滑移弯曲型病害边坡处治反思

顺层边坡虽然多发育于地质构造较弱的区域,但往往也由于构造作用造成坡体产状发生变化,这就要求技术人员需在较大的范围内调查坡体产状的变化规律,找出其中的优势产状,并依据分段划分控制性的优势产状,进行段设计和工程处治方案设置。否则,如果仅考虑构成坡体的岩土体性质,忽略更为关键的产状对坡体稳定性的影响,就可能造成坡体处治方案的欠合理,以及工程处治的失败。
滑移弯曲型边坡病害也称连续曲面型顺层坡体,由于地质构造作用或部分重力作用,造成坡体的产状从上至下发生渐变,这就要求技术人员在较大范围内调查边坡的影响区地质环境,切忌“管中窥豹”,通过一两个点去认识面状变化的地层产状。边坡加固时,应积极进行工程补偿,依据连续渐变的顺层特征合理设置加固防护工程,防止坡脚开挖导致上陡下缓连续曲面型顺层边坡产生很大的下滑力或急剧变形。
需要说明的是,工程为了计算方便,常采用折线代替连续曲面型滑面。
某路堑边坡通过上缓下陡的自然斜坡,其中下部自然坡度约30°,上部平缓。依据现场调查,坡体主要由中风化砂质泥岩构成,产状为142°∠18°(坡向175°)。技术人员采用坡率为1:0.5~1:1设置为四级边坡,其中一~三边坡采用锚杆长为9m的框架进行防护,四级边坡采用绿化防护。

图1 原施工图设计工程地质断面图

路堑边坡开挖至路基标高附近时,坡体依附于泥化夹层发生整体滑移变形,边坡后部裂缝贯通开裂,造成边坡框架损坏,并有不断发展扩大的可能。
基于此,技术人员进行现场调查发现,该段坡体岩体产状呈渐变状,非原施工图设计时的142°∠18°稳定产状,而呈现在边坡下部产状为136°∠31°、中部142°∠20°、上部147°∠18°的渐变态势。
由于受到征地限制,故技术人员决定对坡体采用变坡率进行刷方处治。即一级边坡采用坡率为1:1.89,二~四级边坡采用坡率为1:1.5,五级边坡采用坡率为1:0.75。其中五级边坡采用挂网喷砼进行防护,其余边坡采用绿化防护。

图2 第一次变更的工程地质断面图

工程变更后实施时,在边坡开挖到二级边坡中部时,坡体再次发生滑移变形,上部已实施了的挂网喷砼边坡大规模变形,下部缓坡率边坡出现依附于软弱夹层滑移的状态。
图3 坡体滑坡变形
图4 坡体出露的顺层滑面
图5 坡体后缘贯通状裂缝
基于此,技术人员现场调查发现前期的岩体产状位置标注时存在偏差,且现场测量时对控制性的优势层面选用存在不足,坡体的产状呈现在边坡下部为145°∠18°、中部190°∠28°、上部205°∠35°的渐变态势。
在征地协调的基础上,考虑到自然边坡后部平缓,技术人员决采用统一的1:1.5坡率进行刷坡,并依据开挖现状,将一级边坡的坡高调整为15m,一级平台采用20m的宽度。
在此基础上,在坡体下部依据145°∠18°的优势产状作为潜在滑面,对一级边坡设置长12m的锚杆进行加固;二级边坡以上的坡体依据最不利的中部190°∠28°岩体产状作为控制性的潜在滑面,在每级边坡设置五排长18~30m长的锚索进行加固。

图6 第二次变更的工程地质断面图

工程施作后八年多来坡体一直保持稳定,显示顺层高边坡加固是成功的。
反思:
1、原施工图设计时虽然依据现场调查发现坡体呈顺层状,但技术人员只考虑了中风化砂质泥岩的岩性对坡体的影响,而忽略了最为重要的坡体产状,造成加固工程力度偏弱,导致坡体发生失稳。
2、第一次变更时虽然依据现场开挖面进行了必要的地质调查,也发现了构成坡体的岩体产状呈渐变状,但由于产状测量缺乏代表性和地质人员的填图偏差,导致作为工程基础上的地层资料存在严重失真。加之,由于征地限制将最上部的第五级边坡强行收陡,但却没有相应加固力度的工程处治,而只考虑到坡面防护的挂网喷砼,最终导致坡体开挖后再次失稳。
3、第二次变更结合前两次坡体的失败教训,认真核查了坡体产状,并分段采用代表性的优势层面产状作为坡体的潜在滑面进行控制设计是可行,这也是坡体最终成功治理的原因。但大平台以上高边坡的潜面滑面选取了坡体下部岩体产状145°∠18°和坡体中部岩体产状的190°∠28°两者的平均值作为潜在滑面是不合理的,造成工程处治偏于保守。
对于此类连续渐变型顺层边坡的滑面,宜结合从边坡从上至下产状的变化规律,采用折线勾绘近似代替连续曲面,从而方便工程计算,这样也比较符合控制坡体稳定性的潜在滑面形态。
4、在刷方大平台以上的高约 50m的顺层边坡治理中,没有贯彻“固脚强腰、分级加固”的原则,导致锚索从下至上呈现不断加长的不合理现象。且第级坡面上设置了5排小吨位的锚索,存在较大的优化空间。即在保持变更设计坡率不变的条件下:
1)将滑面较浅的第二级边坡锚索框架调整为钢锚管框架,与第三、第四级边坡的锚索框架共同确保大平台以上高边坡的整体稳定性。
2)考虑到岩体为中风化状,故可采用较大吨位的设计拉力,将第级边坡的5排锚索调整为4排。
3)由于大平台以上边坡高度较大,岩体产状较陡,潜在下滑力较大,故为防止溃曲病害,故仍保留两级边坡的锚索加固工程,但由于控制性的潜面滑面较浅,故可适当减小锚索长度。
4)第五级边坡的长30m锚索调整为长度12m的钢锚管框架,即该级边坡的锚固工程不参与在平台以上高边坡的整体受力,而只需确保第五级和第六级边坡的稳定即可。
经过以上调整后,在确保安全的情况下,工程的经济性指标就会有较大幅度的提高。
图7 优化后的工程地质断面图
综上,认真而严谨的工作态度是岩土工程处治方案有效确定的核心,依据地质构造合理的进行现场地质资料调查和选用代表性的岩土体特征,是岩土工程处治方案合理确定的关键。
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