湘西某工程不穩定邊坡處治設計

摘要 當路線通過不良地質路段時，應遵循預防為主、防治結合的原則，采取有效的工程處治措施，保證邊坡穩定。為了對邊坡穩定性處治方法進行研究，以湘西某公路深挖方邊坡為研究對象，分析了該邊坡主要存在的問題，并對邊坡的穩定性進行了計算分析。結果表明：不穩定斜坡A、B 區為坡面流及潛在滑坡區域，采用“坡面錨墩+坡面掛網噴錨+排水溝+監測”進行綜合治理。研究結果可為邊坡穩定性研究與處治提供技術借鑒。

關鍵詞 不穩定邊坡;穩定性計算;處治設計;錨索

中圖分類號 U416.14 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）12-0087-03

收稿日期：2022-04-07

作者簡介：秦莎莉（1981—），女，本科，工程師，研究方向：公路勘察設計。

0 引言

針對穩定性較差或者不穩定的高陡邊坡工程確定整體加固處治方案時，須依據邊坡現場勘察數據，綜合邊坡內部各巖土層性質、地下水位探測和室內外巖土體實驗數據，并本著客觀分析以及經濟合理的原則，進行高陡山體邊坡整體加固處理，如錨索加固、注漿加固以及設置柔性防護網等，確保邊坡能夠得到有效處治[1]。

1 項目概況

湘西某一公路K6+435～K6+605左側邊坡施工，分五級開挖放坡處理，坡向90°，順坡長70.00 m，坡腳寬約170.00 m;坡頂高程436.17 m，坡腳高程369.50 m，坡高66.67 m，坡度20°～65°，邊坡面積6 810 m2。單級邊坡高6.60～42.80 m，其中自上而下一～四級邊坡高6.60～8.96 m，坡比1∶1.08～1∶1.51，第五級邊坡高22.50～42.80 m，坡比1∶0.71～1∶0.92 m，碎落臺寬2.50～3.00 m，已完成387.00 m高程以上的支護工作。9個月后邊坡出現多處開裂、變形，邊坡遭受破壞后果嚴重，安全等級為二級。

2 自然地理條件

2.1 地形地貌

該工程K6+435～K6+605段邊坡屬構造侵蝕剝蝕型低山丘陵地貌，微地貌為西—東的鞍狀地貌，呈扇形，坡向90°，邊坡北側為修路時回填的碎石和巖塊，南側為桔園。

2.2 地層巖性

根據鉆探揭露及鄰近地表調查，場地內地層較為簡單，由上覆土層和基巖組成，自上而下可以分為：第四系素填土①、碎石②、震旦系下統古城+大塘坡組絹云母板巖夾粉砂質板巖③，以及斷層角礫巖④。

2.3 構造與地震

該項目所處大地構造位置為揚子準地臺南緣，湘西弧形構造帶中部，華夏系第三隆起帶雪峰隆起區西部，整體位于沅陵-麻陽-鳳凰晚期新華夏系拗陷地帶北西部，區內褶皺、斷裂構造極發育。

根據《中國地震動參數區劃圖》GB18306—2015，場地基本地震動峰值加速度為0.05 g，場地地震動反應譜特征周期為0.35 s，擬建公路等級為二級，邊坡治理為一般工程，根據《公路工程抗震設計規范》JTG B02—01—2013，劃分為丙類抗震設防類別，抗震設防標準建議按Ⅵ度區標準進行抗震設防。

3 邊坡變形特征

根據現場調查，坡體上淺表層巖土體厚度小，結構較松散;強風化絹云母板巖夾粉砂質板巖節理裂隙發育，該邊坡切坡后在前緣形成高陡臨空面，因改變了原有斜坡體內的應力狀態，促使邊坡快速變形，易產生坡面滑坡和崩塌。據勘察成果資料，該邊坡潛在滑動面埋深3.00～10.50 m，滑面傾角約15°～47°，平均厚度4.80 m，不穩定邊坡體積約3.27×104 m3，為淺層牽引式小型巖質滑坡，下伏基巖為絹云母板巖夾粉砂質板巖。

4 穩定性計算

4.1 格構區預應力錨索計算

對邊坡A區采用格構錨索防護治理。

根據勘察報告，非正常工況邊坡1-1'線、4-4'、5-5'、6-6'線處于穩定狀態，邊坡2-2'線處于欠穩定狀態、3-3'線處于基本穩定狀態，故軸線（1）～（6）與軸線（25）～（45）兩段不設預應力錨索，只針對軸線（7）～（24）進行預應力錨索設計計算。

（1）剩余下滑力計算。根據地勘報告，2-2′剖面第（3）滑塊最不利，以該滑塊下滑力控制設計計算。剩余下滑力計算圖示如圖1。

根據《公路路基設計規范》（JTG D30—2015）（7.2.2-1）剩余下滑力計算公式：

（1）

上式中根據規范、地勘報告及邊坡現狀綜合取值如下：

Wi=S×P=118.67×21.6=256.3 kN/m（S——滑塊面積，P——滑塊容重）、Fs=1.1、α=47°、φ=20°、Ci=58 MPa、Li=19.9 m，代入上式得，每米剩余下滑力Ti=271.65 kN/m。

（2）錨索錨固力設計值計算。根據《公路路基設計規范》（JTG D30—2015）（5.5.4）錨索設計錨固力計算公式：

（2）

錨索豎向設計3排，水平、豎向間距均為3.0 m，則每根錨索承受的下滑力E=Ti×3 m÷3排=271.65×3÷3=

271.65 kN，上式中α=47°、β=20°、φ=20°，代入上式得，每根錨索錨固力設計值Pd=374.29 kN，即按每根錨索錨固力設計值374.29 kN控制軸線（7）～（24）段預應力錨索設計。

（3）錨索截面面積計算。根據《公路路基設計規范》（JTG D30—2015）（5.5.5）錨索體截面積計算公式：

（3）

上式中K1=1.8、Pd=374.29 kN、Fptk=1 860 MPa=

1 860 000 kPa，代入得，A=362.22 mm2。

（4）錨索根數計算。1根φs15.2（1×7）型鋼絞線截面面積=139 mm2，因此每根錨索需配置（362.22÷139=2.61）根φs15.2（1×7）型鋼絞線。即軸線（7）～（24）段預應力錨索設計每根錨索為3φs15.2鋼絞線。

（5）地層與錨索注漿體間黏結長度Lr計算。根據《公路路基設計規范》（JTG D30—2015）（5.5.6-1）計算公式：

（4）

上式中K2=2.0，frb=1 500 kPa，d=0.11 m，Pd=

374.29 kN，代入得：

1.44 m

（6）預應力錨索設計計算結論。根據以上計算及分析，綜合確定軸線（7）～（24）A區錨索設計水平、豎向間距均為3.0 m，每根錨索為3φs15.2鋼絞線，錨固段長度取≥4.0 m，每根錨索設計錨固力為375 kN，錨固砂漿為M30，錨固鉆孔直徑為11 cm，掛網構造：按構造要求進行，采用直徑為12 mm的HRB400鋼筋網，噴射混凝土面板厚度為10 cm。

4.2 格構梁計算

將格構的錨桿點視為固定支點，格構梁視為簡支梁，梁長度為3.0 m，每延米均布荷載q=375 kN/3 m=125 kN/m。

4.2.1 A、B點反力

根據平衡條件求的A、B點的反力為：

FA=FB=q1/2=125×3.0/2=187.5 kN （5）

4.2.2 確定剪力方程與彎矩方程

因沿梁的全長外力無突變，故剪力方程與彎矩方程均可用一個方程描述。

首先，以A點為原點建立A?x坐標軸。其次，取坐標為x的截面 m?n，考察左梁段的平衡，得到梁的剪力方程和彎矩方程分別為：

Q（x）+FA?qx=187.5?125x （6）

（7）

4.2.3 作剪力圖與彎矩圖

根據（6）式，Q（x）為x的一次函數，所以剪力圖為一斜直線。端點處（x=0，x=3.0）的剪力值Q（0）=187.5 kN和Q（3.0）=?187.5 kN，在Q?x坐標中，標出a、b兩點，連接兩點，即得剪力圖，不難看出，最大剪力發生在梁兩端的截面上，=187.5 kN。

根據（7）式，M（x）為x的二次函數，所以彎矩圖為拋物線。為繪制這一曲線的大致形狀，至少取三點，故除取兩端點截面（x=0，x=3.0）以外，再在梁中間取一截面（x=1.5）。這三個截面上的彎矩值分別為：

M（0）=0、M（3.0）=187.5×3.0?62.5×3.02=0、M（1.5）=187.5×1.5?62.5×1.52=140.6 kN·m，將它們標在M-x坐標中，標出a、b、c三個點，連接三點，即得彎矩圖，根據對稱性，c點為拋物線頂點，該處彎矩最大，Mmax=140.6 kN·m。

4.2.4 驗算梁截面尺寸

假定H=500 mm，b=400 mm，h0=500?50=450 mm。

根據《混凝土結構設計規范》（GB50010—2010）第6.3.1-1公式：

V==187.5 kN≤0.25×βC×fC×b×h0=0.25×1.0×

1.43×400×450=643.5 kN滿足要求。

故：格構梁截面取b×h=400 mm×500 mm。

4.2.5 鋼筋配筋計算

根據梁的受力條件，配筋按雙向配筋，不考慮預應力筋，根據《混凝土結構設計規范》（GB50010—2010）第6.2.7-1、6.2.10-1、6.2.10-3公式：

M=560.235 817×106>140.6×106 N·mm （8）

滿足要求，故按4Φ16配筋?？v向受拉鋼筋為HRB400鋼筋4Φ16。

根據上述計算結果，可確定格構梁內配筋，受拉區和受壓區的縱向配筋均為HRB400鋼筋4Φ16，箍筋滿足構造要求即可。

5 不穩定邊坡治理方案

處治過程中，通過對不穩定斜坡的地質特征、穩定性狀況、危害對象、經濟技術及可行性等多個方面的分析，該不穩定斜坡治理設計可以采取兩種治理方案：

方案一：刷方減載+截排水溝工程+坡面局部噴漿綠化。

方案二：錨墩預應力錨索+坡面噴錨+截排水溝。

上述兩種方案，方案一開挖方量較大，施工時開挖大量土石方可能加劇邊坡變形破壞，場地周圍沒有棄土場，易造成次生地質災害，適宜性較差;方案二結構輕巧，雖然工藝繁瑣，技術要求高，但施工技術成熟，能保證水土不產生流失，造價相對較低，基本不占用土地資源，施工期間對現有邊坡影響小。

根據現場條件進行比選，方案二具有較大的優勢，故設計采用方案二。

（1）處治工程總體設計。不穩定斜坡A、B區為坡面流及潛在滑坡區域，為了使整個不穩定斜坡區處于穩定狀態，需要對兩個區域進行綜合有效治理，為了達到全面治理效果，對A區不穩定斜坡進行坡面錨墩錨索錨固設計，對B區不穩定斜坡進行坡面錨桿噴錨設計。

不穩定斜坡采用“坡面錨墩+坡面掛網噴錨+排水溝+監測”進行綜合治理，沿著A區整個不穩定斜坡的周界布置橫縱間距為3.0 m×3.0 m的預應力錨索錨墩，防止整個滑坡體變形移動;同時對B區進行掛網噴錨處理;在不穩定斜坡內部橫向布設兩條排水溝，把不穩定斜坡體內大部分雨水匯流排入坡體下方的公路排水系統中，施工過程中及完成后進行一段時間的監測。

該次不穩定的斜坡治理設計選取最不利2-2'坡面第（3）塊進行分析計算設計，剩余下滑力271.65 kN/m作為不穩定斜坡滑動推力設計值。

（2）錨墩預應力錨索設計。根據勘察報告提供的巖土參數以及計算剖面圖，同時根據錨墩錨索的布置位置進行坡體推力計算設計及支護布置后的穩定性驗算，通過計算土壓力小于坡體推力，因此采用坡體推力進行錨墩預應力錨索內力計算和設計。

（3）坡面噴錨設計在不穩定斜坡B 區域內（噴錨面積約為5 586 m2），設計掛網噴錨支護形式，控制點為D1～D6與D21～D25，錨孔直徑為110 mm，沿著坡面縱橫向布置直徑為28 mm的HRB400鋼筋（錨孔水平間距為3.0 m，豎向間距為3.0 m），根據計算錨桿長度采用9.0 m或4.5 m，每根錨桿錨固力設計88 kN，詳見設計圖。掛網鋼筋為雙向間距為0.2 m直徑為12 mm的HRB400 鋼筋網。噴錨厚度為100 mm，噴錨混凝土強度為C20。

（4）截排水工程設計。根據現場匯水、地形、地質條件，該部位匯流條件較簡單，采用矩形溝，最終匯流入坡體下方的公路排水系統中。

6 結束語

通過對湘西某一公路K6+435～K6+605段不穩定邊坡的工程處治，取得良好效果，得出以下結論，可為不穩定邊坡防治工程處治設計提供參考。

（1）山區巖體破碎區、構造發育泥砂巖區應對開挖邊坡進行專項評估，必要時采取強支擋工程。

（2）不穩定邊坡做好處治工程的同時還要做好排水設計，有效排解疏通積水，防止土體物理邊學參數降低，坡體穩定性下降。

（3）在施工中開挖不穩定邊坡時，坡體開挖過程中應妥善處理好開挖的土石，不能堆積在坡體表面或坡體下部，避免造成不利影響，消除安全隱患[3]。

參考文獻

[1]王超. 公路高陡巖質邊坡穩定性分析及支護方案優化[D]. 長沙：長沙理工大學， 2019.

[2]高禮. 公路下邊坡穩定性分析及滑坡防治措施[J]. 中國公路， 2018（7）： 92-93.

[3]馮生海. 天龍山連接線K2+480～K2+690段不穩定邊坡（1號橋左側）工程治理設計[J]. 建筑技術開發， 2021（3）： 65-67.