长28m,格梁方形布置,间距3.5m×3.75m;第四级采用四排预应力锚杆格梁植草防护,锚杆长为12m,锚杆格梁方形布置,间距 2.8m×3.0m;第五级采用衬砌拱植草防护。方案二:边坡第一级采用桩锚式挡土墙加固,锚索采用压力分散型预应力锚索,锚索采用6索,锚索长28m,锚式挡土墙桩总长12m,地面以上8m,地面以下4m,桩体截面1m×1m,桩中心间距为4m,桩与桩之间设挡土板,挡土板预制尺寸为 3.6m×0.5m×0.3m;第二级采用压力分散型预应力锚索格梁植草防护,锚索采用6索,锚索长28m,格梁方形布置,间距3.5m×3.75m;第三级采用衬砌拱植草防护。

图1 K49+200左侧路堑台阶式高边坡横断面图(单位:m)

图2 K49+200左侧路堑台阶式结合桩锚墙高边坡横断面图(单位:m)

3.3 边坡方案工程经济比较

对此段高边坡采用两种坡形和加固方案进行工程经济比较,采用台阶式结合桩锚墙坡形加固方式,比直接依据地层情况放坡总费用要低21.6万元,且该路堑所在的标段存在大量废方,采用垂直支挡结构的坡形能减少土石方开挖量,减少了公路用地,符合交通部提出的可持续发展的新理念。因此对该段路堑边坡设计的方案研究,采用底部设置垂直支挡结构、锚索结合桩锚墙的加固更为经济合理。

4 结论

上文结合该公路K49+057～K49+258左侧一段高边坡的设计实例,对山区公路高边坡坡率和加固方案的选定进行了介绍,对此类边坡坡率和加固方案进行优化设计提供了借鉴。该段路堑高边坡存在的问题主要是根据地质情况选择坡率,设计开挖线会存在严重的“削山皮”现象(即方案一坡形)。

对于该类边坡,可采用下部设置垂直支挡的做法进行收坡(即方案二坡形),同时垂直支挡结构不宜设置过高,否则影响公路景观。采用重力式抗滑挡土墙是路堑边坡工程中最为经济且最为常用的一种坡脚加固方式,但是重力式挡土墙体积较大,圬工数量大,且加固高度和效果均有限。随着对公路施工安全、景观和绿化要求的提高,越来越多地被锚杆挡土墙、桩板式挡土墙等代替,针对本段路堑边坡的稳定情况,设计采用锚索桩板式挡土墙进行加固。

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