王曉飛

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原 030012）

近些年，隨著基礎(chǔ)設(shè)施大規(guī)模的建設(shè)，建設(shè)速度加快，機(jī)械化施工程度提高，人類改造自然的力度和廣度空前增大，在山區(qū)高速公路的建設(shè)中不可避免遇到深挖路塹邊坡，處治不當(dāng)容易引起滑坡[1]。本文主要介紹山西在建的五盂高速公路K21+910—K22+070段深挖路塹邊坡設(shè)計(jì)方案。

1 邊坡概況及地質(zhì)條件

五臺(tái)至盂縣高速公路K21+910—K22+070段深挖路段位于盂縣梁家寨鎮(zhèn)長一鋪村東側(cè)，全長160 m，線路中心最大挖深22.3 m，邊坡最大挖方高度120 m，最大邊坡高度15級(jí)。

根據(jù)地質(zhì)調(diào)查與鉆探表明，該深挖路段邊坡地層主要由太古界龍華河群會(huì)理組黑云斜長片麻巖夾絹云母片巖構(gòu)成，地表覆蓋為第四系全新統(tǒng)殘坡積碎石土。地表覆土厚度為1～3 m，黑云斜長片麻巖，主要成分為黑云母、石英及少量長石，夾絹云母片巖薄層或條帶，全—中風(fēng)化，片麻狀構(gòu)造，節(jié)理發(fā)育，全—強(qiáng)風(fēng)化的絹云母片巖為軟弱夾層。地層為向南西傾斜的單斜構(gòu)造，巖層視傾向與邊坡同向，為最不利的順層坡，巖層傾角介于22°～25°之間。

2 邊坡穩(wěn)定性分析及推力計(jì)算

2.1 穩(wěn)定性分析

該段地質(zhì)鉆孔布設(shè)在兩條代表性斷面，位于K21+980和K22+021。從地質(zhì)斷面上分析，與路塹上邊坡穩(wěn)定性有關(guān)的絹云母片巖有兩層，第一層位于K22+021斷面尚未開挖的第五級(jí)邊坡處，厚約4.5 m，巖體破碎，全風(fēng)化呈砂土狀，為潛在的滑動(dòng)面。第二層位于尚未開挖的第一級(jí)和第二級(jí)邊坡之間，厚度不一，K21+980斷面上厚約6.7 m，夾薄層強(qiáng)風(fēng)化黑云斜長片麻巖，K22+021斷面上厚不足1 m，巖芯破碎，呈砂土狀，如工程開挖形成高陡臨空面，極易引發(fā)順層滑坡。因此，該段邊坡穩(wěn)定性差。

2.2 推力計(jì)算

本段參數(shù)確定根據(jù)經(jīng)驗(yàn)與反算結(jié)合，選取橫斷面K22+021為計(jì)算斷面，設(shè)計(jì)參數(shù)為c=7.4 kPa，反算得到Φ=22°，采用傳遞系數(shù)法計(jì)算推力，安全系數(shù)K=1.3，潛滑面1滑體剩余下滑力為8 169 kN/m，潛滑面2滑體下滑力為2 639 kN/m。計(jì)算模型如圖1、圖 2。

圖1 初擬狀態(tài)滑體

圖2 削坡后潛滑體

3 設(shè)計(jì)方案

由于潛滑面（軟弱夾層）位置較深，巖體風(fēng)化嚴(yán)重，巖層傾角較緩，故采用放緩邊坡結(jié)合主動(dòng)錨固的設(shè)計(jì)思路。

3.1 邊坡坡率

由于滑體體積較大，邊坡坡率的確定應(yīng)結(jié)合滑體推力確定，適度放緩，本段落第一級(jí)邊坡采用1∶0.75，第二至第七級(jí)邊坡坡率為1∶1.25，平臺(tái)寬度為2 m，七級(jí)以上邊坡坡率為1∶1.5，平臺(tái)寬度為6 m。

3.2 預(yù)應(yīng)力框架錨索設(shè)計(jì)

3.2.1 錨索類型

目前國內(nèi)廣泛采用的錨索類型為注漿壓力型和注漿壓力分散型兩種，拉力型錨索主要靠錨固段來提供一定抗拔力，錨索結(jié)構(gòu)簡單，施工便捷，但錨固段受力不盡合理，較容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，使得錨固段漿體拉裂。壓力分散型錨索采用的無黏結(jié)鋼絞線，主要靠一定間距的鋼質(zhì)承載體將較大的拉力傳遞到幾個(gè)承載體上，能使整個(gè)錨固體長度上的黏結(jié)摩阻力應(yīng)力分布均勻[2]。本段邊坡內(nèi)巖體較破碎，因此采用壓力分散型預(yù)應(yīng)力錨索。

3.2.2 錨索最優(yōu)錨固角

從錨索受力最佳的角度來考慮，采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算最優(yōu)錨固角：

根據(jù)施工工藝要求錨固角一般采用下傾15°～30°，本設(shè)計(jì)段落錨固角采用30°。

3.2.3 設(shè)計(jì)錨固力

根據(jù)《路基設(shè)計(jì)規(guī)范》5.5.3設(shè)計(jì)錨固力公式分別計(jì)算兩個(gè)潛滑體的設(shè)計(jì)錨固力[3]，公式如式（2）、式（3）：

3.2.4 錨索間距及數(shù)量

錨索采用標(biāo)準(zhǔn)的高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1 860 MPa，當(dāng)永久性錨固時(shí)，設(shè)計(jì)應(yīng)力為鋼絞線保證強(qiáng)度的50%，單根鋼絞線設(shè)計(jì)張拉力為1 040 kN。橫、縱向間距均為3 m，每級(jí)邊坡可以布置4根錨索，由于第一、二級(jí)邊坡錨固時(shí)自由端長度太短，故從第三級(jí)開始錨固，第三到第十級(jí)邊坡進(jìn)行錨固才能保證兩層潛滑面不滑動(dòng)。

3.2.5 錨固段長度

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及地勘資料并結(jié)合規(guī)范中的推薦值，選定巖體與注漿體界面黏結(jié)強(qiáng)度為420 kPa，地層與注漿體之間的黏結(jié)長度為：

根據(jù)規(guī)范中的推薦值，選定注漿體與錨桿體間黏結(jié)強(qiáng)度為3.4 MPa，注漿體和錨桿體黏結(jié)長度為：

實(shí)際的錨固長度應(yīng)采用兩者中的大值，一般錨固段長度不小于3 m，不大于10 m，本段邊坡錨索錨固段長度為10 m，即錨固段要進(jìn)入潛滑面下10 m，根據(jù)實(shí)際斷面情況可以確定每級(jí)邊坡不同位置錨索的長度，本段落最大錨索長度為32.7 m。

3.2.6 錨索試驗(yàn)及監(jiān)測

錨索試驗(yàn)包括基本試驗(yàn)和驗(yàn)收試驗(yàn)，基本試驗(yàn)錨索數(shù)量不得少于3根，基本試驗(yàn)最大的試驗(yàn)荷載不宜超過錨索體承載力標(biāo)準(zhǔn)值的0.9倍，在錨索施工前應(yīng)進(jìn)行基本試驗(yàn)。驗(yàn)收試驗(yàn)錨索數(shù)量不少于總數(shù)的5%，最大張拉值為拉力設(shè)計(jì)值的1.5倍[4]。

監(jiān)測錨索的數(shù)量為總錨索量的5%，在每個(gè)錨索的工作錨和錨墊板之間安裝測力計(jì)，以便張拉期及長期觀測。

3.3 微型抗滑樁設(shè)計(jì)

根據(jù)K21+980地質(zhì)斷面可知，在路肩外存在不穩(wěn)定體，為確保下邊坡的穩(wěn)定及運(yùn)營安全，經(jīng)過計(jì)算確定本段路基中心右側(cè)18.0 m處設(shè)置兩排微型抗滑樁進(jìn)行支擋。微型抗滑樁主體為P50的舊鋼軌，梅花型布置，樁長12.5 m，嵌入潛滑面下6 m，樁間距3 m。

3.4 其他防護(hù)

本段落巖體風(fēng)化嚴(yán)重，各級(jí)邊坡在開挖后都應(yīng)封閉，以防雨水下滲，使得坡體飽水產(chǎn)生滑動(dòng)，因此，本段落框架錨索的框架中采用漿砌片石封閉，其他邊坡采用拱形骨架護(hù)坡封閉防護(hù)。

3.5 排水設(shè)計(jì)

在刷坡后的邊坡頂面以上5 m處設(shè)置截水溝，每級(jí)平臺(tái)設(shè)置平臺(tái)截水溝，并通過截水溝急流槽把水引入自然溝谷和附近的涵洞中。在施工過程中和工程完工時(shí)，應(yīng)清除截水溝、平臺(tái)截水溝、急流槽中的雜物和施工垃圾，使水流暢通。

4 施工注意事項(xiàng)

路塹高邊坡的施工，是一個(gè)破壞山體原有力學(xué)平衡又用支擋加固工程重建新的力學(xué)平衡的過程，施工方法和工藝極大地影響塹坡的穩(wěn)定，在施工過程中一定要注意施工順序，邊坡開挖由上至下進(jìn)行施工，開挖一級(jí)防護(hù)一級(jí)，施工順序一定要分清，以免引起施工事故。預(yù)應(yīng)力錨索工程應(yīng)選擇具有專業(yè)資質(zhì)及豐富錨索施工經(jīng)驗(yàn)的施工隊(duì)伍進(jìn)行施工，即應(yīng)由上而下，逐臺(tái)施工，每開挖一臺(tái)，即進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索施工，當(dāng)預(yù)應(yīng)力錨索施工完畢起到作用后再進(jìn)行下一級(jí)邊坡的開挖。高邊坡處治施工較為復(fù)雜，施工時(shí)應(yīng)結(jié)合實(shí)際制定出完善的施工組織計(jì)劃。在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力錨索防護(hù)施工前首先要進(jìn)行錨索基本試驗(yàn)，待滿足設(shè)計(jì)錨固力時(shí)，方可施工。

5 結(jié)語

對于地質(zhì)條件較差的順層路塹邊坡在選線時(shí)應(yīng)該盡量避免，但在山區(qū)公路的建設(shè)中往往不可避免地遇到順層深挖路塹邊坡，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分利用地勘資料并結(jié)合穩(wěn)定性分析提出合理方案，本文介紹的工程實(shí)例五盂高速公路K21+910—K22+070段深挖路塹邊坡為順層邊坡，設(shè)計(jì)中采用卸載結(jié)合錨固的思路，處治效果良好，邊坡施工完成一年后未見任何異常，很好地避免地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，防患未然，值得借鑒。