湘西某工程不稳定边坡处治设计

摘要 当路线通过不良地质路段时，应遵循预防为主、防治结合的原则，采取有效的工程处治措施，保证边坡稳定。为了对边坡稳定性处治方法进行研究，以湘西某公路深挖方边坡为研究对象，分析了该边坡主要存在的问题，并对边坡的稳定性进行了计算分析。结果表明：不稳定斜坡A、B 区为坡面流及潜在滑坡区域，采用“坡面锚墩+坡面挂网喷锚+排水沟+监测”进行综合治理。研究结果可为边坡稳定性研究与处治提供技术借鉴。

关键词 不稳定边坡;稳定性计算;处治设计;锚索

中图分类号 U416.14 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2022）12-0087-03

收稿日期：2022-04-07

作者简介：秦莎莉（1981—），女，本科，工程师，研究方向：公路勘察设计。

0 引言

针对稳定性较差或者不稳定的高陡边坡工程确定整体加固处治方案时，须依据边坡现场勘察数据，综合边坡内部各岩土层性质、地下水位探测和室内外岩土体实验数据，并本着客观分析以及经济合理的原则，进行高陡山体边坡整体加固处理，如锚索加固、注浆加固以及设置柔性防护网等，确保边坡能够得到有效处治[1]。

1 项目概况

湘西某一公路K6+435～K6+605左侧边坡施工，分五级开挖放坡处理，坡向90°，顺坡长70.00 m，坡脚宽约170.00 m;坡顶高程436.17 m，坡脚高程369.50 m，坡高66.67 m，坡度20°～65°，边坡面积6 810 m2。单级边坡高6.60～42.80 m，其中自上而下一～四级边坡高6.60～8.96 m，坡比1∶1.08～1∶1.51，第五级边坡高22.50～42.80 m，坡比1∶0.71～1∶0.92 m，碎落台宽2.50～3.00 m，已完成387.00 m高程以上的支护工作。9个月后边坡出现多处开裂、变形，边坡遭受破坏后果严重，安全等级为二级。

2 自然地理条件

2.1 地形地貌

该工程K6+435～K6+605段边坡属构造侵蚀剥蚀型低山丘陵地貌，微地貌为西—东的鞍状地貌，呈扇形，坡向90°，边坡北侧为修路时回填的碎石和岩块，南侧为桔园。

2.2 地层岩性

根据钻探揭露及邻近地表调查，场地内地层较为简单，由上覆土层和基岩组成，自上而下可以分为：第四系素填土①、碎石②、震旦系下統古城+大塘坡组绢云母板岩夹粉砂质板岩③，以及断层角砾岩④。

2.3 构造与地震

该项目所处大地构造位置为扬子准地台南缘，湘西弧形构造带中部，华夏系第三隆起带雪峰隆起区西部，整体位于沅陵-麻阳-凤凰晚期新华夏系拗陷地带北西部，区内褶皱、断裂构造极发育。

根据《中国地震动参数区划图》GB18306—2015，场地基本地震动峰值加速度为0.05 g，场地地震动反应谱特征周期为0.35 s，拟建公路等级为二级，边坡治理为一般工程，根据《公路工程抗震设计规范》JTG B02—01—2013，划分为丙类抗震设防类别，抗震设防标准建议按Ⅵ度区标准进行抗震设防。

3 边坡变形特征

根据现场调查，坡体上浅表层岩土体厚度小，结构较松散;强风化绢云母板岩夹粉砂质板岩节理裂隙发育，该边坡切坡后在前缘形成高陡临空面，因改变了原有斜坡体内的应力状态，促使边坡快速变形，易产生坡面滑坡和崩塌。据勘察成果资料，该边坡潜在滑动面埋深3.00～10.50 m，滑面倾角约15°～47°，平均厚度4.80 m，不稳定边坡体积约3.27×104 m³，为浅层牵引式小型岩质滑坡，下伏基岩为绢云母板岩夹粉砂质板岩。

4 稳定性计算

4.1 格构区预应力锚索计算

对边坡A区采用格构锚索防护治理。

根据勘察报告，非正常工况边坡1-1'线、4-4'、5-5'、6-6'线处于稳定状态，边坡2-2'线处于欠稳定状态、3-3'线处于基本稳定状态，故轴线（1）～（6）与轴线（25）～（45）两段不设预应力锚索，只针对轴线（7）～（24）进行预应力锚索设计计算。

（1）剩余下滑力计算。根据地勘报告，2-2′剖面第（3）滑块最不利，以该滑块下滑力控制设计计算。剩余下滑力计算图示如图1。

根据《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）（7.2.2-1）剩余下滑力计算公式：

（1）

上式中根据规范、地勘报告及边坡现状综合取值如下：

Wi=S×P=118.67×21.6=256.3 kN/m（S——滑块面积，P——滑块容重）、Fs=1.1、α=47°、φ=20°、Ci=58 MPa、Li=19.9 m，代入上式得，每米剩余下滑力Ti=271.65 kN/m。

（2）锚索锚固力设计值计算。根据《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）（5.5.4）锚索设计锚固力计算公式：

（2）

锚索竖向设计3排，水平、竖向间距均为3.0 m，则每根锚索承受的下滑力E=Ti×3 m÷3排=271.65×3÷3=

271.65 kN，上式中α=47°、β=20°、φ=20°，代入上式得，每根锚索锚固力设计值Pd=374.29 kN，即按每根锚索锚固力设计值374.29 kN控制轴线（7）～（24）段预应力锚索设计。

（3）锚索截面面积计算。根据《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）（5.5.5）锚索体截面积计算公式：

（3）

上式中K1=1.8、Pd=374.29 kN、Fptk=1 860 MPa=

1 860 000 kPa，代入得，A=362.22 mm2。

（4）锚索根数计算。1根φs15.2（1×7）型钢绞线截面面积=139 mm2，因此每根锚索需配置（362.22÷139=2.61）根φs15.2（1×7）型钢绞线。即轴线（7）～（24）段预应力锚索设计每根锚索为3φs15.2钢绞线。

（5）地层与锚索注浆体间黏结长度Lr计算。根据《公路路基设计规范》（JTG D30—2015）（5.5.6-1）计算公式：

（4）

上式中K2=2.0，frb=1 500 kPa，d=0.11 m，Pd=

374.29 kN，代入得：

1.44 m

（6）预应力锚索设计计算结论。根据以上计算及分析，综合确定轴线（7）～（24）A区锚索设计水平、竖向间距均为3.0 m，每根锚索为3φs15.2钢绞线，锚固段长度取≥4.0 m，每根锚索设计锚固力为375 kN，锚固砂浆为M30，锚固钻孔直径为11 cm，挂网构造：按构造要求进行，采用直径为12 mm的HRB400钢筋网，喷射混凝土面板厚度为10 cm。

4.2 格构梁计算

将格构的锚杆点视为固定支点，格构梁视为简支梁，梁长度为3.0 m，每延米均布荷载q=375 kN/3 m=125 kN/m。

4.2.1 A、B点反力

根据平衡条件求的A、B点的反力为：

FA=FB=q1/2=125×3.0/2=187.5 kN （5）

4.2.2 确定剪力方程与弯矩方程

因沿梁的全长外力无突变，故剪力方程与弯矩方程均可用一个方程描述。

首先，以A点为原点建立A−x坐标轴。其次，取坐标为x的截面 m−n，考察左梁段的平衡，得到梁的剪力方程和弯矩方程分别为：

Q（x）+FA−qx=187.5−125x （6）

（7）

4.2.3 作剪力图与弯矩图

根据（6）式，Q（x）为x的一次函数，所以剪力图为一斜直线。端点处（x=0，x=3.0）的剪力值Q（0）=187.5 kN和Q（3.0）=−187.5 kN，在Q−x坐标中，标出a、b两点，连接两点，即得剪力图，不难看出，最大剪力发生在梁两端的截面上，=187.5 kN。

根据（7）式，M（x）为x的二次函数，所以弯矩图为抛物线。为绘制这一曲线的大致形状，至少取三点，故除取两端点截面（x=0，x=3.0）以外，再在梁中间取一截面（x=1.5）。这三个截面上的弯矩值分别为：

M（0）=0、M（3.0）=187.5×3.0−62.5×3.02=0、M（1.5）=187.5×1.5−62.5×1.52=140.6 kN·m，将它们标在M-x坐标中，标出a、b、c三个点，连接三点，即得弯矩图，根据对称性，c点为抛物线顶点，该处弯矩最大，Mmax=140.6 kN·m。

4.2.4 验算梁截面尺寸

假定H=500 mm，b=400 mm，h0=500−50=450 mm。

根据《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）第6.3.1-1公式：

V==187.5 kN≤0.25×βC×fC×b×h0=0.25×1.0×

1.43×400×450=643.5 kN满足要求。

故：格构梁截面取b×h=400 mm×500 mm。

4.2.5 钢筋配筋计算

根据梁的受力条件，配筋按双向配筋，不考虑预应力筋，根据《混凝土结构设计规范》（GB50010—2010）第6.2.7-1、6.2.10-1、6.2.10-3公式：

M=560.235 817×106>140.6×106 N·mm （8）

满足要求，故按4Φ16配筋。纵向受拉钢筋为HRB400钢筋4Φ16。

根据上述计算结果，可确定格构梁内配筋，受拉区和受压区的纵向配筋均为HRB400钢筋4Φ16，箍筋满足构造要求即可。

5 不稳定边坡治理方案

处治过程中，通过对不稳定斜坡的地质特征、稳定性状况、危害对象、经济技术及可行性等多个方面的分析，该不稳定斜坡治理设计可以采取两种治理方案：

方案一：刷方减载+截排水沟工程+坡面局部喷浆绿化。

方案二：锚墩预应力锚索+坡面喷锚+截排水沟。

上述两种方案，方案一开挖方量较大，施工时开挖大量土石方可能加剧边坡变形破坏，场地周围没有弃土场，易造成次生地质灾害，适宜性较差;方案二结构轻巧，虽然工艺繁琐，技术要求高，但施工技术成熟，能保证水土不产生流失，造价相对较低，基本不占用土地资源，施工期间对现有边坡影响小。

根据现场条件进行比选，方案二具有较大的優势，故设计采用方案二。

（1）处治工程总体设计。不稳定斜坡A、B区为坡面流及潜在滑坡区域，为了使整个不稳定斜坡区处于稳定状态，需要对两个区域进行综合有效治理，为了达到全面治理效果，对A区不稳定斜坡进行坡面锚墩锚索锚固设计，对B区不稳定斜坡进行坡面锚杆喷锚设计。

不稳定斜坡采用“坡面锚墩+坡面挂网喷锚+排水沟+监测”进行综合治理，沿着A区整个不稳定斜坡的周界布置横纵间距为3.0 m×3.0 m的预应力锚索锚墩，防止整个滑坡体变形移动;同时对B区进行挂网喷锚处理;在不稳定斜坡内部横向布设两条排水沟，把不稳定斜坡体内大部分雨水汇流排入坡体下方的公路排水系统中，施工过程中及完成后进行一段时间的监测。

该次不稳定的斜坡治理设计选取最不利2-2'坡面第（3）块进行分析计算设计，剩余下滑力271.65 kN/m作为不稳定斜坡滑动推力设计值。

（2）锚墩预应力锚索设计。根据勘察报告提供的岩土参数以及计算剖面图，同时根据锚墩锚索的布置位置进行坡体推力计算设计及支护布置后的稳定性验算，通过计算土压力小于坡体推力，因此采用坡体推力进行锚墩预应力锚索内力计算和设计。

（3）坡面喷锚设计在不稳定斜坡B 区域内（喷锚面积约为5 586 m2），设计挂网喷锚支护形式，控制点为D1～D6与D21～D25，锚孔直径为110 mm，沿着坡面纵横向布置直径为28 mm的HRB400钢筋（锚孔水平间距为3.0 m，竖向间距为3.0 m），根据计算锚杆长度采用9.0 m或4.5 m，每根锚杆锚固力设计88 kN，详见设计图。挂网钢筋为双向间距为0.2 m直径为12 mm的HRB400 钢筋网。喷锚厚度为100 mm，喷锚混凝土强度为C20。

（4）截排水工程设计。根据现场汇水、地形、地质条件，该部位汇流条件较简单，采用矩形沟，最终汇流入坡体下方的公路排水系统中。

6 结束语

通过对湘西某一公路K6+435～K6+605段不稳定边坡的工程处治，取得良好效果，得出以下结论，可为不稳定边坡防治工程处治设计提供参考。

（1）山区岩体破碎区、构造发育泥砂岩区应对开挖边坡进行专项评估，必要时采取强支挡工程。

（2）不稳定边坡做好处治工程的同时还要做好排水设计，有效排解疏通积水，防止土体物理边学参数降低，坡体稳定性下降。

（3）在施工中开挖不稳定边坡时，坡体开挖过程中应妥善处理好开挖的土石，不能堆积在坡体表面或坡体下部，避免造成不利影响，消除安全隐患[3]。

参考文献

[1]王超. 公路高陡岩质边坡稳定性分析及支护方案优化[D]. 长沙：长沙理工大学， 2019.

[2]高礼. 公路下边坡稳定性分析及滑坡防治措施[J]. 中国公路， 2018（7）： 92-93.

[3]冯生海. 天龙山连接线K2+480～K2+690段不稳定边坡（1号桥左侧）工程治理设计[J]. 建筑技术开发， 2021（3）： 65-67.