某国道隧道进口配电房边坡稳定性分析与治理

2018-03-08兰亚光

四川建筑 2018年1期

关键词：配电房坡体挡墙

兰亚光

(四川省交通运输厅交通勘察设计研究院, 四川成都 610017)

[定稿日期]2017-10-13

随着道路工程活动范围的扩展，时常可能对道路沿线边坡开挖，在边坡开挖的过程中,或者是边坡开挖一段时间之后，原来基本稳定的坡体可能发生失稳。本文以G213线川主寺至汶川公路段海子山隧道入口配电房边坡为例，对该边坡的稳定性及治理措施进行探讨。

1 工程概况

G213线川主寺至汶川公路经四川省阿坝藏族羌族自治州茂县辖区，线路经过叠溪海子堰塞湖。海子山隧道进口配电房边坡位于公路内侧，隧道施工完后配电房选址于该边坡前缘，在新建配电房的过程中，对该段边坡进行工程开挖，此后该边坡多次发生不同规模的垮塌，但随着雨季的来临，边坡变形加剧。

2 工程地质条件

2.1 地层岩性

该边坡内未见基岩出露，边坡整体为土质边坡。边坡地层结构为，边坡前缘公路一带上覆人工填筑土(Q4me)，中部夹一层崩坡积厚含碎石粉土(Q4c+dl)，下部为湖湘沉积粉质黏土(Q3l)。

2.2 气象及水文地质条件

工程区所在地区属高原温带半干旱季风气候区， 6～9月为雨季，日最大降雨量45.6mm。10月～次年3月为霜冻期(162d)，最大冻土深度约0.6～0.8m。工程区内地下水主要为松散堆积层孔隙水，受大气降水和高山雪融水所补给。第四系松散堆积层孔隙潜水主要埋藏于崩坡积块碎石土及湖相沉积粉土质砂中，含水丰富，透水性强。

3 边坡特征

3.1 空间形态特征

自然边坡纵向长约200m，横向宽约100m，平面整体呈舌形伸向干海子，后缘呈弧形展布。边坡整体走向为226°，与岷江河流走向基本一致。自然边坡下部(公路外侧)，地形为缓坡地形，坡度约10～20°；自然边坡上部(公路内侧)，呈斜坡地形，坡度一般20～35°，局部陡坎达40～60°，自然边坡坡面植被较发育。配电房后侧人工开挖边坡，位于公路内侧，坡度40～50°，平均坡度45°。

3.2 边坡变形特征

配电房初建过程中，边坡前缘开挖，不久出现鼓胀现象，边坡后缘出现拉裂缝①，通过封闭，短期内坡体未见变形加剧。进入雨季后，通过对现场调查发现边坡塌滑，堆积物掩埋配电房后侧开挖平台；主裂缝①裂缝处已下错形成高度1～2.5m高陡坎(滑坡壁)，①裂缝已发展成为滑坡洼地，滑坡洼地深度0.3～0.8m，宽度0.5～1.5m，延伸长度约40m，该处土体呈散体状。在滑坡壁后侧又发现两条裂缝，②裂缝位于配电房正后方，平行于主裂缝，距离主裂缝约5m，张开宽度0.5～1cm，延伸长度8～10m；③裂缝位于配电房右后侧，张开宽度5～10cm，延伸长度约15m，可见深度0.1～0.3m；最上部④裂缝，裂缝宽度1～3cm，可见深度5～15cm，延伸长度15～20m；配电房右侧外侧裂缝(⑤裂缝)宽度0.2～0.5cm，延伸长度约3m。

4 边坡稳定性分析

4.1 成因分析

工程边坡位于海子山隧道进口段，由于边坡开挖，形成高度达18m的高陡临空面，坡脚土体被挖除后，坡脚失去支撑，坡体内应力重整，土体结构发生变化，上部土体向临空面挤压，在开挖边坡后缘及侧缘形成数条张拉裂缝，开挖边坡局部失稳、塌滑。雨季来临，由于连续降雨的影响，雨水沿裂缝入渗至边坡内，致使边坡土体饱水，土体抗剪强度降低，坡体稳定性降低，工程边坡前缘局部失稳、塌滑，牵引引起边坡进一步变形、开裂，沿主裂缝(①裂缝)下错，工程边坡坡面鼓胀、开裂，形成连续滑动面，进而形成滑坡。综上所述，边坡物质组成及土体结构等地质条件是边坡变形的内在因素；坡脚工程开挖是引起边坡变形的直接因素；降雨的影响是边坡变形的重要诱发因素。

4.2 边坡稳定性及推力计算

4.2.1 计算方法

计算公式选用折线型滑面推力计算公式。

边坡稳定性系数计算公式：Ks=(∑Riψiψi+1…ψn-1+Rn)/ (∑Tiψiψi+1…ψn-1+Tn),(i=1,2,3,…,n-1)

剩余下滑力计算公式：Fn=Fn-1ψ+KtGnt-Gnntgφn-CnLn

式中：ψ=Cos(βn-1-β)-Sin(βn-1-βn) tgφn；

Fn、Fn-1为第n块、第n-1滑体的剩余下滑力(kN/m)；

ψ为传递系数；Kt为滑坡安全系数；

Gnt、Gnn为第n块滑体自重沿滑动面分力及垂直滑动面的分力(kN/m)，

其中：Gnt=GnSinβn、Gnn=GnCosβn；

φn为第n块滑体沿滑动面土的内摩擦角(°)；

Cn为第n块滑体沿滑动面土的单位凝聚力(kPa)；

Ln为第n块滑体滑动面长度(m)。

4.2.2 参数选取

滑带计算参数采用试验、反算及工程类比附近相同地质条件边坡计算参数指标相结合的方法，最终确定，天然工况下，天然粘聚力C=14kPa，天然内摩擦角φ=16.5°，天然容重γ=16kN/m3；暴雨工况下，饱和粘聚力C=12kPa，饱和内摩擦角φ=14°，饱和容重γ=18kN/m3。

4.2.3 稳定性计算

以Ⅰ-Ⅰ’断面作为计算断面进行稳定性计算，计算简图见图1。

图1 Ⅰ-Ⅰ’断面计算

对滑坡的整体稳定性分别按天然工况、暴雨工况、地震工况等三种工况进行计算，计算结果如表1所示。

表1 滑坡稳定性计算

4.2.4 推力计算

对滑坡分别在三种工况下计算滑坡的整体下滑推力，根据JTGD30《公路路基设计规范》，该公路等级为二级公路，设计安全系数确定为：天然工况Ks=1.15，暴雨工况Ks=1.10，地震工况Ks=1.10，计算结果如表2所示。

表2 滑坡下滑推力计算

通过对不同工况下稳定性系数的对比，同时考虑到工程区雨季降雨量大且降雨集中，坡体内地下水丰富，地下水是边坡开裂、变形的主要影响因素等内容，故采用暴雨或连续降雨工况作为设计控制工况。

5 边坡防护设计措施

通过对边坡稳定性的分析：隧道配电房的开挖，导致坡体前缘失去支撑，为坡体的变形、失稳提供了充足的物质基础，当雨季来临，丰富的流动水体，则成为了坡体变形加剧、塌滑的动力基础，因此对该边坡的治理从恢复支撑和排泄水体两方面入手。

5.1 配电房后侧锚索挡墙

配电房后侧边坡变形最为严重，且坡高达18m，同时配电房后侧场地空间较小，无法布置大体量的抗滑挡墙，所以在该区域内设置混凝土面板挡墙，同时辅以锚索，加强对坡体的支撑。此外，该侧坡体的出水口较多，应适量增加挡墙排水孔的设置。

5.1.1 挡墙

配电房后侧采用钢筋混凝土面板挡墙，墙高20m，墙厚0.6m，顶宽0.85m，墙体背坡及面坡均为1∶1,由C25混凝土浇筑。挡墙泄水孔采用预埋φ10.0cmPVC管，共布置10排，下部3排加密设置，横向间距1.5m，纵向间距3m(展开面)，其余7排横向间距3m，纵向间距2m，泄水孔后缘设置反滤包。挡墙每10m设置一道伸缩缝。挡墙基础需对地基土进行换填，换填深度1.0m，换填宽度1.5m。

5.1.2 预应力锚索

锚索，配电房后侧墙体上共布设11排锚索，下部3排锚索，长16m，锚固段10m，纵横间距均为3m，上部8排锚索，长20m，锚固段10m，纵距2m，横距3m。锚索采用4束φ15.24高强度、低松弛钢绞线制作，钻孔尺寸为φ150mm，锚索设计拉力值为200kN(图2)。

5.2 配电房左、右侧挡墙

在配电房左侧设置仰斜式挡墙，高度5m，墙顶宽度1.0m，面坡坡度1∶0.25，背坡1∶0.20，挡墙采用C15片石混凝土浇注，泄水孔采用预埋φ10cmPVC管，间距2m，排距1m；配电房右侧设置重力式抗滑挡土墙，挡墙高度6m，墙顶宽度1.5m，面坡坡度1∶0.3，背坡1∶0.10，挡墙采用C15片石混凝土浇注，泄水孔采用预埋φ10cmPVC管，间、排距2m。挡墙地基需要换填，换填高度2.0m，换填范围为墙体底部宽度前后各扩展1m(图3)。