公路边坡防护工程技术探讨

公路边坡防护工程技术探讨

吕丹农

郴州市公路桥梁工程处423000

一、工程概况

宜章县S324线K164+960-K165+020左侧路堤边坡滑坡位于宜章县至梅田路段，该路段公路等级为二级，设计速度60Km/h，路面宽度为9m，路基宽度为12m，路面为水泥混凝土路面。由于宜章境内多次遭受特大暴雨劫难，导致该段路基及其左侧土体整体下滑，且滑坡体中拉张裂缝发育，两侧拉张裂缝几乎贯通，前期土方滑塌使左侧公路路面部分呈临空状态，据调查本处原来就存在一个滑动面，不过以前是缓慢滑移，对路基没有多大影响。当时本滑坡导致道路塌陷，交通完全中断，急需治理。

二、场地工程地质和水文地质条件

1、地层分布及岩性特征

根据钻探揭露，场地内自上而下分为填筑土、残积土、含碳质灰岩等，现分述如下：

①填筑土：黄色、灰褐、黑色等，稍湿-湿。主要成分为粉质粘土。

②残积土：褐色、黄色、黑色等，湿—很湿，可塑，其中与填筑土接触带部分为软塑。成分以粘粒为主，部分孔段为黑色泥炭。

③强风化含碳质灰岩：灰黑色至黑色，主要成分为方解石，夹黑色碳质页岩,部分已风化成黑色泥质物。岩石质量指标为极差。

④中风化含碳质灰岩：灰-灰黑色，主要成分为方解石。岩石较完整，岩石质量指标为较好。

2、场地水文地质条件

滑坡区水文地质条件较复杂，滑坡影响区内汇水面积约0.3km2，地表水最大流量达到近1000L/s。坡顶由于前期滑体变形已使公路下排水隧洞错位变形，给雨水下渗至坡体提供了良好的通道；另外，现场调查发现已有多处渗漏点，雨水下渗极易软化路堤及边坡土体造成边坡滑塌等地质灾害。

三、边坡支护结构设计

1．设计计算参数

1）混凝土结构设计参数：桩的混凝土强度设计等级为C30，主筋采用HRB400；桩顶拉梁混凝土强度设计等级为C30，主筋采用HRB400；混凝土结构箍筋采用HRB335；其他钢筋混凝土结构强度设计等级为C25，主筋采用HRB335。

2）碎石：碎石、级配碎石，最大颗粒尺寸小于30mm。

3）土工格栅：双向土工格栅，抗拉强度不小于60kN/m。

4）设计所需参数系根据勘察报告并结合工程有关规范确定，填筑土、残积土、强风化含碳质灰岩及中风化含碳质灰岩的相关指标值：重度（KN/m3）（分别为21、18.5、24.5及26.5）；承载力基本容许值（kPa）（分别为198、100、220及4000）；压缩模量（Mpa）（分别为7、4、无及无）；抗剪强度凝聚力（Kpa）（分别为18、9.5、无及无）；抗剪强度内摩擦角（度）（分别为22、16、无及无）；基底摩擦系数（分别为0.3、0.25、0.30及0.55）。

2．设计方案

本滑坡滑坡体前缘土体呈整体式下滑产生滑坡鼓丘，滑坡体中及后缘、两侧张性裂缝很发育，从地形地貌、岩土特征等地质坏境条件均显示该滑坡不是很稳定。必须予以力学加固。因路基填土厚度8米以上，滑体厚度大，稳定地层埋藏深，在常用的路基防护和支挡方案种，锚固方案并不适合，同时该滑坡采用动态设计法，选用抗滑桩或者桥梁进行支挡。根据边坡综合治理的原则：坡上减载、力学加固、坡底压脚，结合建筑材料运输、施工便利，推荐两个设计方案：

1）方案1：3×20m预应力空心板梁桥

新建一座桥梁跨过该处滑坡路段。

①整体布置：桥梁全长72.64m，上部主梁为3×16m空心板结构。根据地质钻探情况两岸桥台采用桩基接盖梁式桥台，钻孔灌注桩基础，台帽为普通钢筋砼结构，台帽高1.1m。桥墩为双柱式桥墩，钻孔灌注桩基础，盖梁高1.2m。桩基采用端承桩，嵌入完整岩层深度应不小于3倍桩径。

②桥面铺装层采用15cmC40防水砼桥面铺装。

③1号桥墩、3号桥台采用板式橡胶支座，0号桥台、2号桥墩采用F4滑板支座。

2）方案2：单矩形抗滑桩

采用矩形排桩支护，排桩参数由计算确定：桩身截面1.4×2.8m，桩顶标高281.00m，桩长不等，进入中风化岩3m。

桩顶设连梁，连梁宽度2.8m，厚度0.6m；

放坡：回填至原路基顶面标高，按一般路基坡比放坡，第一级1:1.5，第一级1:1.75，台阶宽2m；

以上两方案，抗滑桩设置位置根据《公路路基设计规范》，设置在滑坡厚度较薄、推力较小、锚固段地基强度较高以及有利于抗滑的位置。

3）方案比较

抗滑桩完全依靠支撑，支撑结构需要很强大，钢筋混凝土工程量大，对基岩抗滑能力要求高，还梁桥采用简支梁桥结构直接跨越塌方严重路段，桩基采用嵌岩桩，避免再次垮塌；抗滑桩结构简单，梁桥比单纯用抗滑桩复杂，施工难度相对较大，工期较长；路基施工方面需分层碾压，因塌陷路基碾压空间小，不利于大型压路机施工，路基质量控制难度大，梁桥直接跨越，无需施工路基；抗滑桩比梁桥工程造价低。

综合考虑，优先推荐单矩形抗滑桩方案。

3．抗滑桩的计算

利用理正6.0版，把滑动面状况分成8段。桩物理参数为：桩纵筋合力点到外皮距离35mm；桩箍筋间距200mm；墙后填土内摩擦角25度；墙背与墙后填土摩擦角17.5度；墙后填土容重19kN/m3；横坡角以上填土的土摩阻力120kPa；横坡角以下填土的土摩阻力120kPa；推力分布类型矩形；桩后剩余下滑力水平分力1028kN/m；桩前剩余抗滑力水平分力0kN/m；

桩身所受推力计算假定荷载矩形分布:桩后:上部=428.333kN/m，下部=428.333kN/m；桩前:上部=0.000kN/m下部=0.000kN/m；桩前分布长度=6.000m。

桩身内力计算方法:m法，即背侧为挡土侧；面侧为非挡土侧。背侧最大弯矩=15166.662kN-m距离桩顶9.143m；面侧最大弯矩=0kN-m距离桩顶0m；最大剪=4314.301kN，距离桩顶13.714m，最大位移=2mm。

经计算桩长为14m、12m与10m三种，截面形状方桩，桩宽1.4m，桩高2.8m，桩间距2.5m，嵌入段土层数3，桩底支承条件铰接。

4．各段支护结构设计与动态调整原则

抗滑桩桩基布设成折线型，桩基与滑动面垂直、应力分散垂直，再本场地起伏复杂，因此本整治设计采用动态设计法，所有支护结构位置可随微地貌以及施工揭示的地层环境适当调整。调整原则如下：1）桩顶连梁顶面标高281.00m；2）桩进入中风化岩层3m。

四、施工技术要求：

1）抗滑桩采用人工挖孔施工，但场地存在软弱土层，存在一定风险，施工前应做好施工预案。施工应跳挖进行；2）抗滑桩桩顶连梁主筋需连续，全部采用焊接连接，不得采用绑扎；3）抗滑桩平面位置可视现场情况适当调整。

五、施工监测、检测要求

1．监测内容

本项目施工结束后，需进行2年沉降观测，观测内容为：1）支护结构应力和位移的测量；2）路基、路面裂缝观察，挡土墙内处的地下水位变化；3）地表水、地下水水位。

施工过程中要求保持监测的连续性，特别应加强雨天和雨后的监测，一旦出现危害边坡安全的趋势，及进发出警报，以便及时采取紧急措施。

2．工程检测要求

1）抗滑桩采用钻芯和超声波检测数量不少于10%，剩余部分采用低应变法检测；2）采用透水性强的填料的回填，如粗砂，碎石等，压实系数不小于0.94；3）未尽事项，按有关规范和地区规定执行。

六、结束语

从施工完成至现在，差不得有3年多，本处抗滑桩防护措施使路基滑移得到根本治理，可见一个好的防护设计方案，即增强了路基稳定性，又节略工程造价。