洛阳至嵩县高速公路某高边坡滑塌治理设计方案

摘 要：洛阳至嵩县高速公路是河南省地质地理条件复杂的山区高速公路之一,其中K53+460~K53+600段左侧局部边坡在施工中发生滑坡,影响到了工程的建设与安全.本文通过典型的路堑边坡工程实例,探索出实际可行的治理方案,为其它山区高速公路边坡治理提供一些经验,同时也为其他山区高速公路设计带来一些借鉴.

Abstract:Luoyang-SongxianExpresswayisoneofthemountainousexpresswayswithplicatedgeologicalandgeographicalconditionsinHenanprovince.LandslideoccurredintheconstructionofpartoftheleftsideslopeofK53+460~K53+600section,whichaffectedtheconstructionandsafetyoftheproject.Basedontheengineeringexampleofthetypicalcuttingslope,practicalmanagementsolutionsarefoundtoprovidesomeexperienceforothermountainousexpresswayslopetreatmentandbringsomereferenceforothermountainousexpresswaydesign.

关 键 词：高速公路；高边坡；滑塌治理

Keywords:expressway；highslope；collapsetreatment

中图分类号：U213.1+3文献标识码：A文章编号：1006-4311（2014）23-0150-03

0引言

复杂地质条件下高边坡的加固设计与有效治理是山区高速公路建设中常常遇到的难题之一,它直接关系到工程建设的安全、工期和成本.在工程实践中,对高速公路深挖路堑边坡一般采用边施工边设计的动态过程控制.洛阳至嵩县高速公路是河南省地质地理条件复杂的山区高速公路之一,全长62.699公里.沿线地形非常复杂,尤其是山岭区,山大沟深,给项目的设计和施工都带来一定难度.沿线曾发生过多个自然滑坡、崩塌、坍塌现象,以下结合洛嵩高速公路土建9标段的K53+460~K53+600段左侧路堑边坡在施工中出现的滑塌问题,探索出有效的综合治理设计方法,从而为山区复杂地质条件下路堑高边坡的设计带来一些借鉴.

1滑塌边坡工程概述

K53+460~K53+600段边坡位于道路前进方向左侧,属洛嵩高速公路第9标段,边坡长度140m,最大挖深约40米,边坡走向267°.原开挖边坡率为1：0.5~1：1.0,分5级开挖,每级高8米,平台宽2米.由于2010年8、9月份洛阳地区遭遇多年罕见强降雨,在桩号K53+514-K53+600段出现滑坡（见图1）.该滑坡主滑方向为283°,从坡顶至坡脚高约32米.滑动面青灰色膨胀性土明显,滑坡体内存在多级下错、拉裂变形迹象,垂直主滑动方向发育多级错台,其与原地面形成0.1~1.0m落差.由于最后一级没有开挖,二、为强风化安山岩,滑坡体前缘位移量较小,安山岩受外力作用,在表面形成深约15cm的痕迹,如图1.

2边坡工程地质概况

该滑坡段边坡地层上层卵石和粉质黏土土,下伏强风化安山岩,如图2.详细地质如下：

第一层粉质黏土：褐,褐红色,可塑-硬塑,局部具膨胀性,干强度大,含有卵石,含量约30%左右,粒径5-20cm,最大30cm,上部有0.5m的耕植土.

第二层泥卵石层：青灰色,褐红色,密实,夹膨胀性粉质黏土,青灰色,卵石含量约70%-90%,粒径5-30cm,最大1m.局部夹有青灰色膨胀性粉质黏土和褐红色粗砂层.

第三层强风化安山岩：灰色,全风化,母岩主要为长石和石英,含黑色铁锰质斑块,岩芯破碎,呈碎屑状,裂隙发育,局部存在磋动带,充填物为全风化安山岩,极破碎.该层上部局部含膨胀性粉质粘土块,褐红色,青灰色.

第四层中-微风化安山岩：青灰色,灰色,强风化,母岩成分主要为长石和石英,含黑色铁锰质斑块,岩芯较破碎,呈碎块状,裂隙极发育.

3边坡工程水文条件

边坡工程所处场地水系属黄河水系中的二级支流伊洛河水系中的伊河水系,边坡场地周围未分布明显地表径流,主要是自然降雨补给.由于场地微地貌主要为单斜顺向坡地形,地表水排泄条件好,场地两侧有冲沟发育,地表水在坡体呈散流状,汇入两侧冲沟及边坡底部伊河中.

场区地下水主要由降雨补给,场区内未见有井泉水出露.地下水按赋存介质分为孔隙水.孔隙水主要赋存于第四系坡洪积物中,地下水类型为孔隙潜水,主要接受大气降水补给.上部潜水水位较浅.在地势低洼处排泄于地表,受季节影响较大,旱季多干涸.

4边坡稳定计算分析

4.1计算模型由于K53+460~K53+600段左侧边坡部分坡段已经出现滑塌现象,所以对该段边坡进行治理设计时,分为滑坡区工程边坡与非滑坡区工程边坡区别对待,其中,K53+460-K53+514段为非滑坡区；K53+514-K53+600段为滑坡区.在滑坡区选取主剖面（K53+562）进行稳定性和推力计算,计算模型具体见图3~4.

4.2计算参数确定根据勘察试验结果,滑坡勘察报告提供了滑坡体各土层物理力学参数见表1.

4.3滑坡稳定性计算成果分析根据《建筑边坡工程技术规范》GB50330-2002和《公路路基设计规范》JTGD30-2004,确定该段边坡工程等级为Ⅰ级.边坡稳定性验算时,其稳定性安全系数应满足表2.以非正常工况Ⅰ为设计工况,非正常工况Ⅱ为校核工况.

边坡下滑力计算中涉及安全系数Ks,考虑该边坡的重要性及危害性,参考相关规范,选取如下：天然工况：采用Ks等于1.2~1.3；暴雨工况：采用Ks等于1.1~1.2；地震工况：采用Ks等于1.05~1.1.本次计算中Ks等于1.15.本次设计中考虑后期路堑边坡开挖,因而对于滑坡推力的计算主要针对未来开挖工况.

在稳定性计算的基础上,按照相关规范,采用传递系数法和上述对应工况的安全系数,进行滑坡推力计算结果见表3.

根据计算结果,主剖面均可能发生深层及浅层的滑动可能,因而在对滑坡进行坡脚抗滑桩支挡的基础上,对坡体中部浅层滑塌部位同样需要进行治理.

5边坡滑塌治理方案

根据场地特征、边坡变形破坏情况和边坡稳定计算结果,并结合边坡土质水文特征,对于滑坡区,以削坡+排水+抗滑桩+锚索框架结构+坡面防护+裂缝封堵的思路进行边坡治理,即前部采用抗滑桩支挡,确保滑坡的整体稳定性；滑坡体中部采用预应力锚索、后缘采用坡面防护；在坡体后缘设置1条截排水沟,在一级、二级、和四级边坡平台上各设1条排水沟,改善边坡排水条件,提高坡体的稳定性具体设计方法如下：

5.1削坡现有边坡一级边坡坡率为1：0.5,二级边坡坡率为1：0.75,以上边坡坡率均为1：1.0,边坡平台宽均为2.0m.

对现有边坡进行削坡,一级坡设置抗滑桩,二级坡1:0.75,坡1:1.25,四级坡1:2.0,五级坡1:2.25,边坡平台宽度不变,所有边坡平台内倾5%.

5.2抗滑桩工程

5.2.1抗滑桩的内力计算抗滑桩的设计荷载为2888.7kN/m；截面尺寸均为2.0m×3.0m,桩间距（中对中距）均为4m.桩长16m,受荷段长8m,锚固段长8m.检测设作用在抗滑桩上的滑坡推力分布形式为矩型,桩底支承条件为铰支端.采用“k”法进行桩身内力计算,抗滑桩锚固段岩层地基系数K等于0.3×106kPa,侧向容许值σ等于1750kPa.

抗滑桩桩身最大弯矩为80828.28kN.m,最大剪力26318.143kN.抗滑桩的弯矩图和剪力图详见图5~6.

5.2.2抗滑桩结构设计在上述内力分析的基础上,根据桩的内力特点,按受弯构件进行结构配筋.桩身砼选用C30,受力钢筋选用HRB400、箍筋选用HRB335,构造筋选用HPB235.其中,背侧布筋方案：实配（计算）面积（mm2）：70773（70750）；背侧布筋方案：实配（计算）面积（mm2）：17693（17500）；箍筋方案：实配（计算）面积（mm2）：13994（13968）,经过分析计算,抗滑桩结构配筋见表4.

在一级边坡平台外侧布置抗滑桩,桩顶标高为一级马道标高,桩长16m,桩截面2.0×3.0m2,桩间距4.0m.桩与桩之间采用M7.5浆砌块石砌筑拱墙支撑,墙后填筑卵砾石等滤水材料.桩顶统一采用冠梁联系,冠梁截面尺寸3.4×0.6m2.

5.3锚索框架结构在二、边坡坡面上,采用锚索框架结构加固.锚索采用自下向上布置,第一排锚索距一级马道高程距离<1.5m,以上纵向间距为3.0m,最上一排锚索距边坡平台高程面不大于1.5m~2.5m,锚索横向间距4.0m.二、边坡分别设置三排锚索.

锚索采用6Φs15.2mm,横纵间距4m.锚索孔径130mm,锚杆与水平面的夹角为20°,采用无水钻进工艺.台座砼垫块应与格架梁同时现浇成整体.架线环钢筋应与锚索体焊接牢靠,2m等间距布设.钻孔完成后将锚杆缓慢送入至设计位置,采用孔底注浆法注浆,注浆压力为0.2～0.6MPa；锚索设计荷载为604.869kN,在施工初期,应按工作锚索数量的1%～3%进行抗拉拔试验,以确定注浆参数.

格构梁截面为宽300mm×高400mm,采用C30砼架模浇注,横梁及纵梁按连续梁来考虑,采用通长配筋,顶部（远离坡面侧）配筋：2Φ16的HRB335级螺纹钢筋,中部配筋：2Φ16的HRB335级螺纹钢筋,底部（靠近坡面侧）配筋：2Φ16的HRB335级螺纹钢筋,箍筋配筋：Φ8@200HPB235钢筋.格构梁横向每隔20m设置永久伸缩缝,缝宽20mm,填塞沥青麻筋或沥青木板.

锚索类型为6Φs15.2,设计锚固段长度大于10m,锚索孔径130mm,锚杆与水平面的夹角为20°,锚索横纵间距4m.格构梁为C30现浇混凝土,格构单元为3.0m×4.0m,梁断面尺寸为0.3m×0.4m,格构单元内客土喷播.

5.4客土喷播对整个坡面采用客土喷播方法进行坡面防护,铆钉采用Φ16钢筋,长度分1m和2m两种,长短相间,弯头长0.1m.挂网采用镀锌铁丝网,网孔50mm×50mm.施工顺序为：人工清坡-挂铁丝网-固网-喷射有机基材及灌草种-养护.

5.5裂缝封填采用粘性土封填拉张裂缝,施工时,分层捣实,防止地表水下渗.

6结束语

洛嵩高速公路K53+460~K53+600段左侧边坡滑坡危害严重,通过对该段边坡进行治理,能有效遏制坡体的进一步变形破坏,又能消除其对即将建成的高速公路安全所产生的巨大威胁,避免滑坡所造成的进一步经济损失,实现低投入、高收益的治理效果.

由于复杂的地形地质条件,滑坡与高边坡工程始终是山区铁路和公路建设中一个重大工程地质问题,因此加强滑坡和高边坡病害的防治研究,不仅将对高原山区公路交通基础设施建设与生态环境保护协调发展有重要意义,也将对我国地质灾害防治理论以及防治技术的发展产生积极作用.

该边坡工程经过以上综合治理后,通车至今已近2年,监控数据显示,边坡变形数据收敛,边坡逐渐趋于稳定.