常吉高速公路五强溪库岸边坡稳定分析及处理

李颂军 芦 冰

（湖北水总水利水电建设股份有限公司 武汉市 430034）

1 工程概况

常德至吉首（常吉）高速公路是国家西部大开发战略重点建设项目，该高速公路桩号K169+200～K171+900段约2.7 km范围内位于五强溪库区沅水河岸半山腰上，路基为半挖半填，地质条件较差，岩石产状较陡，岩石倾向与地形坡向基本一致，均倾向河床，为顺坡向地段，岩层节理裂隙发育，部分地段存在边坡失稳可能，对其进行稳定性评价，并有针对的进行边坡处理十分重要。

2 边坡稳定性评价

2.1 岩土体物理力学指标

根据地质勘察资料，边坡稳定性计算采用的岩土体物理力学指标见表1。

表1 边坡稳定性计算岩土物理力学指标取值表

2.2 计算工况

该边坡安全等级为I级，根据《公路路基设计规范》（JTJD 30-2004）稳定计算的工况考虑正常工况和非正常工况Ⅰ，其安全系数分别取1.2和1.1。

2.3 荷载条件

自重：包括现有边坡，公路路堤填方，在基本工况下，岩土体取天然容重，特殊工况下取饱和容重；

外荷：现有建筑物；

地下水位：根据水文地质确定；

水库水位：正常工况取正常蓄水位108.0 m静水位，非正常工况Ⅰ取五强溪电站规划扩机蓄水位114.0 m静水位。

2.4 稳定计算

根据岩土体物理力学指标、计算工况和荷载条件，采用不平衡推力传递法进行边坡抗滑稳定安全系数。

根据边坡地形地质情况，桩号k169+735～k169+970反向坡段处于稳定状态，其余坡段分6段选取9个不同的典型剖面进行计算。本文以桩号k169+200～k169+460段为例计算边坡稳定安全系数，该段为顺向坡段，地形较陡，山顶高程约200 m左右，在150 m高程以上地形坡度变得平缓，岩石产状与边坡走向基本一致，公路开挖后路基填筑厚度较大，坡度较陡，约在35°～40°，下方有少量覆盖层覆盖。该段边坡岩性以泥质粉砂岩、粉砂质泥岩为主，岩性较软弱，中间夹有（2～5）m的砂岩，岩性软硬相间。考虑边坡沿软弱夹层的整体滑动问题，选取可能存在的滑动面以上岩土体进行整体稳定性计算，典型剖面1-1桩号为k169+258，详见计算简图（附图）。

附图 计算简图

采用相同方法对各个剖面分别进行计算。

2.5 边坡稳定性分析结论

边坡整体稳定安全系数计算结果表明：正常工况下，各计算剖面稳定安全系数均略大于1.0；非正常工况Ⅰ下，除5-5剖面稳定安全系数略大于1.0外，其它各计算剖面稳定安全系数均小于1.0，边坡处于极限平衡或处于蠕变变形阶段，在外界条件改变时，可能存在边坡失稳而产生滑坡，需采取工程整治措施进行加固，确保安全。

3 边坡处理

3.1 计算方法及计算结果

计算方法采用《公路路基设计规范》和《水库滑坡与防治技术》推荐的传递系数法。

基本假定：

●在顺滑动主轴方向的地质纵断面图上，按滑面的产状和岩土性质划分为若干铅直条块，由后向前计算各条块分界面上的剩余下滑力即该部位的滑坡推力。

●每段滑体的下滑力方向与其所在的条块的滑面平行。

●横向按每米宽计算，略去两侧摩擦阻力不计。

●视滑体为连续而无压缩的介质，由后向前传递下滑力做整体滑动，不记滑体内部的局部应力作用。

●作用在任一分界面上的推力分布图形，当滑体上层和下层的滑动速度大体一致时，可假定为矩形；对软塑体或流塑体滑坡，底部滑速往往大于其表层，其推力分布图形为三角形；介于上述两种情形之间为梯形。

滑体上的作用力分为基本力系和特殊力系两类，特殊作用力在可能出现的情况下才列入计算。

（1）基本力系：滑体自重Wi、自上一条块传递来的剩余下滑力Ei-1、下一条块产生的支撑力Ei、滑床反力Ni、滑面的抗滑力Ti。

（2）特殊作用力：

① 作用在条块上的外部荷载P

② 动水压力Di（滑体饱水或其下部饱水且与滑带水相连通时考虑）

③ 滑床上产生的浮托力：Ui

④ 裂隙充水的静水压力：pwi、pw(i-1)

⑤ 滑头水系有压头H0的承压时的浮托力S’i

⑥ 地震力：Ehsis

基本力系作用下的剩余下滑力计算

当 Ti＜0 时，应取 Ti=0。

式中Ti，Ti-1——第I和第I-1滑块剩余下滑力（kN/m）；

Fs——稳定系数；

Wi——第I滑块的自重力（kN/m）；

αi，αi-1——第I和第I-1滑块对应滑面的倾角（°）；

Φi——第I滑块滑面内摩擦角（°）；

Ci——第I滑块滑面岩土粘聚力（kN/m）；

Li——第I滑块滑面长度（m）；

ψi——传递系数。

边坡各剖面的正常工况下单宽剩余下滑力计算结果如下表2。

表2 单宽剩余下滑力计算结果表

3.2 边坡处理方案

根据安全、合理、经济的设计原则及计算的单宽下滑力，边坡处理方案如下：公路以上边坡以2 000 kN级预应力锚索加固为主，公路以下覆盖层较厚边坡以抗滑桩加固为主。各段的具体整治方案如下：

（1） 桩号 k169+220～k169+460 段，公路上边坡设置2 000 kN级锚索1排，水平间距为6 m，公路下边坡设置2 m×3 m抗滑桩和2 000 kN级桩锚各1排，水平间距6 m。

（2） 桩号 k169+460～k169+735 段，设置 2000kN级锚索 2～6排， 水平间距 （4～6）m； 2 m×3 m 抗滑桩2～3排，水平间距6 m。公路上边坡局部范围内的滑塌体需进行清除减载，并在坡脚设挡土墙支挡。公路下边坡的河岸坡脚进行回填反压。后缘拉裂缝采用粘土回填处理。开挖坡面设置15 m深排水孔，间距5 m。公路上部开挖坡面采用草皮护坡，回填反压区水下部分塞克格宾护脚，水上部分雷诺护垫护坡。

（3） 桩号 k169+970～k170+400 段，设置 2000kN级锚索0～2排，水平间距6 m；2 m×3 m抗滑桩0～1排，水平间距6 m。对4-4剖面附近，公路外侧弃碴场进行削坡减载，河岸坡脚回填反压。后缘拉裂缝采用粘土回填处理。开挖坡面设置15 m深排水孔，间距5 m。回填反压区水下部分塞克格宾护脚，水上部分雷诺护垫护坡。

（4） 桩号 k170+400～k170+700 段，设置 2 000 kN级锚索3～4排，水平间距6 m；2 m×3 m抗滑桩0～1排，水平间距6 m。公路上边坡的二次滑坡体及其后部覆盖的土石松散体削坡减载，并在坡脚设挡土墙支挡，河岸坡脚回填反压。后缘拉裂缝采用粘土回填处理。开挖坡面设置15 m深排水孔，间距5 m。公路上部开挖坡面采用草皮护坡，回填反压区水下部分塞克格宾护脚，水上部分雷诺护垫护坡。

（5） 桩号 k170+700～k171+100段，在公路下边坡设置2 m×3 m抗滑桩和2 000 kN级桩锚各1排，水平间距6 m。

（6） 桩号 k171+300～k171+900段，在公路下边坡设置2 m×3 m抗滑桩1排，水平间距6 m。河岸坡脚回填反压，回填反压区水下部分塞克格宾护脚，水上部分雷诺护垫护坡。

3.3 施工注意事项

3.3.1 预应力锚索工程施工

（1）分散承压型预应力锚索不同于常规的集中受拉型锚索，是一种更适应较差地质条件的新型锚索。锚索施工单位必须具备分散承压型预应力锚索的施工经验和业绩。

（2）锚索孔开孔偏差控制在10 cm以内。孔斜误差不大于孔深的2%。在钻进过程中，随时记录钻进速度、回风、返碴等情况。锚孔钻进过程中，若出现不回风、不返碴、塌孔、卡钻等现象或因地质条件复杂节理裂隙发育，渗水量较大及岩石破碎等情况，按设计要求进行孔道固结灌浆处理。

（3）钢绞线为外带PE层的无粘结钢绞线。下料长度按照锚索设计长度截取，将无粘结钢绞线锚头嵌固端挤压套安装处去皮洗油。钢绞线及其他索体附件按施工图纸要求编排并绑扎成束，钢绞线与锚头嵌固端挤压套采用GYJA型专用挤压机挤压连结。钢绞线采用无锌铁丝编帘，并按内锚段承载体的分组要求，对钢绞线采用不同颜色的胶带缠绕粘贴在张拉段绞线端头进行分组编号区分。锚索体采用无锌铁丝捆扎。锚索体入孔前，用高压风将孔道再次冲洗，锚索外露长度必须满足张拉施工操作。索体就位后，及时将锚索外露部分包裹，以防污损。

（4）锚索灌浆采用纯水泥浆一次性全孔灌注。砂浆标号不低于M20。锚索封孔灌浆采取有压自下而上进行。

（5）锚索孔浆体的水泥结石达到设计强度后，进行锚索张拉。压力分散防腐型锚索由于其内锚头的各组钢绞线长度不一，采用单根预紧、单根张拉方式，先张拉锚具中心部位钢绞线，后张拉锚具周边钢绞线，按照间隔对称分序进行。一个张拉循环完毕，进行下一个张拉循环，直至达到设计张拉力。

张拉前，须对千斤顶、高压油泵及压力表测力计进行配套标定并绘制其标定曲线，以作为锚索正式张拉的控制依据。标定不合格的张拉设备和仪器不得使用，标定间隔期不超过6个月。张拉设备和仪器遭强烈碰撞，必须重新标定后才准使用。

张拉作业采用应力应变双控分级张拉程序。张拉过程要缓慢、连续、匀速加荷，达到设计荷载的1.05～1.1 倍后，稳压（10～20）min 后锁定。 锁定后的48 h内，若锚索应力下降到设计值以下时进行补偿张拉。张拉应力分级程序为：预紧→25%σ→50%σ→75%σ→100%σ→105%σ。

（6）锚具外的钢绞束除留存15 cm外，切除其余部分。外锚头按设计要求用混凝土保护，外锚头（含外露钢绞线）保护层的厚度不小于10 cm。

3.3.2 抗滑桩工程施工

（1）抗滑桩要严格按设计图及其技术要求和相关规程、规范施工。应将开挖过程视为对滑坡进行再勘察过程对待，及时进行地质编录，以利于反馈设计。

（2）桩孔以人工开挖为主，开挖前应平整井口，并做好施工区的地表截、排水及防渗工作。抗滑桩的开挖由两侧向中间的顺序施工，采用间隔方式开挖，孔口作锁口处理。若使用放炮的开挖方式，要求现场进行爆破试验，并根据实验结果严格控制装药量。

（3）桩孔开挖过程中应及时排除孔内积水，尤其靠近河边的桩孔，需做好防渗措施，严防发生透水事故。

（4）松散层内桩孔开挖过程中应及时进行钢筋混凝土护壁，每开挖1 m，及时浇筑一节护壁。

4 结论

常吉高速公路五强溪库岸边坡按上述方案进行处理后，边坡保持着稳定状态，目前运行情况良好。说明以预应力锚索和抗滑桩为主的综合处理边坡的方法加固效果较好，对类似边坡的加固处理具有一定的借鉴作用。

1 GB 50021-2001.岩土工程勘察规范[S].

2 JTJD 30-2004.公路路基设计规范[S].

3 王连新.水库滑坡与防治技术[M].武汉：长江出版社，2005.

4 SL 386-2007.水利水电工程边坡设计规范[S].

5 CECS 22-200.岩土锚杆（索）技术规程[S].北京：中国计划出版社，2005.