高速公路局部不稳定路基边坡综合治理

杨浓郁（甘肃长达路业有限责任公司，甘肃兰州　730000）

高速公路局部不稳定路基边坡综合治理

杨浓郁
（甘肃长达路业有限责任公司，甘肃兰州730000）

高速公路建设过程中不可避免的会给原始地形地貌带来破坏，路基边坡开挖后一般不会即刻发生坍塌。但随着时间的推移，雨水的侵蚀、植被短时间内不能覆盖成型，加之边坡自身蠕动变形，就会出现边坡开裂的现象，这种浅层局部不稳定现象是边坡滑塌的前兆，对于正在建设或已经通车运营的高速公路将是巨大的隐患。以武罐高速公路K53+142～K53+230段路基边坡病害为例，针对该边坡出现局部开裂并有加剧趋势的特征，通过地勘资料及边坡稳定性分析，采用上边坡预应力锚索框架梁防护，下边坡锚索抗滑桩加固路基的综合治理措施，从而彻底解决路基边坡不稳定发展的隐患。

路基边坡稳定性分析综合治理

1　工程概况

武罐高速公路K53+142～K53+230段位于甘肃省陇南市西秦岭山地区，受地形限制左幅为高架桥，右幅为路基，路基上边坡路堑挖方段采用浆砌片石护面墙防护。由于该地区雨季持续降雨，该路段山体发生次生地质灾害，导致山体浅层坡体变形、上边坡护面墙开裂，出现路基沉降、挡墙外倾情况的发生。

2　边坡现状

由于高速公路施工，在右幅右侧坡脚形成陡坡，K53+050-K53+140段坡脚土层为卵砾石，密实程度较好，局部有坍塌现象；K53+140-K53+240段坡脚主要土层为黄土。黄土垂直节理发育，直立性好，其上分布有大量的落水洞，直径0.10-1.50m不等，可见深度最深达5m左右，贯通性较好。由于雨水长期侵蚀冲刷，该坡体左右两侧均形成冲沟，右侧冲沟宽2～3.5m，切割深度较浅，底部可见基岩层，左侧冲沟宽1.0-5.0m，切割深度较深，冲沟两侧散落大量的碎块石，边坡后部为风积黄土，未见开裂及倾斜现象。边坡本身为发生滑塌，但存在局部开裂局部不稳定的趋势。

3　边坡的稳定性评价

3.1定性评价

本地区位于秦岭山地区，该边坡地段属黄土梁峁沟壑区。一般来说黄土梁峁沟壑区地表破碎，沟壑发育，地形陡峻，山体斜坡坡角一般在30°以上，高差相对较大，许多地方沟谷切割深度100-200米甚至更深，第四系上更新统黄土广泛分布，土质疏松，垂直节理裂隙发育，风化强烈。

K53+050-K53+240段右侧斜坡坡体较陡峭，地形较完整，冲沟较发育，坡体排水条件较好，水文地质条件简单，山体植被一般。边坡岩土体主要由黄土、碎石和板岩组成。通过外业地质调绘和钻探揭露，该边坡体土层厚度约为4.90～23.70米，中后缘部分未见拉张裂缝，前缘未发现剪出口，钻孔中亦未发现滑动面，除局部因为大雨冲刷前缘出现坍塌外，并未产生滑动，因此判断该边坡在天然状况下处于稳定状态。

图1　Ⅰ-Ⅰ剖面边坡稳定性验算

由于近两年该地区持续降雨和落水洞的分布，地表水下渗，土体与风化岩层面极易形成饱水状态下的软弱面，加之该边坡全-强风化岩面为顺坡向大倾角界面，岩体多为散体状，节理裂隙极发育，饱水易软化，其力学性能通常会大幅度降低，故在水的影响下，尤其是在长降雨期间，坡体有失稳的可能性。

3.2定量评价

该边坡为上土下岩边坡，全-强风化岩多为散体碎裂状，潜在的软弱面可能为土岩接触部位。根据场地岩土体结构特征，工程地质、水文地质条件，结合类似场地的经验及边坡可能失稳的模式，定量评价模型采用折线滑动法，其公式如下：

ψj=cos（θi－θi+1）－sin（θi－θi+1）tanφi+1

Ri=Nitanφi+CiLi

式中：Fs——稳定系数；

θi——第i块段滑动面与水平面的夹角（°）；

图2　Ⅱ-Ⅱ剖面边坡稳定性验算

图3　Ⅲ-Ⅲ剖面边坡稳定性验算

表1　稳定性计算结果一览表

Ri——作用于第i块段的抗滑力（KN/m）；

Ni——作用于第i块段的法向分力（KN/m）；

φi——第i块段土的内摩擦角（°）；

Ci——第i块段土的粘聚力（Kpa）；

Li——第i块段滑动面长度（m）；

Ti——作用于第i块段滑动面上的滑动分力（KN/m），出现与滑动方向相反的滑动分力时，Ti应取负值；

ψ——第i块段的剩余下滑动力的传递至i+1块段时的传递系数（j=i）。

根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）3.7.4条，边坡的稳定性验算应分成以下三种工况：①正常工况：边坡处于天然状态下；②非正常工况Ⅰ：边坡处于暴雨或连续降雨状态下；③非正常工况Ⅱ：边坡处于地震等荷载作用状态下。边坡在正常工况下的安全系数为1.20～1.30，非正常工况Ⅰ下的安全系数为1.10～1.20，非正常工况Ⅱ下的安全系数为1.05～1.10。

根据土工实验和经验数值，计算中分别选取黄土的天然容重为19.6kN/m3，饱和容重为20.0kN/m3，碎石、卵石的天然容重为20. 5kN/m3，饱和容重为21.0kN/m3，假设滑带为土岩接触面，卵石、碎石的c值和ψ值建议取值：c=0～5kpa；ψ=28～35°，黄土的c值和ψ值建议取值：c=23～28kpa；ψ=19～23°。

结合边坡现状及病害情况，选取具有代表性的Ⅰ-Ⅰ剖面图1（即K53+180～K53+240段），Ⅱ-Ⅱ剖面图2（即K53+050处），Ⅲ-Ⅲ剖面图3（即K53+180处）进行边坡稳定性分析。

边坡稳定性定量计算结果见表1。

3.3边坡的稳定性评价结果

综合边坡的定性定量评价结果，得出：

Ⅰ剖面（即K53+180～K53+240段）在正常工况下是稳定的；非正常工况Ⅰ及非正常工况Ⅱ下是不稳定的；Ⅱ～Ⅲ剖面（即K53+050～K53+180段）在三种工况下均是稳定的。因此只需要对边坡K53+180～K53+240段进行防护。

4　治理方案

4.1上边坡治理

（1）将右侧的地表水重归自然排泄，即将山体黄土陷穴、落水洞进行灰土夯实回填，并增设截水沟和冲沟排水沟，将路堑护面墙墙体上泄水孔进行疏导，确保其排水通畅。

（2） K53+160～K53+260段右幅右侧一级护面墙，在一级边坡增设锚索框格梁植草防护，可在原护面墙上开槽施工。框架截面50cm×50cm，锚索分别长23m～27m，横向和纵向间距3.5m，坡率1：0.75，框架采用C25钢筋砼现场浇注，每片框架设置6孔锚索，每孔锚索由7根Φs15.24mm的高强度、低松弛的1860级钢绞线组成，锚索倾角25°，钻孔直径为130mm，每孔锚索设计荷载600KN，锁定荷载480KN，仰斜式排水管采用PVC直径11cm。

4.2下边坡治理

右幅左侧拆除原挡墙，在原有位置设桩板墙防护。其中抗滑桩桩身截面1.8×2.4米，6根，桩长27m，嵌入段22m，锁口高2米，护壁厚25cm，每根桩设置上下爬梯，两桩间设置挡土板，每块厚0.4米，高3.0米，共10块，桩顶面以上设置高为3.0m的冠梁，桩顶面以下2.0m处设置锚索，锚索需锚入中风化岩层8.0m。

5　施工注意事项

5.1施工顺序

边坡治理工程施工一定要严格按照施工的工序进行，总体上施工的先后顺序如下：①回填落水洞和黄土陷穴→②锚索框架梁施工→③挡土墙施工。路堑坡脚是应力集中部位，为减小对其扰动，刷坡及防护工程基础施工应分段间隔实施，避免在土体较湿时大段落刷坡及开挖基础。施工过程中加强巡视监测，发现堑顶开裂或坡体移动等异常现象，应立即采取措施，以保障施工安全。防止边坡治理工程对原有防护造成干扰破坏。

5.2预应力锚索施工

（1）锚索设计荷载600KN，锚固段嵌入中风化板岩8m，且应根据施工钻探过程中的实际情况，实行动态设计并及时调整。

（2）锚索孔位测放时力求准确，钻孔俯角25°，倾角允许误差± 1°；考虑沉碴的影响，为确保锚索深度，实际钻孔深度要大于设计深度1.0米。

（3）锚索施工由下向上依次进行，在锚索制安工作完成以后，不施加预应力锁固锚索，待一处伸缩缝内框架梁施工到位后由下而上统一张拉锁定。

（4）锚索成孔禁止开水钻进，以确保锚索施工不致于恶化边坡岩土体工程地质条件。钻进过程中应对每孔地层变化、进尺速度、地下水情况以及一些特殊情况作现场记录。若遇坍孔，应立即停钻，进行固壁灌浆处理，注浆24小时后重新钻进。

（5）锚固段必须除锈、除油圬，按设计要求安装承载板和挤压套、绑扎架线环和箍线环，架线环钢管两头外侧应倒成园角状，箍线环采用φ8钢筋焊接成内径5cm的园环；自由段除锈后，涂抹黄油并立即外套波纹管，两头用铁丝扎紧，并用电工胶布缠封。

（6）锚索孔内灌注水泥砂浆，水灰比0.4～0.5，灰砂比1：1，砂浆体强度不低于30Mpa。采用从孔底到孔口返浆式注浆，注浆压力不低于0.7Mpa，当砂浆体强度达到设计强度的80%后，方可进行张拉锁定。

（7）为了确定锚索的极限承载力，验证锚索设计参数和施工工艺的合理性以及锚索的工程质量，在预应力锚索施工前，必须进行锚索拉拔试验。

5.3框架梁施工

（1）先在修整好的一级坡面上刻框架槽，在锚索施工范围内，起止点用仪器设置固定桩，中间视条件加密，并应保证在施工阶段不得损坏，孔位偏差应≤50mm，锚索钻孔直径应不小于设计直径，孔轴应保持直线。

（2）必须待锚索砂浆达到设计强度的75%后，方可进行下一道工序施工。在安置框架钢筋前，应先清除框架基础底浮渣，保证基础密实，并在底部铺一层1：3水泥砂浆垫层。绑扎钢筋，用砂浆垫块垫起，与坡面保持一定距离，并和锚索相连。灌注框架混凝土必须连续作业，边灌注边振捣。

5.4抗滑桩施工注意事项

（1）抗滑桩的施工工序为：测放桩位——桩位场地整平——锁口盘施工——开挖桩节与护壁施工——桩体钢筋绑扎——桩体混凝土浇注。

（2）抗滑桩要准确放线定位，施工前应先将桩位附近边坡或表层（3）抗滑桩应分节开挖（爆破），每节开挖（爆破）深度不超过1.0m，为保证施工安全，应适当增加爆破空眼。开挖一节，做好该节护壁，当护壁砼具有一定强度后方可开挖下一节，为了保证工期，护壁应加速凝剂。护壁各节纵向钢筋必须焊接，禁止简单绑扎。

易滑塌部分清除，并做好桩位附近地表水的拦截工作，视具体地质情况跳单桩或两桩开挖，桩坑挖到设计标高后进行验槽，保证封底厚度。

（4）浇筑护壁砼时，必须保证护壁不侵入桩截面净空以内。桩坑开挖过程中应随时校准其垂直度和净空尺寸。桩身砼应边灌注边振捣，全桩砼应不间断一气呵成。

6　结语

高速公路建设过程中不可避免的会给原始地形地貌带来破坏，路基边坡开挖后一般不会即刻发生坍塌。但随着时间的推移，雨水的侵蚀、植被短时间内不能覆盖成型，加之边坡自身蠕动变形，就会出现边坡开裂的现象，这种浅层局部不稳定现象是边坡滑塌的前兆，对于正在建设或已经通车运营的高速公路将是巨大的隐患。采用上边坡锚索框架防护、下边坡桩板墙加固路基的综合治理措施，既能彻底解决边坡病害，也可以保证运营高速公路半幅通车、半幅施工的可能性。

［1］马惠民.山区高速公路高边坡病害防治实例.人民交通出版社，2006.

［2］冯玉勇，曲永新，徐卫亚.南阳膨胀土的宏观结构与路堑边坡病害治理［J］.工程地质学报，2005.

［3］骆行文，姚海林.高填路基锚索桩板墙支挡结构计算方法及施工控制.《岩石力学与工程的创新和实践:第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集》，2010.

［4］中交第一勘察设计研究院有限公司.武罐高速公路K53+142～K53+230段路基边坡处治施工图设计，2014.