唐紅波，段現(xiàn)花，吳 斌，喬文號，尹小濤

(1. 云南大永高速公路有限公司, 云南 大理 671000； 2.云南省交通投資建設(shè)集團有限公司 ， 云南 昆明 650200; 3.中國科學(xué)院 武漢巖土力學(xué)研究所巖土力學(xué)與工程國家重點試驗室， 湖北 武漢 430071； 4.中國科學(xué)院大學(xué)， 北京 100000)

高速公路建設(shè)過程中會遇到很多自然條件和工程擾動條件下處于不穩(wěn)定狀態(tài)的斜坡[1-3]，斜坡變形會嚴(yán)重威脅工程建設(shè)順利進行或者工程建構(gòu)筑物的安全運行，則其安全性需要科學(xué)準(zhǔn)確評價[4-6]。

隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提升，交通工程建設(shè)面臨日益嚴(yán)格的土石方挖填平衡要求，開挖、填筑及兩者安全經(jīng)濟要求三者的平衡矛盾是相關(guān)技術(shù)人員面臨的工程挑戰(zhàn)[7-9]。作為廢棄物的棄土，在工程實踐中，很難做到嚴(yán)格壓實處理，經(jīng)常由此造成泥石流或者滑坡災(zāi)害，如何實現(xiàn)棄土的興利除弊，也是需要認(rèn)真且慎重對待的重要安全課題之一[10-16]。

本文以大永高速公路大篾居不穩(wěn)定斜坡及坡體前緣溝谷棄土場為研究對象，評價自然坡和改變地形邊坡的穩(wěn)定狀態(tài)演化規(guī)律，為初始抗滑樁加固方案是否需要繼續(xù)保留提供指揮部決策依據(jù)，同時探討該類溝谷地形棄土場的規(guī)范處置提供技術(shù)支撐，為類似工程提供聯(lián)合整治參考。

1 工程概況及潛在問題

1.1 大篾居不穩(wěn)定斜坡工程地質(zhì)條件簡介

大永高速公路(麗江段)K111+100—K111+300 段(大篾居段)通過兩段不穩(wěn)定斜坡，其中規(guī)模較大的一段如圖1所示?；w寬約200 m，長約200 m，平均厚度10 m～15 m，滑坡體物質(zhì)成分以粉質(zhì)黏土、碎石、塊石為主，含大量強風(fēng)化砂泥巖、碎石；滑面位于第四系坡殘積粉質(zhì)黏土及碎石層，后緣見兩處地下水出露，水量一般。王官河大橋左幅從坡體前緣通過，衛(wèi)星圖片清晰可見前緣蠕動變形痕跡。坡面調(diào)查發(fā)現(xiàn)中上部豬舍地面和臨舍出現(xiàn)裂縫，坡體變形痕跡清晰，不利條件下處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，可能會威脅橋梁通過路段的橋基安全，需引起重視。

為此設(shè)計單位在勘察的基礎(chǔ)上，采用一排抗滑樁作為該區(qū)不穩(wěn)定斜坡的加固措施，以控制其對橋梁樁基的安全威脅，詳見圖2。但是根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，認(rèn)為該區(qū)不穩(wěn)定斜坡是多期次變形的產(chǎn)物，現(xiàn)狀穩(wěn)定性可能沒有表現(xiàn)的那么強烈。

1.2 坡腳溝谷和隧道棄土場簡介

王官河隧道位于大篾居不穩(wěn)定斜坡左側(cè)約200 m處，隧道附近初期未規(guī)劃棄土場，場區(qū)交通不便，若渣土外運，不僅成本巨大，且需要大量征地，影響生態(tài)。

因此，坡腳溝谷具備作為棄土場使用的客觀條件，初期作為臨時棄土場使用，棄土主要為隧道出渣，巖性以砂巖和泥巖為主。

圖1大篾居不穩(wěn)定斜坡調(diào)查

圖2大篾居不穩(wěn)定斜坡抗滑樁加固措施平面布置圖

1.3 潛在問題

大篾居不穩(wěn)定斜坡當(dāng)前是否還在繼續(xù)蠕動變形？坡體目前所處穩(wěn)定狀態(tài)，是否威脅下方通行的橋樁結(jié)構(gòu)安全？這些可以通過監(jiān)測手段和數(shù)值方法進行評價。

大篾居不穩(wěn)定斜坡的工程整理能否結(jié)合坡腳溝谷棄土場的規(guī)劃聯(lián)合進行？畢竟坡腳反壓經(jīng)常作為有效的邊坡治理措施為工程界普遍采用。在反壓措施下，抗滑樁措施是否有繼續(xù)保留的必要？本文的聯(lián)合整理思路能否為這類常見工程問題提供規(guī)范化整治案例？

2 基于地形演替的邊坡穩(wěn)定性評價

2.1 大篾居不穩(wěn)定斜坡初始地形穩(wěn)定性評價

根據(jù)工程勘察和基于當(dāng)前穩(wěn)定狀態(tài)的計算反分析綜合確定的不穩(wěn)定斜坡巖土參數(shù)統(tǒng)計列于表1，地質(zhì)模型見圖3。根據(jù)《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》[17](GB 18306—2015)，本區(qū)地震動峰值加速度為0.30g，對應(yīng)地震基本烈度為Ⅷ度，地震動反應(yīng)譜特征周期0.45 s。

建模和計算均在Slide下進行，計算采用Bishop圓弧極限平衡法進行邊坡穩(wěn)定性分析和評價。

圖3 大篾居不穩(wěn)定斜坡計算模型 表1 大篾居不穩(wěn)定斜坡穩(wěn)定性計算參數(shù)表

根據(jù)初始地形，計算考慮了殘坡積土層內(nèi)的淺層滑動和切入強風(fēng)化基巖的深層滑動兩種模式下，自然和地震條件下的坡體穩(wěn)定性，滑面見圖4，安全系數(shù)結(jié)果統(tǒng)計列于表2。

圖4 大篾居不穩(wěn)定斜坡初始地形滑移模式表2 大篾居不穩(wěn)定斜坡初始地形安全系數(shù)計算結(jié)果

由表2可知，初始地形，自然狀態(tài)下，大篾居不穩(wěn)定斜坡是穩(wěn)定的，僅是在最不利條件下，處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，不滿足工程穩(wěn)定性要求。計算結(jié)果符合該坡的歷史和現(xiàn)狀穩(wěn)定狀態(tài)。

2.2 結(jié)合溝谷棄土整治的改變地形穩(wěn)定性評價

考慮到坡腳溝谷的地形改造，根據(jù)改變地形，計算考慮了2種淺層滑動和1種深層滑動模式下，自然和地震條件下的坡體穩(wěn)定性，滑面見圖5，安全系數(shù)結(jié)果統(tǒng)計列于表3。

圖5 大篾居不穩(wěn)定斜坡初始地形滑移模式表3 大篾居不穩(wěn)定斜坡初始地形安全系數(shù)計算結(jié)果

由表3可知，改變地形，自然狀態(tài)和最不利條件下，大篾居不穩(wěn)定斜坡均滿足工程穩(wěn)定性要求，即改變地形有利于大篾居不穩(wěn)定斜坡的穩(wěn)定狀態(tài)的改善，且抗滑樁加固措施不再需要。溝谷的填筑反壓，既處理了棄土，又加固了大篾居不穩(wěn)定斜坡，可以作為類似工程的聯(lián)合整治的范例。

2.3 基于監(jiān)測的坡體穩(wěn)定狀態(tài)和橋樁結(jié)構(gòu)安全評價

為科學(xué)準(zhǔn)確評價聯(lián)合整治前后大篾居不穩(wěn)定斜坡的變形穩(wěn)定狀態(tài)和橋樁結(jié)構(gòu)安全性，在大篾居不穩(wěn)定斜坡路段選擇典型位置，布置了深部位移測斜孔5個，3個橋樁埋設(shè)了鋼筋測力計，詳見圖6。

圖6監(jiān)測點布置圖

經(jīng)過1個雨季的監(jiān)測，同時工程區(qū)經(jīng)歷了地形改變，典型位移監(jiān)測曲線和橋樁鋼筋測力曲線整理成圖7。

圖7典型測點曲線

從深層水平位移曲線圖可知測斜孔水平變形都不大，在樁頂變形量最大約3.5 mm。深層水平位移經(jīng)歷了一個先增大，然后趨于穩(wěn)定的過程，變形值隨深度的增加而逐漸減小，變形影響深度約7 m。這說明坡體狀態(tài)變形穩(wěn)定。

由鋼筋計受力變化曲線看，鋼筋上的主筋受力極小，剛埋入后，由于受混凝土凝固和溫度影響，有較小的拉力，隨著時間的變化，受力趨小且極小，反應(yīng)橋樁沒有受到外力影響。說明橋梁樁基結(jié)構(gòu)安全，也間接說明坡體穩(wěn)定。

3 溝谷棄土場的聯(lián)合整治實錄

3.1 傳統(tǒng)棄土帶來的安全威脅

以王官河隧道出口段臨時棄土場為例展示傳統(tǒng)棄土的不利影響，見圖8。

圖8常見溝谷邊幫棄土典型危害

棄土主要危害如下：(1) 一旦變形滑塌威脅和沖擊橋梁樁基，造成結(jié)構(gòu)安全隱患；(2) 自然坡面棄土堆積形成不穩(wěn)定坡面荷載，容易造成拖坡破壞，造成大規(guī)模邊坡問題；(3) 棄土屬于欠固結(jié)土類，容易造成淺表變形失穩(wěn)或結(jié)構(gòu)承受負(fù)摩阻力；(4) 自然條件下淺表存在不穩(wěn)定土層或者表土承載力不足時，上部棄土容易造成整體滑移。

3.2 本工程棄土聯(lián)合邊坡整治的思路和措施

大篾居橋和王官河隧道進口段的不穩(wěn)定斜坡和棄土場的聯(lián)合整治思路和措施，需要考慮消除和有效控制上述不利要素的前提下，增強場地的整理利用率和降低溝谷兩側(cè)及填筑施工形成的邊坡穩(wěn)定問題。具體思路和措施如下：

(1) 不改變溝谷自然補徑排關(guān)系，根據(jù)匯水面積估算排水廊道的斷面面積；本項目在谷底設(shè)置了足夠截面的盲溝排水。

(2) 在滿堂分臺階填筑施工前，對谷底自然表土進行了清除工作，有效消除了淺部承載力較低土層的不利影響，淸底形成不同高度臺階，增強自然地層和填筑棄土的有效接觸。

(3) 填筑高度不宜過高，可由隧道進口部位逐步往下部推進，在不穩(wěn)定斜坡部位可適當(dāng)多填，形成坡前有效反壓，增強不穩(wěn)定斜坡的整體穩(wěn)定性，本項工程聯(lián)合整治后，監(jiān)測揭示坡體變形穩(wěn)定，不需要再設(shè)置抗滑樁，坡前橋樁結(jié)構(gòu)安全，聯(lián)合整治成功。

(4) 填筑土體與橋樁相互作用的控制，滿堂填筑保證了橋樁不會承受坡體不穩(wěn)定帶來的剪切力作用，負(fù)摩阻力的消除可以通過設(shè)置反濾層消減摩阻力帶來的不利影響。

圖9不穩(wěn)定斜坡和溝谷棄土場聯(lián)合整治成功案例

4 結(jié)論與建議

依托大永高速公路大篾居不穩(wěn)定斜坡路段的邊坡和溝谷棄土聯(lián)合整治案例，為類似工程總結(jié)了成功經(jīng)驗，主要結(jié)論如下：

(1) 大篾居不穩(wěn)定斜坡初始自然地形最不利條件下坡體處于欠穩(wěn)定狀態(tài)，坡面現(xiàn)狀變形跡象為歷史多期變形造成，不能由此判定坡體當(dāng)前穩(wěn)定狀態(tài)。

(2) 改變地形條件下，該坡整體穩(wěn)定。經(jīng)歷1～2個雨季的深部位移和坡前橋樁結(jié)構(gòu)內(nèi)力監(jiān)測數(shù)據(jù)均表明大篾居不穩(wěn)定斜坡變形穩(wěn)定，坡體不會威脅橋梁樁基安全，坡前抗滑樁可不做。

(3) 傳統(tǒng)的邊幫棄土容易造成拖坡破壞、威脅橋樁結(jié)構(gòu)安全、淺表滑移。溝谷地形可做清底、不改變原有補徑排關(guān)系、滿堂分臺階填筑、填筑土體與結(jié)構(gòu)之間的反濾減阻措施，這樣可有效利用溝谷場地作為棄土場，同時增強兩岸自然邊坡的整體穩(wěn)定性。

綜上，大篾居不穩(wěn)定斜坡和溝谷棄土場的聯(lián)合整治為類似工程提供了可資借鑒的成功經(jīng)驗。