某高土质边坡防治方案分析

2020-05-28焦艳彬郜占红

工程技术研究 2020年6期

焦艳彬，郜占红，刘明

（1.中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州贵阳 550081；2.贵阳铝镁设计研究院有限公司，贵州贵阳 550081）

边坡治理广泛分布于铁路公路工程、水利水电工程、建筑与市政工程等行业，其失稳将直接威胁人民生命和财产安全，是工程建设领域常见的岩土工程课题[1]。土质边坡土体物理参数受降雨影响敏感，其稳定性研究更加复杂，针对高土质复杂边坡，需进行专项稳定分析计算，确定防护治理方案[2-3]。目前随着绿色边坡理念的深入，边坡治理从早期基本的安全稳定逐渐拓展为生态治理[4]。为最大限度减少边坡治理对周边植被、土体的破坏，边坡治理方案应讲究安全、经济，同时与周边生态协调。因此，从治理方案源头上抓生态对于边坡治理具有重要意义。

1 工程概况

1.1 边坡概况

G321 织金城关花红段位于织金县FH 公园南东侧，由明路、隧道、桥梁组成，起点位于郑家冲村附近，终点接市政道路花红大道。工程路线全长2.974km，项目总体采用设计时速40km/h、双向两车道城市支路标准进行设计。本项目K2+580～K2+670 段临近FH 公园北门且紧挨下大寨村，路基宽度8.5m，该段整体以土质边坡为主，土体组成为黏土夹碎石，边坡开挖高度范围为10～37m。

1.2 地质情况

工程区地面高程为1333～1427m，地势总体东高西低，最大相对高差约100m，地形地貌属溶蚀侵蚀低山槽谷，峰丛沟谷发育，山体植被茂密，多以乔木、灌木为主。边坡走向总体呈N10°W，坡脚主要为农田、耕地和居民村落，地形平缓，起伏较小，坡度为0～5°；坡体中下部（1340～1370m 高程）主要为零星耕地及灌木丛，地形坡度为20～25°；坡体中上部（1370m 高程以上）主要为灌木丛和柏树林，地形较陡，坡度为30～60°。

根据现场地质调查，工程区位于溶蚀侵蚀槽谷内，处于珠藏向斜东翼，工程区未见断层发育，岩层总体产状为290°∠5°。工程区无崩塌、滑坡、泥石流等不良物理地质现象，现状地质灾害不发育。但工程区下伏基岩为可溶性岩，河边地表溶沟、溶槽、溶洞发育，岩溶水丰富，为强岩溶发育场地，岩溶对路基、桥基稳定性影响较大。

1.3 水文气象

工程区位于织金县城郊，织金县最低海拔860m，最高海拔2262m，县城海拔1310m；年平均气温14.1℃，年平均降雨量1574mm，年日照1172h，无霜期327d，属亚热带季风气候。工程区涉及的河流主要为织金河，属长江流域乌江水系六冲河右岸的支流，河源高程1725.00m，本工程位于织金河右岸大寨冲沟右岸沟口，距织金河约150m。

2 边坡防治方案

边坡下方为现有村户房屋，上方为林地，该边坡为土质边坡，且开挖高度超过20m，已超过规范适用范围，为保证公路形成后永久边坡的安全稳定，需对该段边坡进行专项设计和论证。结合现场地质条件，分别采用大开挖方案和抗滑桩方案进行分析。

2.1 大开挖支护方案设计

对边坡进行分级削坡减载，每级边坡高10m，马道宽2m，自下而上分级边坡坡比分别为1∶1.5、1∶1.5、1∶1.75、1∶1.75、1∶1.75，边坡最大高度达48m。坡面采用混凝土菱形骨架+植草护坡进行防护，马道靠山体内侧设30cm 宽排水边沟，边坡顶开口线5m 外设截水沟。

2.2 抗滑桩支护方案设计

从降低放坡高度、减少对原有植被破坏的角度出发，进行抗滑桩方案设计，同时为降低工程造价，减少桩长，抗滑桩方案底部一级边坡布置圆形钢筋混凝土抗滑桩，单排布置，共计12 根，桩间距4.0m，净距2.0m，圆桩直径2.0m，桩长为25～28m；桩顶设置钢筋混凝土联系梁来增强支护结构的整体稳定性，桩间设置混凝土挡板。桩顶以上共有2 级边坡，开挖部位按1∶1.35 坡比进行放坡，每10～12m 一级，马道宽2m，坡面采用锚杆+混凝土格构梁+植草护坡进行防护，马道靠山体内侧设30cm 宽排水边沟，边坡顶开口线5m 外设截水沟。

3 边坡稳定分析

3.1 参数选取

根据工程地质勘察资料和经验判断分析，各层岩土物理力学建议指标如下：边坡体天然密度1.80～1.85g/cm3，饱和密度1.85～1.90g/cm3，抗剪强度φ=10°～20°，c=15～37kPa，饱水状态下抗剪强度φ=8°～15°，c=15～30kPa，土体渗透系数1×10-4cm/s。

3.2 计算工况

工程区相应的地震基本烈度为Ⅵ度，根据规范要求，可不考虑地震作用，即不进行地震偶然工况计算，本项目主要计算以下2 种设计工况：

（1）正常工况：主要为滑坡体正常运用工况，此时应采用基本组合设计。

（2）非正常工况1：包括暴雨、久雨，滑坡体处于饱和状态。

3.3 暴雨工况入渗深度

暴雨工况下降雨入渗深度范围内土体为饱和区。根据Pradel&Raad 提出的经验方法，计算暴雨入渗深度方法如下：

为了使土体饱和浸润到一定深度ZW，必须满足两个条件：（1）界限降雨强度Imin必须大于土的入渗率vi，即Imin≥vi；（2）降雨的时间必须足够长以便饱和浸润土体至深度ZW，即临界降雨持续时间Tmin≥TW。

式中：θS、θ0分别为土体的饱和体积含水量和实测体积含水量；k 为土体湿润区的导水率（渗透系数）；S 为土体浸润锋面的毛细吸力（以水柱高度计）。

边坡上部为黏土夹碎石，下部以黏土为主，黏土夹碎石渗透系数k=1×10-4cm/s，θS=0.5，θ0=0.25，S=0.5m。暴雨参数如下：24h=130mm，Cv=0.45，Cs=3.5Cv，p=2%的24h 暴雨量为291mm，降雨强度为96.6mm/h。

经过试算，24h 黏土夹碎石表面饱和深度约为0.85m，计算时统一采用入渗深度1.0m 进行暴雨效果模拟，即暴雨工况下只有表层1m范围内采用相应饱和工况参数。

3.4 计算结果

本次计算采用理正岩土6.5 中边坡稳定分析模块、抗滑桩模块以及理正边坡综合治理软件中简化Bishop 法对两个方案的典型断面进行边坡稳定计算，计算结果如表1 所示。

4 方案比选

从以上分析可知，设计拟定的大开挖方案、抗滑桩方案稳定性均能满足规范要求，安全稳定系数相当，技术上均能满足要求。对两个方案进行了投资对比，大开挖方案投资约365.7 万元，抗滑桩方案投资约404.1 万元，两方案相差38.4 万元。

大开挖方案新增征地0.11hm2，该处现为植被良好的林地，破坏后很难恢复，项目所在地处于暴雨中心带，植被砍伐后将存在水土流失隐患，生态问题突出。同时，该边坡位于FH 公园附近，大范围开挖治理后影响公园整体景观效果。综上，虽然抗滑桩方案投资略高，但生态效果明显，最大限度减少了对周边生态环境的破坏，同时保证了边坡的安全稳定，因此推荐抗滑桩方案作为本工程高土质边坡治理方案。