海南地区某普通路堑边坡处治方案设计

    每年的5月份就进入到海南地区的雨季，海南地区的雨季具有频发性和高降雨强度特点，基本一个月中就有20天的雨期，且一半的时间降雨强度均可算作暴雨。以儋州为例，查询相关气象情况如下（ps：在我们工程设计中降雨期及雨强也是一个重要衡量标准，大家如果找不到相关资料，推荐大家在此网站上进行查询，虽然是国外的资料，但是特别全，足够我们使用https://www.worldweatheronline.com/）

      由于雨期原因，一些设计坡率较缓且本身符合规范要求的边坡发生了开裂破坏情况，不仅局限于高边坡，在普通边坡中也会遇到，施工时已经按照设计要求开挖一级支护一级，但由于雨期与岩土体本身性质使然，边坡仍然会发生变形开裂，根据现场挖探情况，本边坡岩土体为均质全风化泥质砂岩，黏土含量高，岩层破碎，由于二级边坡坡顶已出现拉张裂缝，且两侧剪切裂缝已基本贯通，现场已安排做反压坡脚处理，目前没有再进一步发生变形破坏。该边坡及防护于半年前完成，原设计坡率一二级边坡均为1:1.25，期间未发现任何变形，自5月份进入雨季以来，由于多日的强降雨导致岩土体抗剪强度下降从而导致变形破坏。

      注：从以上分析来看，半年建成未有任何变形痕迹，施工中并有位移桩监测，但5月1日进入雨季以来大约20天时间，二级边坡顶部发生拉张裂缝，这说明天然工况下是没问题的，暴雨工况时岩土体受到雨水浸入，岩层本身破碎，黏土含量高，无明显层理，本边坡可看做是类土质边坡暴雨工况下抗剪强度下降、节理裂隙发育贯通形成的潜在圆弧滑动面（图中f），坡顶的剪入口验证了此种模式。

    根据边坡情况，上部坡顶有两颗古树不能移，多余占地方案不能考虑，同时现场让挖机对坡脚平台进行开挖2m，发现坑内全部为全风化泥质砂岩层，承载力低且软弱，初拟比选方案中曾考虑6m高路堑墙进行下级边坡支挡（面坡1:0.2），然后上部根据计算结果进一步放缓坡率或设置分级宽平台（6m）后原设计坡率考虑锚杆框架支挡，但由于基底实际情况，由于长时间墙背的土体向下挤压可能会发生挡墙坐船破坏，且该位置较为特殊，圬工量大美观性也有折扣，因此最终建议边坡处治方案为：保持原设计坡率1:1.25不变，一级边坡与二级边坡分别采用锚杆与锚索框架梁进行加固，同时一级边坡设置一排仰斜式排水孔，保证潜在滑动面可及时排出坡内水。

2、边坡稳定性分析方法  

      边坡稳定性评价遵循“以定性分析为基础，定量计算为手段”的原则，根据边坡类型和可能的破坏形式确定边坡稳定性计算方法。根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）并结合高等级公路工程建设经验，公路边坡为规则坡形边坡，可看做二维平面应变问题，建立二维边坡模型采用极限平衡法分析其稳定性。根据本项目挖方岩土层特点，并需要根据下滑力进行锚杆（索）的锚固力设计，建议采用《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）7.2.2中推荐的不平衡推力法（传递系数法显示解）作为主计算方法，滑动面自动搜索时采用力矩与剪力均平衡的摩根斯坦法配合使用，同时为了体现边坡坡脚应力集中等特点，更为综合的评价边坡稳定性，采用数值模拟法进行校核，分析边坡的应力应变分布，合理确定填挖方边坡的坡率及加固方案。  

3、边坡稳定性分析评价流程  

（1）分析工况

边坡稳定性分析工况根据项目特点及边坡基本特征，共分为2组计算工况。天然工况下的稳定性，考虑天然自重+地下水位的组合，无地下水时考虑天然自重情况下的稳定性。暴雨工况下的稳定性及地震工况下的稳定性，根据路基规范3.6.11条条文说明要求作为校核工况，对暴雨工况下边坡采用地勘报告提供的饱和抗剪强度进行计算。其中路基安全系数取值遵循以下原则：

①与结构重要性及破坏后修复的难易程度相适应，主要考虑与公路等级相联系；

②与采用的稳定性分析方法相匹配；

③在本工程中，由于瞬时强降雨是边坡失稳的主要原因，非正常工况与正常工况均应控制设计。

（2）典型断面的选取

①该典型断面与前后断面相似，并可作为最不利断面或者可以代表其他断面；

②该断面原则上为挖方高度最高，先前破坏变形最大的断面。

（3）边坡安全系数判别标准

对边坡的稳定性分析评价，边坡的稳定性安全系数值参考《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）、《建筑边坡工程技术规范》（2015）等规范的要求，结合边坡稳定性分析既有经验综合确定。具体确定过程如下：

①稳定分析的工况、内容

本次边坡稳定性计算考虑以下两种工况：

A.正常工况：边坡处于天然状态下的工况。

B.非正常工况Ⅰ：边坡处于暴雨或连续降雨下的工况。

C.由于项目区地震烈度低，不考虑地震工况下的拟静力法计算。

②根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2015），综合考虑且根据现场的宏观判断，路堑挖方边坡按照正常工况下稳定安全系数大于1.30、非正常工况Ⅰ稳定安全系数大于1.20进行控制。

（4）岩土体物理力学参数选取

分析边坡稳定性时主要岩土体物理力学参数有密度、黏聚力、内摩擦角，根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2015），岩土体抗剪强度取值宜根据室内试验资料、监测成果反分析、极限平衡反算值、工程地质类比和当地经验综合确定分析。

本边坡岩土体抗剪强度结合详勘报告、岩土抗剪强度经验值及反分析法综合获取，反分析稳定系数选取具体为暴雨工况下稳定系数为1.0，天然工况下稳定系数为1.15。具体反分析公式及物理力学参数选取如下：

由于边坡模型后续稳定性验算将采用极限平衡法+有限元法校核的联合方法，因此考虑尺寸效应对边坡模型进行尺寸效应延伸，坡脚至下边界尺寸U不小于H，右边界至坡顶边界尺寸R不小于2H，左边界至坡脚边界尺寸L应小于1H。

4、高边坡处治后稳定性验算  

（1）采用设计坡率下的边坡稳定性分析

     设计坡形为一级边坡1:1.25,8m分级，二级边坡1:1.25一坡到顶，最不利断面二级坡高为2m。一二级边坡交界处设置2m平台，其中已有裂缝用水泥浆做填缝处理。  

      根据计算结果，最不利滑动面为一、二级边坡一同整体滑动，这与边坡现状滑动趋势一致，并考虑了边坡整体失稳时后缘的拉张裂缝应位于坡顶后方，这与本标段附近高边坡后续暴雨后进一步变形趋势吻合。天然工况下稳定系数为1.14，剩余下滑力为199.38KN/m，剩余下滑力倾角为-0.12°，二级边坡单级区域稳定系数为1.00，剩余下滑力249.85KN/m，剩余下滑力倾角为0.90°，二、三级边坡单级区域稳定系数均满足设计要求，因此不再列出，采用有限元进行校核天然工况，计算结果为稳定系数Fs=1.157，相较极限平衡法稍大，基本一致。  

（2）加固后高边坡稳定性分析  

       根据《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）及稳定性试算综合确定预应力锚杆设计锚固力不小于300KN/m，全粘结锚杆（非预应力锚杆）设计锚固力不小于120KN/m。  

      根据以上计算结果表，结合潜在滑动面深度，一级边坡采用非预应力锚杆即全粘结锚杆，长度均为12m；二级坡预应力锚索最短自由段长度为10m，锚固段长度取9.99m，每处锚索锚固体为6束钢绞线，其中2束为1单元，共3个单元，其中第一单元自由段长度为10m，锚固段长度为3.33m，第二单元自由段长度为13.33m，锚固段长度为3.33m，第三单元自由段长度为16.66m，锚固段长度为3.33m。  

     经计算，加固后高边坡正常工况下稳定系数为1.40＞1.30，暴雨工况下稳定系数为1.25＞1.20，满足设计要求。  

5、边坡处治结论  

    在原设计坡率基础上，对一级坡采用12m长锚杆框架梁防护，二级边坡施打压力分散型预应力锚索框架梁，起到固脚强腰作用。

经反分析计算，得到变形体在天然工况及连续暴雨工况下的物理力学参数，加固设计后天然工况下稳定系数为1.40＞1.30，暴雨工况下稳定系数为1.25＞1.20，满足设计要求。

结合潜在滑动面深度，一级边坡采用非预应力锚杆即全粘结锚杆，长度均为12m；二级坡预应力锚索最短自由段长度为10m，锚固段长度取9.99m，每处锚索锚固体为6束钢绞线，其中2束为1单元，共3个单元，其中第一单元自由段长度为10m，锚固段长度为3.33m，第二单元自由段长度为13.33m，锚固段长度为3.33m，第三单元自由段长度为16.66m，锚固段长度为3.33m。

预应力锚杆设计锚固力不小于300KN/m，全粘结锚杆（非预应力锚杆）设计锚固力不小于120KN/m。

平台处均应设置平台排水沟，同时对一级边坡搭配设置仰斜式排水孔，以保证边坡排水顺畅。