长沙市107319国道绕城公路西南段边坡综合整治设计.docx

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长沙市107319国道绕城公路西南段边坡综合整治设计

长沙市107、319国道绕城公路西南段

K23+060～K23+240左侧路堑边坡

滑坡综合整治设计说明书

长沙交通学院

二00三年二月十日

目录

一、设计依据

二、边坡稳定性评价

三、滑坡综合整治方案

四、边坡临滑实时无线监测系统与预报

五、滑坡综合整治材料

六、施工顺序

七、抗滑桩设计与施工要求

八、预应力锚杆设计与施工要求

九、防护与排水工程设计

一十、抗滑桩、锚杆工作特性检测

一十一、施工监测要求与应急整治措施

一十二、滑坡综合整治工程汇总表

一、设计依据

1、《K23+060～K23+240左侧路堑边坡补充工程地质勘察报告》，湖南省交通规划勘察设计院，2001年2月；

2、《长沙三环西南段K23+080至K23+240边坡监测、稳定性分析与综合整治方案》，长沙交通学院，2002年9月；

3、《长沙三环西南段K23+080至K23+240—220蠕动边坡监测与失稳综合整治建议》，长沙交通学院，2003年1月；

4、《长沙市绕城高速公路三环西南段K23+080～220边坡地形地貌与防护工程测绘图》，长沙交通学院，2002年9月；

5、《长沙三环西南段K23+080至220边坡地下岩层移动监测、预测分析》长沙交通学院，2003年1月；

6、《建筑基坑支护技术规范》，中华人民共和国建设部，JGJ120－99；

7、《建筑桩基技术规范》，中华人民共和国建设部，JGJ94－94；

8、《建筑边坡工程技术规范》，中华人民共和国建设部国家质量监督检验检疫总局，2002年8月1日实施。

二、边坡稳定性评价

1、边坡变形、破坏过程

K23+060～K23+240区段边坡于2000年7月开始施工，至11月底边坡及防护工程完成，2001年3月29日鱼鳞护坡及截水沟上方山体出现多处裂缝，4月下旬连续下雨，影响至窗式护坡段，出现长120多m的不连续横向开裂，截水沟上方山体裂缝进一步发展长达60多m，宽20cm、深30cm左右，滑坡后缘、侧翼和切出部位的拉张、剪切、挤出裂缝已经形成。

特别是2002年8月，K23+080～K23+220区段边坡出现了显著的蠕动变形、破坏失稳特征，2002年12月蠕动变形发展演化出现破坏失稳，局部发生滑坡。

（1）、位于窗孔式护面墙表面的砌石及勾缝和砂浆表面有十几处裂缝群，个别严重的区域有鼓起剥落观象，砌石错位，突出翘起原设计表面。

（2）、位于窗孔式护面墙顶部平台上出现平行于公路轴线、垂直公路轴线、40º~60º与公路轴线相交的裂缝，裂缝宽度目测一般大于50mm，最宽处大于1500mm，顶部平台的排水沟、水沟面开裂，漏水严重。

经过多次现场踏勘，这些裂缝进一步扩展的趋势比较明显（特别是雨后）。

（3）、位于鱼鳞式护坡面表面，弧形砂浆砌石体开裂、错位，虽然表面植被已成活，但仍能观测到坡面的显著破坏裂缝。

（4）、位于鱼鳞式护坡面顶部平台，即原设计砌块式水沟面上出观宽度不等，方向不同的裂缝群，裂缝宽度目测一般大于10～500mm，水沟砌块之间开裂较为明显，有水时会出观严重漏水观象。

（5）、位于原设计水沟上方的由于二次卸载施工而未采取防护措施形成的裸坡面，和后期开挖形成的临时砂浆封面的水沟结合处，有较明显的错台下沉观象，原砂土岩面与砂浆抹面水沟下侧有宽度约为5～6cm的下沉缝，在舌状顶部尤为明显。

（6）、滑坡前部边沟、护坡档墙等剪切、挤出裂缝形成，扩展趋势明显波及路面。

2、边坡变形、破坏原因分析

从边坡变形、破坏内因分析，受旋回褶皱活动和走滑、裂陷活动影响，坡体内小断层较为发育，泥盆纪佘田桥组砂岩于K22+600附近逆冲于五强溪组板岩之上，倾角50º~60º，受其影响，K23+060、K23+220处可见挤压破碎痕迹，K23+060～K23+220为挤压破碎带，挤压破碎带内发育糜棱岩化、片理化、构造透镜体及角砾岩，结构较松散，造成边坡稳定性较差，从A-A'地质剖面可以看出，压碎岩产状紊乱、出露高程不一，也主要是由于构造挤压原因形成的。

边坡变形、破坏中水的作用是外因，小块石质土、含砾高液限粘土干燥时易产生裂隙，其整体性差，结构松散透水性较强；为地表水下渗的良好通道；强风化角砾岩、压碎岩透水性较差，为良好的隔水层。

在上部土体未开挖前，由于土层的相互作用制约和支撑作用，土体处于平衡状态，边坡坡面稳定。

开挖后降雨（尤其是长期的绵绵阴雨）通过小块石质土、含砾高液限粘土下渗至强风化角砾岩、压碎岩上，边坡土体逐渐饱和，甚至在隔水层上形成了暂时的含水层，使含砾高液限粘土层表层逐渐软化，土的物理力学性质逐渐降低，形成软弱面，这样一方面增大了边坡土体的容重，降低了土体内聚力，另一方面还产生了静水压力和动水压力，使边坡稳定性大大降低。

这样一方面长期阴雨汇集了坡面地表水，为边坡不稳提供了水的条件；另一方面公路施工切断了小块石质土、含砾高液限粘土层，山坡上方土体失去下方土体的支撑，平衡破坏，产生裂缝。

另外，K23+125～K23+203左侧挡土墙后坍塌后局部地段曾进行过大量回填，调查表明，该回填土层位于E-E'前方坡体内，挡土墙上方，窗式护坡至鱼鳞型护坡之间，厚度约为0.2～3.50m左右，从K23+130～K23+180左侧对应部位边坡鼓胀变形情况不难看出，这部分回填土对坡体稳定影响甚大，是边坡产生变形的重要原因。

3、边坡稳定性初步判断

边坡变形、破坏路段路基设计标高为51.55～52.52m左右，当时已开挖至设计标高位置。

从地貌特征分析，现边坡坡比为1：

1至l：

1.25，K23+130～K23+170鼓胀现象明显且不断发展；K23+140～K23++180段左侧65.0m附近裂缝亦不断变宽、变深、条数变多，K23+160窗式护坡内地下水呈细股状渗出等迹象可推测，边坡变形、破坏有失稳滑动迹象——边坡不稳定，尚在蠕动发展之中，如不采取跟踪观测和有效的措施整治处理，边坡变形、破坏会进一步恶化，并有可能沿强风化角砾岩与砂岩层之间于挡土墙顶部54.00m左右，或碎石土层与角砾岩、粘土层于窗式护坡标高为58.00m左右处产生滑动面，导致滑坡的后果。

故必须进行边坡变形、失稳预测预报和滑坡及时处理，确保边坡不再继续发生大规模的变形、破坏乃至滑坡。

4、挡土墙稳定性评价

从现场分析可知，挡土墙在边坡变形早期，有效地处理解决了因构造破碎原因造成边坡表层的剥落、风化与浅层失稳，然而随着边坡变形、破坏的发展，挡土墙对上部土体、深层土体的变形、破坏已失去控制作用。

5、蠕动边坡监测与变形失稳预测

（1）、蠕动边坡滑体后缘裂缝变形监测

蠕动边坡滑体后缘裂缝变形监测变化表明，后缘裂缝变形的发展预示蠕动边坡滑体处于不稳定的状态。

（2）、蠕动边坡滑体地下水位监测

蠕动边坡滑体地下水位变化监测变化表明，经过水平放水孔施工，边坡地下水位明显降低，但是随着降雨滑体地下水位出现不同程度增大变化，诱使蠕动边坡变形增大，滑体处于不稳定的状态。

（3）、蠕动边坡滑动面监测

通过地下位移监测，监测成果汇总与分析，蠕动边坡滑动面共计有三层，浅部是由于当时施工后引起的，中部是由于整体蠕动变形所致，深部是由于中部的滑动诱导出现，失稳体规模5~7万m3）与蠕动边坡滑坡后缘、侧翼和切出部位的拉张、剪切、挤出裂缝已经贯通。

特别是2002年8月以来，K23+080～K23+220区段蠕动边坡长期的变形、破坏导致出现了显著的失稳特征，12月发生了局部两级边坡滑坡，大规模整体滑坡仍在孕育之中，滑坡发生不可避免，只是外因如降雨、震动和内因岩土体强度的流变降低等因素控制演化发生早晚问题。

6、蠕动边坡稳定性评价

利用非垂直条分推力法和SARMA法对蠕动边坡进行稳定性分析与评价，进而提出蠕动边坡稳定性和安全性的加固方案。

（1）、当前蠕动边坡稳定性分析与评价

蠕动边坡稳定稳定系数见表所示。

表1蠕动边坡稳定稳定系数表

剖面

C-C`

A-A`

B-B`

G-G`

疏干状态

F.O.S

0.687

0.776

0.854

0.762

疏干前

F.O.S

0.860

0.845

0.930

0.845

疏干后

F.O.S

0.893

0.877

0.968

0.877

全疏干

（2）、当前蠕动边坡失稳锚索（杆）加固稳定性分析与评价

锚索（杆）加固蠕动边坡稳定稳定系数见表所示，第二级边坡四排锚索，单宽锚固力250KN/m，第一级边坡二排锚杆，分矮墙上下部分，每部分单宽锚固力250KN/m。

表2蠕动边坡稳定稳定系数表

剖面

C-C`

A-A`

B-B`

G-G`

加固状态

F.O.S

0.860

0.845

0.930

0.845

疏干后

F.O.S

1.055

0.986

1.122

1.002

疏干

+

锚索（杆）

（3）、当前蠕动边坡变形安全性分析与评价

在当前蠕动边坡失稳锚索（杆）加固的基础上，在矮墙位置布置单排抗滑桩，单宽抗滑力1000KN/m，蠕动边坡变形安全性系数见表所示。

表3蠕动边坡变形安全性系数表

剖面

C-C`

A-A`

B-B`

G-G`

疏干状态

F.O.S

1.055

0.986

1.122

1.002

疏干

+

锚索（杆）

F.O.S

1.278

1.170

1.375

1.212

疏干

+

锚索（杆）

+

抗滑桩

F.O.S

1.071

1.001

1.084

1.035

不疏干

+

锚索（杆）

+

抗滑桩

三、滑坡综合整治方案

1、当前蠕动边坡建议的整治原则

通过上述初步分析，结合紧临路段边坡设计和相似失稳边坡的治理经验，现制定如下边坡整治原则：

（1）、蠕动边坡监测工程的布置与变形、失稳预测预报，跟踪观测蠕动边坡的变形规律与失稳，防止出现安全事故。

（2）、鉴于蠕动边坡上部山体多条开裂裂缝、下部护面墙、挡土墙漏水、渗水、落水，当前应以应急措施——治水为重点，既要截排地表入渗水患，又要疏干降低边坡内部水压，因地制宜，设置综合排水系统。

（3）、当前蠕动边坡失稳锚索（杆）加固稳定措施

（4）、当前蠕动边坡变形安全措施

（5）、如蠕动边坡体上的排水盲沟等排水措施，蠕动边坡体地表外水应采取环形截水沟，阻止地表水流入，边体表面应平整夯实，用粘土填塞裂缝，修整好地表排水系统，在地下水出露处用引水沟把水引入路基边沟、排水沟或通过盲沟把地下水排出边体外。

此外，还应在路基边沟坡顶处布置水平钻孔，10m左右间距，以降低蠕动边坡体地下水位。

2、当前蠕动边坡建议的加固整治方案

（1）、加固整治方案I

建议采用I、II级抗滑桩方案（I、II级抗滑挡土墙方案），抗滑桩方案桩位灵活、省时省料、施工设备简单，经济、安全；抗滑挡土墙方案宜布置在现挡土墙位置。

（2）、加固整治方案II

建议采用抗滑桩—锚索（杆）方案，蠕动边坡体下部抗滑桩方案，中下部锚索（杆）方案。

（3）、加固整治方案III

建议采用锚索—锚杆方案。

（4）、削坡减重方案IV

建议采用削坡减重，放缓二级边坡坡度，开挖减重形成三、四级边坡方案。

（5）、左侧箱涵通道与反压护坡方案V

此区段边坡是开挖路堑形成的三级边坡，利用反压护坡技术，采用中央分隔带形成左侧箱涵通道配以部分回填方式方案。

根据现场实际情况、整治措施实施的可行性，初步分析与讨论，建议采用加固整治方案II——采用抗滑桩—锚索（杆）方案。

具体加固防护形式，建议根据蠕动边坡的稳定性监测预测与评价，结合工程造价、工期要求等进行综合整治设计。

3、当前蠕动边坡加固防护总体建议整治设计

（1）、滑坡治理

锚索，2排，I级边坡坡面布置，间距2m，长17m~24m。

锚杆，4排，II级边坡坡面布置，间距3m，长17m~24m。

（2）、路面变形治理

抗滑桩，1排，I级边坡边沟矮墙布置，间距5m，长11m、13m、15m。

（3）、边坡防护及景观

I级边坡护面墙——浆砌石块修补，填石注浆整体固化。

II级边坡维护。

III级边坡左侧削坡减重，并植草护面。

（4）、主裂缝后缘山坡截水沟

在主裂缝后缘3m~5m山坡上布置截水沟。

（5）、水平放水孔维护

I、II级边坡水平放水孔维护；

抗滑桩中间设置水平放水孔。

（6）、路基边沟防渗维护

四、边坡临滑实时无线监测系统与预报

利用边坡临滑实时无线监测系统（如图所示），进行边坡动态监测，成功地预报了边坡左侧局部滑坡，同时对整体滑坡进行监测（监测成果如图所示）。

滑坡位移监测探测仪

滑坡监测发射主机及供电

滑坡监测接收主机

五、滑坡综合整治材料

φ18mm代表Ⅰ级钢fy=240N/mm2

φ20mm代表Ⅱ级钢fy=340N/mm2

抗滑桩及锚杆锁口混凝土墩强度等级为C30

高强度精扎螺纹钢采用32j钢K40Si2MnVfy=885N/mm2

高强度精扎螺纹钢采用25j钢K40Si2MnVfy=950N/mm2

水泥采用42.5普硅水泥

六、施工顺序

滑坡整治施工顺序为：

边坡临滑实时无线监测系统与预报；

滑坡削坡减重；

边坡截水沟施工；

预应力锚杆施工：

锁口墩施工→钻孔→洗孔→下锚杆→注浆→固结→锁固→施工完毕；

抗滑桩施工：

基坑开挖与支护→布筋与注浆施工→施工完毕；

边坡防护；

水平放水孔；

抗滑桩工作特性器件布设与检测；

锚杆工作特性器件布设与检测。

七、抗滑桩设计与施工要求

A、抗滑桩设计

抗滑桩布置如图所示，主要参数如下：

K23+80至K23+130，抗滑桩长15m，断面2.5m×2.0m，8根（滑动面以下深度6m）；

K23+130至K23+160，抗滑桩长13m，断面2.5m×2.0m，5根（滑动面以下深度6m）；

K23+160至K23+210，抗滑桩长11m，断面2.5m×2.0m，7根（滑动面以下深度5m）。

B、抗滑桩施工要求

1、抗滑桩采用人工挖孔桩；

2、保证桩位、桩长、桩断面满足要求，桩位偏差轴线和垂直轴线均不得超过50mm，垂直度偏差不得大于1%，充盈系数不小于1.1，孔底沉渣厚度不大于5cm；

3、抗滑桩钢筋数量、规格长度应满足设计要求，主筋焊接搭接长度不小于10d，同一截面接头面积不大于50%，且相邻接头错开35d（d为主筋的直径），主筋保护层厚度为50mm；

4、抗滑桩质量检测采用低应变动测检测桩身完整性，检测数量不少于总桩数的20%，且不得少于10根；

5、未尽事宜必须满足《建筑桩基技术规范》要求（JGJ94－94）。

八、预应力锚杆设计与施工要求

A、预应力锚杆设计

预应力锚杆布置如图所示，主要参数如下：

K23+80至K23+130，预应力锚杆长24m，锚固长度15m；

K23+130至K23+160，预应力锚杆长20m，锚固长度13m；

K23+160至K23+210，预应力锚杆长17m，锚固长度11m。

第一级边坡二排锚杆，梅花眼布置，行距2m，排距2m，预应力锚杆直径25m；

第二级边坡四排锚索，梅花眼布置，行距2m，排距3m，预应力锚杆直径32m。

B、预应力锚杆施工要求

1、每一排预应力锚杆施工完毕，在下一排施工前应进行预应力锚杆的张拉试验，试验数量每排不少于3根，以确定设计参数；

2、锚杆制作应严格按设计要求下料，长度误差不应大于50mm，杆材搭接长度不应少于8d，双面焊接每2m设定位器；

3、钻孔孔位在水平方向误差不大于100mm，垂直方向误差不大于50mm，钻孔偏斜度小于2%，孔深应超过设计深度0.5～1.0m；

4、注浆液采用纯水泥浆，水灰比0.4～0.5，根据施工情况可掺和适量早强剂，采用二次注浆，第一次注浆压力0.5～0.7MPa，第二次1.0～1.5MPa，固结度28d强度不低于20MPa；

5、锚杆灌浆养护7～8天，锚固体强度达到设计强度的70%后方可进行张拉锁定，张拉力为设计拉力的40%左右；

6、施工中应抽取不少于总锚杆数1%的锚杆进行张拉试验，被检查锚杆由设计、监利人员现场确定，张拉荷载取设计荷载的80%；

7、未尽事宜，应满足《建筑基坑支护技术规程》的有关规定。

九、防护与排水工程设计

防护与排水工程设计如图所示。

1.减重范围

从Ｋ23＋080到Ｋ23＋140，在滑体上方进行减重削坡；

2.截水沟工程

整治工程对截水沟的位置进行了重新调整，新建的截水沟长度为143米，其具体布置见“防护与排水工程布置图”。

3.防护工程

对于减重后出现的第三级边坡，坡面采用植草防护。

4.维护工程

一级、二级边坡的防护与原来的坡面防护形式相同，对局部破坏与变形的部份则进行局部的修补。

一十、抗滑桩、锚杆工作特性检测

A、抗滑桩工作特性检测

抗滑桩工作特性检测主要包括抗滑桩完整性超声波检测、桩体载荷检测、桩体位移检测，见其具体工程布置图。

B、锚杆工作特性检测

锚杆工作特性检测主要利用ZY型锚杆拉力计进行检测。

一十一、施工监测要求与应急整治措施

A、施工监测要求

为确保滑坡整治施工的安全，不影响行车安全，要求随时掌握滑坡整治施工整个过程中的边坡动态变化，因此必须在施工过程中实施信息法施工，施工监测包括对滑坡滑动监测和对整治工程的监测，及时预报施工中出现的问题，并把获得的信息通过修改设计反馈到施工工作中去指导施工。

1、检测的内容

（1）滑坡对公路的危害观测；

（2）滑坡体深层水平位移观测（测斜）；

（3）抗滑桩结构位移与沉降观测；

（4）锚杆应力监测。

2、监测要求

（1）观测基准点至少为1个，基准点距滑坡边线不少于30m。

（2）监测范围

主要监测抗滑桩结构位移，每个抗滑桩监测点数量不少于2个，具体布置情况由设计、监理、监测单位现场确定。

（3）观测精度要求

沉降观测误差﹤0.5mm；

水准测量闭合﹤±0.8mm；

位移观测误差﹤5.0mm。

（4）边坡应进行至少两次初值观测，在抗滑桩开挖初期和维持阶段，监测间隔时间为3～7天，开挖卸荷急剧阶段，间隔时间为2～3天，如变形速率接近警戒值，应局部加密至0.5～1.0天。

（5）观测资料要及时整理出变形量及沉降速率等，并绘制位移（D）～时间（T）关系曲线图，沉降（S）～时间（T）关系展开曲线图。

3、监测预警值

抗滑桩坑顶总变形为30mm，或连续2天以上变形速率达到5mm/d。

4、未尽事宜应满足相应规程。

B、应急整治措施

1、在位移、沉降过大区域根据产生的原因，或加密锚杆，或坡顶卸荷，或对破碎边坡体采用小范围小压力注浆加固；

2、局部坡面剥落坍塌的处理，迅速自下部锚杆处加密竖向花管并注降，竖向花管同下层锚杆焊接；

3、施工单位应备有足够的施工抢险物资，包括花管、水泥、砂、编织袋、彩条布等；

4、现场成立应急处理领导小组，能够随时对现场应急情况做出正确处理。

一十二、滑坡综合整治工程汇总表

滑坡综合整治工程汇总表包括抗滑桩工程数量表、锚杆工程数量表、排水工程数量表、边坡削坡土石方数量表、坡面防护工程数量表和检测工程数量表。