营运中的高速公路高路堑边坡病害分析与加固处治实例

广东省公路山区路堑边坡病害现状及典型破坏类型调查分析摘要:本文以广东境内某运营高速公路一路堑边坡为研宂对象，在地质资料调研和工程地质特性分析的基础上，对路堑边坡出现病害的原因进行分析。采用数值软件(GEO—SLOPE)对边坡病害情况进行数值分析，并针对边坡的实际病害情况提出了以刷方减载和锚同工程为主的加固防护措施，防治效果明显，期望对今后类似工程有借鉴意义。ThispaperjnGuangdongProvinee,itisahighwaycuttingslopeastheresearchobject,inthegeologicalinvestigationandengineeringgeologicalcharacteristicanalysisbasedonandonthecuttingslopeappearthecauseofdiseaseanalysis.Numericalanalysisofslopediseasesbyusingnumericalsoftware(geo-slope)andinviewoftheactualslopediseasesofproposedtobrushreducingloadandanchoringengineeringbasedreinforcementprotectivemeasures,controleffectobvious,expecttohavereferencesignificancetosimilarprojectsinthefuture.关键词：路堑边坡;病害分析;典型破坏类型随着我国加大山区高速公路的建设规模，边坡工程得到了广泛的应用，随之而来的山现了大量的边坡稳定问题，每年都会出现由于边坡失稳等造成营运中断甚至人员伤亡等E大损失，研究高路堑边坡的病害原因及加同措施具有重要意义。路堑边坡出现病害往往是多因素共同作用的结果，处治的前提是查清、分析病害产生的原因，从而针对性地选择相应的加固措施。1、工程概况广东境I々某运营髙速公路一髙路堑边坡建成于2001年11月，随后边坡便出现缓慢蠕动变形，根据监测资料可知在2010年10月〜2011年10月间边坡S大变形量为0.92cm。但在2012年3〜4月，边坡所在地区持续长时间降雨造成一级边坡抗滑桩区段碎落台鼓胀隆起超过10cm,由于一级边坡直立于通车临空面，一旦破坏将阻断国道主干线的营运。三级边坡浆砌片石护坡及急流槽开裂严重并错台，三级平台出现开裂及下错，锚固桩外倾严重致使桩后土体拉裂近15cm。同时，据边坡变形监测报告，该路堑边坡三级抗滑桩桩顶水位位移累计达到14cm，边坡存在较大安全隐患。1.1边坡既有加固措施该高路堑边坡因灰岩的片理化节理裂隙溶隙中的软弱粘土夹层的普遍发育，由于建设阶段地质情况揭露较浅，致使施工屮出现过边坡坍滑变形、大规模的滑坡出现3次。动态施工后，边坡共分为九级，高约90m,已有处治措施包括：锚索框架梁、锚索地梁、锚固桩板墙、抗滑桩加桩板墙、片石混凝土挡土墙、浆砌片石(支撑渗沟)拱形骨架植草以及六棱砖梢草等。1.2边坡地质概况据区域地质资料和地质勘查揭示的岩土层特征，边坡所在地的地层岩性较为简单，主要分布有第四系人工堆积层第四系(Q4ml)、坡残积层(Q4el+dl)及石炭系下统孟公坳组灰岩(Clym),局部穿插方解石岩脉。在边坡中部发育有一断层，断层产状175°Z35°,断层破碎带厚4.2m，断层性质不明。受断层影响，灰岩节理裂隙发育，局部溶蚀较严重，断层靠大里程端土体风化严重，坡体残积层厚度接近30m。典型工程地质断面见图1。因第四系地层较厚、粘粒含量较大，透水性差；含水量孔隙潜水，基岩中含水量裂隙水，二者均为大气降水补给,水位水S受季节控制。但地质资料揭示坡体内溶蚀较严重，坡内地下水通道发育，强降雨时坡体内地下水异常丰富。从岩性、地形条件综合分析，地下水对路堑边坡稳定存在较大影响。 2边坡病害情况在上述地层岩性、地质构造以及水文条件下，导致路堑边坡断层大里程端不良地质体较力发育，加之边坡所在地区常年多连续强降雨，致使路堑边坡在加固后再次趋向失稳，出现了一系列的病害，主要表现如下。WI典《工枉地廣场面W2.1一级边坡一级坡面K95+620〜+720段抗滑桩板墙墙身局部开裂，部分抗滑桩因处在极限平衡状态导致桩身混凝土开裂，一级边坡K95+670〜+710段坡脚碎落台受挤隆起开裂，局部隆起超过10cm。2.2二级边坡二级坡而拱形骨架局部拱起开裂。同时，二级坡脚平台开裂严重，裂缝形式主要为横向裂缝及竖向裂缝、纵横交错裂缝以及圈状裂缝等。此外，发现有部分裂缝尚未填充，为新近开裂的裂缝，另有部分裂缝在修补后重新开裂。2.3三级边坡三级坡而吊沟下错开裂，缝宽0.5〜2.5cm。三级坡而浆砌片石护而墙墙身开裂，缝宽0.5〜2.5cm。三级坡面K95+595〜+690段锚固桩板墙局部墙身开裂，同时,三级坡脚平台开裂严重。特别是在2012年3月份边坡所在地区持续长时间降雨，三级边坡浆砌片石护坡及急流槽开裂严重并错台，三级平台出现开裂及下错，锚固桩外倾严重致使桩后土体拉裂近15cm。同时，裾边坡变形监测报告，该路堑边坡三级抗滑桩桩顶水位位移累计达到14cm。2.4叫级及以上边坡叫级坡面以上为30m宽的卸载大平台，叫级及以上坡面除平台局部存在空洞外均未见明显变形，坡体处于相对稳定状态。该路堑边坡出现病害主要是由于坡体风化地层较厚，锚 索的锚固段未进入深层滑动而，一、三级坡而的抗滑桩嵌岩深度不足，加上2012年3〜4月份工点所在地区连续强降雨诱发作用，致使锚索锚同段及抗滑桩嵌岩段地层软化，三级坡体锚索抗滑桩山现“坐船”效应逐步失效，一、二及三级边坡的坡体下滑力转移至一级坡面抗滑桩。同样一级抗滑桩桩前土体因长时间降雨出现土体软化导致桩前土抗力不足,致使一级边坡抗滑桩出现较大外倾变形。一级边坡抗滑桩外倾进一步发展将牵引二、三级边坡出现更大的变形(平台开裂加剧、三级抗滑桩外倾加速等)。可见，一至三级边坡存在较人安全隐患。四级及以上边坡坡而亦采用抗滑桩加同，地质勘察揭示其嵌岩深度足以提供充足的抗力克服相应坡体的下滑力，故叫级以上坡体处于相对稳定状态。3边坡病害成因分析根据上述地质环境条件以及边坡既有加固结构病害的分析，边坡出现病害的原因主要如下:(1)该路堑边坡地处山区，山区地层、结构以及地形地貌多变fi杂，山区高速公路边坡的勘察设卟由于受到当时认知(如勘査规范要求较低)影响，对于山路高速路边坡的笈杂地质现象认识不到位，针对性不强，因此会造成加固防护方面不力，比如：部分抗滑桩未完全嵌入岩体，锚索未穿过深层滑动面等。坡面的裂缝以及截水沟开裂作为已形成潜在滑动而的后缘。滑坡剪出口主要参照坡而变形位置及坡而岩体顺层的产状参数确定。(2)堑顶自然山坡地形较缓，植被较茂盛，加上边坡四级与五级坡面间存在一大平台，汇水面积较大，地表径流条件较差，该路堑边坡所在地区年平均降雨H期约180天，地表水容易下渗补给坡体地下水，恶化坡体稳定条件，这也是边坡发生蠕动变形的诱发因素之一。(3)边坡岩土体中第四系坡残积层由灰岩风化残积而成，层厚较大，下卧的强风化泥灰岩节理裂隙极发育，为富水层，中风化泥灰岩透水性较差，为相对隔水层。上部第四系坡残积层以及强风化泥灰岩期受水浸泡而形成软弱带夹层，钻探揭露部分灰岩风化成土状，基本保持原岩结构，含水量较高，质软，强度低。这是边坡发生蠕动变形的地质基础。(4)边坡开挖后，随着边坡应力的自我调整，卸荷裂隙的进一步张开，地表水容易丁渗，并软化坡体内岩层，造成原有的弱风化甚至微风化岩体进一步风化成强风化或弱风化，使得原有的锚索锚固段强度较低，致使锚固工程效果减弱，部分锚索应力出现袞减现象，尤其是锚同抗滑桩的锚索出现较人的应力不足，这也是边坡在锚同抗滑桩区段发生蠕动变形的因素之一。(5)坡体内原有的深层排水孔失效，边坡广州端一、三级边坡采川抗滑桩板墙支挡,封闭使坡体地下水不能顺畅排出，抬升坡体地下水水位，坡体内静水压力增加，地下水长期浸泡软弱带，孔隙水压力上扬，降低其抗剪强度，恶化坡体稳定条件，这也是抗滑桩板墙外倾的诱发因素之一。(6)边坡一、三级抗滑桩的锚固段基本处于土层中，持续降雨导致边坡水压力加大,土体含水量提高，强度降低从而致使一、三级边坡抗滑桩的桩前土抗力不足，一、三级抗滑桩出现了较大外倾变形，从而导致二、三级边坡开裂。4边坡稳定性定量分析边坡稳定性的定量计算主要是在合理确定计算断面和计算参数的基础上，通过数值分析计算，评价该边坡的稳定现状及其发展趋势。 (1)计算断面的确定为了分析计算边坡的稳定性，选取与地质钻孔相符合的主断面I-1作为U•算断面，基于该路堑高边坡的坡体结构条件与坡体变形特征，结合其变形现状及其发展趋势，进行数值模拟计算分析。潜在滑动面的判断主要基于该边坡的变形情况，三级平台及四级坡面的裂缝以及截水沟开裂作为已形成潜在滑动面的后缘。滑坡剪出口主要参照坡而变形位置及坡而岩体顺层的产状参数确定。(2)计算参数的确定根裾边坡计算软件(GEO—SLOPE软件)先根据滑坡的综合变形情况评价其边坡的稳定程度，再根据岩土体试验参数、邻近边坡的岩土体参数及结合经验参数设定滑坡牵引段及阻滑段的滑带抗剪参数，然后反算主滑段的抗剪参数，在边坡现场调查评价的基础上判断边坡的稳定性，滑坡体岩土的抗剪强度的指标详见表1。序号岩土4)CY备注1坡残积土30018地区参数2粉质粘土191219经验参数3牵引段35019反算4浅层主滑段1231219反算r*□浅层主滑段2351219反算6深层主滑段116819反算7深层主滑段2181019反算«2浅茄滑佟姑发性分析汁算成果WW3深农滑你焓笑性分析计算成泉«(3)计算结果本次稳定性计算考虑综合工况，根据边坡目前的变形情况，对边坡滑囬的c、*值进行了反算与验证。根据滑坡地层岩土参数(表1)计算滑坡的综合工况下的坡体各层滑体的稳定性计算结果见图2、图3。计算结果显示：综合工况下，I一I断而边坡浅层滑坡体的稳定性系数力1.048,边坡处于不稳定状态，极大存在滑移的可能。I一I 断面边坡深层滑坡体的稳定性系数力1.036,边坡处于不稳定状态，极大存在滑移的可能。5边坡加固防护措施及新技术应用巾于该路堑边坡坡体规模较大，一级边坡岛陡直立、处于通车临空面，一旦破坏将酿成突发性安全生产事故，造成恶劣社会影响。同时，边坡稳定性分析结果表明边坡处于不稳定状态，存在较大的滑移可能。因此，对于边坡的变形耑特别重视，采取工程措施增强抗滑桩的整体抗力、改善抗滑桩的受力条件、控制抗滑桩变形，确保边坡的安全稳定，避免突发灾害的发生。根据边坡现状以及既有工程措施综合分析，施工队伍进场时间力2012年5月，正处于南方雨季，边坡饱水滑移的可能性加大，必须先行采用应急措施加固，同步采取永久锚固等支护方案进行加固，主要加固措施布置如图4所不O«4边竣加《设计朗而5.1应急措施（1）刷方减载：由于三级边坡抗滑桩外倾严重，对其上近一万方土体采取刷方减载，第一时间减小边坡滑坡体的下滑力，避免抗滑桩进一步外倾。（2）既有抗滑桩补强加固：由于一级边坡K95+619〜+715段抗滑桩桩身出现较大外倾变形，原设计抗滑桩为悬臂桩，桩顶水平位移监测结果及桩身裂缝揭示已接近其极限受力状态。为避免抗滑桩工作失效，在桩身靠山侧设置2孔竖向锚索加强桩身抗弯强度，提高桩的抗滑能力。上述应急措施的实施能够短期内改善坡体的稳定状态，为边波的应急抢险施工蠃得时间。5.2永久锚固方案（1）自锁式拉压复合型预应力锚索加固：在边坡二级坡面及三级边坡浆砌片石护面墙部位增设自锁式拉压复合型预应力锚索（见图5）结合混凝土反力结构进行加固。（2）既有抗滑桩桩身开孔增设预应力锚索加同：三级边坡K95+594〜+692段抗滑桩桩顶水平位移监测结果显示抗滑桩桩身山现较大外倾变形，桩上既有锚索结构大部己经失效或丧失原没计加固效果，为此在既有的17根抗滑桩的桩身上各增没2孔自锁式拉压S合自锁型锚索进行加同，锚索锁定荷载为1MN。上述新技术的应用能充分利用张拉段地层能量场，能降低反力结构规模或利川既有抗滑桩桩身作为反力结构，具有减少坡混凝土工程，从而缩短工期，同时施工便捷，节约造价，延缓锚固荷载损失、预防预 应力锚索突发事故，在应急抢险工程屮具有明显的优越性。W5A伯式拉A复合窄刊应力《素#4构大仆W5.3其他辅助措施由于该边坡地表水汇集而较大，且抗滑桩区段多为坡残积粉质粘土,地表水下渗容易，桩板墙及边坡多处渗水，故在第一、二及三级坡面增设仰斜排水孔疏排坡体内积水。采用上述应急措施和永久锚固方案加固后，利用数值软件（GEO-SLOPE）计算结果显示：综合工况下，I一I断而边坡浅层滑坡体的稳定性系数为1.567,处于稳定状态；I一I断面边坡深层滑坡体的稳定性系数为1.302,处于稳定状态。6结语（1）该路堑边坡加固设计上针对其工程地质特性和既有工程结构特点采川了相应的加固和防护措施，将运营岛速公路路堑边坡抢险加固施工特点与设计工程措施统一考虑，紧密结合，从而加快了施工进度，确保了施工中的边坡稳定。：2）既有抗滑桩桩身开孔增设预应力锚索新型的加固措施和自锁式拉压复合型锚索等新型锚固结构对今后类似情况的边坡的设计及施工具有广泛的指导意义。（3）该路堑边坡按照上述方案加固后变形得到了明显的控制，工后监测结果表明，边坡处于稳定状态。参考文献：［1］廖小平，朱本珍，王建松.路堑边坡工程理论与实践.北京：屮国铁道出版社，2011.［2］刘庆元.自锁型预应力锚索的应用.铁道建筑，2011（8）:72.