趙正寶,閆宗平,鄒 立,牛玉珍,唐國品
(四川水利職業(yè)技術(shù)學院,四川 成都 611231)
關(guān)于順層邊坡問題,很多國內(nèi)外專家進行過探討。一般來講,順層邊坡發(fā)生變形主要有四種形式:順層滑動破壞型、鍥形體滑動破壞型、順層滑動—拉裂破壞型、滑動—彎曲破壞型。邊坡破壞一般有以下階段:開挖應(yīng)力變化、節(jié)理裂隙逐漸發(fā)育、變形破壞。當坡角和巖層傾角相差不多時,邊坡極有可能發(fā)展成滑坡。關(guān)于緩傾角順層邊坡的變形破壞機理研究還不是很深入,一般會認為其與彎曲變形破壞有關(guān)。
順層巖質(zhì)邊坡為四川山區(qū)常見的邊坡類型之一。順層巖質(zhì)邊坡巖性主要為互層狀的砂巖、泥巖等,邊坡巖層傾向和坡向相同,巖層傾角小于坡度角。在四川高速公路工程中,順層巖質(zhì)邊坡巖性主要是泥巖、粉砂巖、砂巖等,巖石較軟。順層巖質(zhì)邊坡破壞模式主要為在削坡、滲透等引發(fā)沿巖層面的滑動?,F(xiàn)以四川某高速公路一邊坡為例,討論順層邊坡的處治研究。
該順層巖質(zhì)邊坡位于大巴山區(qū)的南緣,地形走勢從南到北逐漸變高。該區(qū)域主要為溶蝕作用、侵蝕作用形成的山地,海拔1 450~1 750 m,為強切割地貌,地形陡峭,為帶狀山脈,走向北西,坡度角一般大于30°,谷底與山頂海拔相差一般在550~1 050 m,河谷呈V 形,河流侵蝕作用以下蝕作用為主。
高速公路路線走向平行于巖層走向。路線右側(cè)一般為順層巖質(zhì)邊坡。邊坡高度為35 m。邊坡開挖分為三級,開挖邊坡坡度較大,其中第一級坡率為1∶0.5,第二三級坡率為1∶0.75,開挖邊坡坡度角大于巖層傾角,為比較陡峭的順層巖質(zhì)邊坡。
經(jīng)過實地考察,該邊坡地層為侏羅系的沙溪廟組,巖性為泥質(zhì)粉砂巖與細砂巖互層。其中K73+310~K73+875 段巖層的產(chǎn)狀為102°∠26°,K74+050~K74+195 段巖層產(chǎn)狀為129°∠36°。邊坡附近地質(zhì)構(gòu)造為向斜。邊坡發(fā)育了兩組節(jié)理,其中一組節(jié)理產(chǎn)狀為6°∠83°,另外一組節(jié)理產(chǎn)狀為192°∠76°。
該邊坡所在區(qū)域地下水主要是孔隙水,地下水補給主要為大氣降水,地下水水量不多,滲透性較弱,地下水主要為潛水,只有局部因為受泥頁巖的阻隔承壓。
邊坡開挖前比較穩(wěn)定,但因為有構(gòu)造裂隙,邊坡如果長期受到風化作用和降水作用,巖層力學強度逐漸變低,有可能會沿著層面滑動,所以邊坡開挖后必須對邊坡進行處理。
邊坡開挖后主要通過框架錨索、框架錨桿以及抗滑樁進行加固。布置如下:①一級邊坡按坡率1∶0.5 放坡,坡面框架錨桿按4×3 m 設(shè)置防護,框架錨桿直徑為18 mm,錨桿長5 m。②二級、三級邊坡按坡率1∶0.75 放坡,坡面用框架錨索來加固,4×3 m,框架植草護坡。錨索為6φ15 mm 鋼絞線,錨索傾角為15°,單根錨固力設(shè)計為770 kN,錨固段長10 m。③一級邊坡與二級邊坡間為3.5 m 平臺,設(shè)置矩形抗滑樁。矩形抗滑樁為3×2 m,長度20 m,間距6 m,每根抗滑樁的抗滑力設(shè)計為1 350 kN。④坡面其他沒有設(shè)置加固措施的地方需要植草防護并掛鐵絲網(wǎng)。
邊坡斷面設(shè)計如圖1 所示。
該邊坡的巖層傾角為26°~34°,巖石比較軟弱,邊坡開挖后比較容易發(fā)生滑動。邊坡可能的破壞模式為沿著巖層面滑動。邊坡潛在滑動面處在較深的位置,滑動面之上的滑坡體很厚,一旦發(fā)生失穩(wěn),滑坡體很可能會阻斷交通,甚至毀壞公路。該邊坡處治使用抗滑樁和框架錨索共同加固,抗滑力較強?,F(xiàn)場施工時,在一二級邊坡間平臺設(shè)置較粗的抗滑樁來固定坡腳??够瑯短幱诨w下方,樁腳設(shè)計為滑動面之下13 m,樁間距6 m,這樣就保證了每根樁都能提供較強的抗滑力。同時在邊坡的中上部安裝框架錨索,來加固邊坡腰部,從而改善邊坡所受應(yīng)力狀態(tài),降低邊坡主動下滑力。
圖1 邊坡斷面設(shè)計圖(單位:m)
使用EMU 邊坡分析軟件來計算邊坡穩(wěn)定性,來分析該邊坡處治的實施效果。計算斷面如圖2 所示,邊坡巖體參數(shù)按表1 選取計算,K 法計算的單根抗滑樁設(shè)計抗滑力為1 350 kN。計算得到幾種情況下該邊坡的安全系數(shù),如表2所示。
圖2 邊坡計算斷面圖
表1 各參數(shù)取值
表2 安全系數(shù)計算結(jié)果
根據(jù)高速公路路基設(shè)計規(guī)范,在正常情況下,二級公路邊坡經(jīng)過穩(wěn)定性驗算,其安全系數(shù)要求不得小于1.20。根據(jù)表2 數(shù)據(jù),剛削完的邊坡安全系數(shù)是1.05,這時的邊坡剛好處于極限平衡的狀態(tài)中,隨時有可能會順層發(fā)生滑動。而只使用抗滑樁加固,邊坡安全系數(shù)就會提高到1.12,但還是沒有達到規(guī)范要求的1.20。使用框架錨索支護,邊坡安全系數(shù)就會達到1.37,而使用抗滑樁+錨索共同加固,邊坡安全系數(shù)提高到1.43,都滿足了規(guī)范中對于安全系數(shù)的要求。
順層巖質(zhì)邊坡為四川山區(qū)常見的邊坡類型,邊坡可能的破壞模式為沿著巖層面滑動。邊坡潛在滑動面處在較深的位置,滑動面之上的滑坡體很厚,一旦發(fā)生失穩(wěn),滑坡體很可能會阻斷交通,甚至毀壞公路。
未加固邊坡的安全系數(shù)很低,邊坡容易發(fā)生滑動順層,只用抗滑樁加固,邊坡安全系數(shù)還是沒有達到規(guī)范要求,使用框架錨索支護,邊坡安全系數(shù)就會達到要求,而使用抗滑樁+錨索共同加固,邊坡就會更加安全。