高速公路边坡锚索应力超限变形失稳分析及治理对策

张昱（漳州通广云平高速公路有限公司，漳州363000）

高速公路边坡锚索应力超限变形失稳分析及治理对策

张昱
（漳州通广云平高速公路有限公司，漳州363000）

本文通过对漳永高速公路新圩互通C K0+139～C K0+414右侧边坡灾害成因的系统分析及坡体稳定性的定性与定量评价，结合工程实际提出了工程治理对策。边坡治理后的监测表明坡体稳定，治理达到了预期目的。说明对该边坡采用锚索框架、平孔排水相结合的工程治理措施取得了预期效果，为今后同类型病害边坡治理提供实例参照。

锚索应力超限边坡失稳稳定性分析治理

1 引言

漳州至永安联络线高速公路漳州段新圩互通CK0+ 139~CK0+414右侧边坡位于漳州市华安县宫仔村，场区地貌单元属低山丘陵地貌，斜坡自然坡度为15~30°（如图1所示），边坡最大高度42m。原加固措施（如图2所示）：第1、6级采用拱形骨架，第2级采用非预应力锚杆框架交错布置，第3、4、5采用预应力锚索框架交错布置。2014年7月发现边坡深部位移出现变形、锚索应力增加；2014年8月至2015年2月锚索应力维持稳定，深部位移变形未见明显变化；2015年3月至2016年2月边坡深部位移变形缓慢发展（如图3所示）、锚索应力持续增加。2016年3月份漳州地区出现的较集中的强降雨导致坡体变形加剧，第1级～第5级边坡平台出现多道横向裂缝，第3级框架梁的顶梁（第4级平台）剪切断裂（如图4所示），坡脚拱形骨架剪出明显；3-X-10号锚索预应力增加至原设计拉力的156.5%（即拉力增加了56.5%），处于超限工作状态，且其余锚索应力增加幅度也较大（普遍增加20%以上）。结合边坡的变形情况，该边坡处于蠕动挤压向滑动变形发展阶段，如遇强降雨等诱发因素引起边坡下滑力增大，很可能造成边坡锚索拉断失效，引起严重的边坡整体失稳灾害，必须对该边坡进行工程病害治理。

图1 工程地质平面图

图2 边坡原加固全景图

2 边坡工程地质概况

2.1 地形地貌

新圩互通C匝道CK0+139~CK0+414右侧边坡位于漳州市华安县新圩镇宫仔村，场区地貌单元属低山丘陵地貌，该段地形起伏大，斜坡自然坡度为15°~30°，路堑边坡高度约42m。

图3 ZK2-1 A方向监测曲线

图4 锚索框架顶梁裂缝

2.2 地层岩性

边坡场区第四系覆盖层厚度较小，主要为第四系更新统残积成因（Qpel）砂质黏性土、砾质黏性土，下伏基岩为燕山期花岗岩（如图1所示）。

（1）砂质黏性土（Qpel）：褐黄色、灰色，软塑-可塑，稍湿-湿，含石英颗粒。

（2）砾质黏性土（Qpel）：黄灰色，可塑，稍湿-湿，含20%~25%的石英质颗粒。

（3）全风化花岗岩（γ52（3）c）：灰色，原岩结构已完全破坏，仅具原岩外观，岩芯呈土砂砾状。

（4）强风化碎屑状花岗岩（γ52（3）c）：黄灰色、灰色，原岩结构大部分破坏，矿物成分发生显著变化，局部可见粗粒花岗结构，岩芯呈砂砾状，碎屑状。

（5）强风化碎块状花岗岩（γ52（3）c）：黄灰色、粗粒花岗结构、块状构造，节理裂隙发育，岩芯多呈块状，块径3~ 5cm，岩质软。

2.3 地质构造

场区下伏基岩为燕山期花岗岩，为侵入岩，地质构造较简单，未见明显断层构造通过，但坡体不利结构面发育。

2.4 水文地质特征

场区地表水不发育，未见明显地表水体；地下水主要为全风化花岗岩中的孔隙水及基岩中的裂隙水。孔隙水主要赋存于全风化花岗岩中，主要接受大气降水补给，受地形控制补给。

3 滑坡病害成因分析

3.1 病害原因分析

（1）地质因素：该边坡地层主体为砂质黏性土、砾质黏性土、全风化花岗岩及碎屑状强风化花岗岩，坡体下伏碎块状强风化花岗岩，局部块状强风化岩出露。岩体节理裂隙发育，存在多组不利结构面。该边坡为类土质边坡，开挖形成的临空面及岩体结构面的影响，为坡体变形创造了条件。

（2）地下水影响：本边坡地下水不发育，但坡体岩层主体为砂质~砾质黏性土、全风化花岗岩及碎屑状强风化花岗岩。受地表水渗入影响，坡体含水量增加甚至饱和，降低了岩土力学强度指标，坡体的下滑力增大，对坡体稳定性影响明显。2015年~2016年3月漳州地区强降雨次数多，持续时间长，导致了边坡变形。

（3）工程因素：边坡主要采用预应力锚索等作为防护加固措施，坡体在外界降雨、坡体地质条件变化等综合因素的影响下，出现变形发展及锚索预应力增大等现象，显示边坡预应力加固工程措施不足，为变形原因之一。

3.2 变形机理分析

边坡地层主体为砂质黏性土、砾质黏性土、全风化花岗岩及碎屑状强风化花岗岩，为类土质边坡，同时，坡体岩体风化强烈，节理裂隙发育，坡体稳定性差。本边坡变形主要受主控陡倾不利结构面影响，为边坡滑坡。

4 边坡稳定性分析

4.1 边坡稳定性定性分析

该边坡目前以蠕动变形为主，随着雨季的到来，持续强降雨势必会恶化坡体的稳定性，从蠕动变形转至滑移变形。

4.2 边坡稳定性定量分析

根据现阶段坡体变形及应力增加情况分析，该边坡目前整体稳定性较差，处于蠕动挤压向滑动变形发展阶段，采用反分析法对该边坡进行定量分析。本文采用目前国内外广泛应用的Geo-Slope/W软件包进行滑坡稳定性计算，反算主滑带岩土强度参数。结合边坡现阶段防护工程，锚索原设计锁定预应力为450kN，监测显示预应力增加约50%。计算第3级、第4级预应力采用675kN，第5级采用450kN。计算滑面采用监测数据揭示的变形深度，第3级监测变形深度为13m（如图3所示），第5级为12m，采用指定滑动面计算模式。计算地层结合设计文件、路基勘察钻孔及现场揭示地质条件，坡体稳定性定量计算分析，稳定系数Fs=1.084（如图5所示）。

图5 边坡现状稳定性分析

表1 岩体计算参数表

5 边坡工程整治对策

5.1 边坡治理对策

目前该边坡处于蠕动挤压向滑动变形发展阶段，变形逐步加剧，必须对该边坡进行工程病害治理。考虑到该边坡目前锚索应力增加显著，个别锚索甚至处于超限工作状态。结合边坡的变形情况，采取工程措施，降低锚索应力的进一步增加，降低既有锚索工程失效的风险，是该边坡工程治理的关键。

因此对该边坡采取锚索框架、平孔排水相结合的工程治理措施，主要整治措施如下（如图6所示）：

（1）第1级坡面增加20片满铺锚索框架，锚索长度上排22m，下排20m，锚固段长度12m，设计拉力700kN；

（2）第1级坡面增加20个仰斜式排水孔，长度为23m；

（3）第2级坡面增加10片锚索框架，与原锚杆格梁交错布置，锚索长度上排28m，下排26m，锚固段长度12m，设计拉力700kN；

（4）第3级坡面增加9片锚索框架，与原锚索框架交错布置，锚索长度上排30m、下排30m，锚固段长度12m，设计拉力700kN；

（5）第4级坡面增加7片锚索框架，与原锚索框架交错布置，锚索长度上排32m、下排32m，锚固段长度12m，设计拉力700kN；

（6）第5级坡面增加6片锚索框架，与原锚索框架交错布置，锚索长度上排24m、下排24m，锚固段长度10m，设计拉力450kN。

5.2 边坡稳定性定量分析

采用指定滑动面计算模式对加固后的坡体进行稳定性定量计算分析，边坡加固后，原有的预应力超限锚索，应力恢复为原设计应力状态，计算时采用原预应力450kN，稳定系数：Fs=1.203（如图7所示）。

图6 边坡加固治理措施

图7 边坡现状稳定性分析

6 结语

从漳永高速公路新圩互通CK0+139～CK0+414右侧边坡灾害的治理经过得到：对预应力锚索深部位移的现象进行监控、跟踪，将监测数据科学分析，可对边坡提早预警并发现病害原因，对边坡进行定量评价和采取对应的工程治理对策，使边坡的病害在发展的初期阶段得到及时治理。对该边坡再治理后的监测表明：坡体已经稳定，治理达到了预期目的，说明对该边坡采用足够拉力的锚索框架的必要及平孔排水的重要，为今后同类型边坡加固设计及边坡病害治理提供了实例参照。

[1]王恭先,等.滑坡学与滑坡防治技术[M].北京∶中国铁道出版社, 2004.

[2]中华人民共和国交通运输部.JTG C20-2011,公路工程地质勘察规范[S].北京：人民交通出版社，2011.

[3]中华人民共和国建设部.GB50021-2001,岩土工程勘察规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[4]中华人民共和国交通运输部.JTGD30-2015,公路路基设计规范[S].北京：人民交通出版社，2015.

[5]杨杰.高速公路路堑边坡加固预应力锚索施工技术与质量控制[J].岩土力学与工程学报,2003,22(增2)∶2759-2764.