京承高速公路三期清水河2#桥L0桥台滑坡处理措施

马 杰

（北京市市政工程设计研究总院，北京100082）

1 工程概况

京承高速公路北京段是《国家高速公路网规划》中大广线G45（大庆－广州）的重要组成部分，全长132.4 km。北京段三期工程为京承高速公路北京段最后一部分，起点密云密兴路终点至市界，全长62.6 km。道路设计标准双向4车道，设计速度100 km/h，路基宽度26 m。工程已于2009年建成通车。

京承高速公路三期工程中清水河2#桥，是京承三期项目中的一座重要桥梁，主桥为(75+120+75)m的三跨连续刚构，采用挂篮施工；中墩最大高度为47 m，桥梁为分离式两幅桥，单幅桥面宽度13m。

该工程左幅桥(见图1)L0桥台在基础施工过程中，发现桥台处边坡存在稳定问题。经过现场多次勘察及工程分析，确认该边坡在正常工况下是稳定的，但在7度地震烈度工况下是欠稳定的（该地区抗震设防烈度为7度），需要对该边坡进行处理，以满足7度地震的抗震要求。

图1 清水河2#桥左幅桥桥型布置图（单位：cm）

2 桥台处工程地质特征

2.1 地形地貌

拟建场区在地貌单元上为剥蚀、构造形成的低山区。拟建清水河2#桥位于两山之间，由南向北跨越清水河。清水河由西向东径流，河谷呈“V”字型，谷底宽60 m左右，水面宽度约20 m。L0基础位于清水河河床南侧山坡的坡脚处，坡体向北倾斜，自然坡面倾角45°左右，其东侧和南侧为构造切割形成的陡坎，陡坎高度5～10 m，其西侧发育一条NNW向的冲蚀浅沟，该沟宽约3 m，深约2 m，其北侧受清水河河流长期冲刷侵蚀，形成台阶式陡崖。L0桥台所在坡体南北向斜坡长度60～77 m，东西向宽度约55 m。场区四周灌木丛生，地势高低不平。

2.2 地质构造

桥址区位于燕山晚期形成的杨家堡和张泉—高家庄两条断层之间。杨家堡断裂和张泉—高家庄断裂分别在桥址区东侧0.75 km和西侧1.5 km左右通过。受杨家堡断裂和张泉—高家庄断裂影响，在拟建场区形成了NNW向次级断裂（F1）、NE向次级断裂（F2）和NNW向节理破碎带（J1）。各条次级断裂和节理破碎带特征如下：

（1）F1次级断裂：F1次级断裂性质为压剪性断裂，走向NNW 352°，断层面近直立，与区域断裂杨家堡断裂约呈23°左右相交；该断裂断距3 m左右，断裂带宽2 m左右，见紫红色构造角砾岩和青灰色靡棱岩，表层风化较严重，该断裂影响宽度约10 m。受F1次级断裂切割作用和风化作用影响，L0桥台所在山体东侧形成基本直立的陡崖，陡崖高度 5～10 m。

（2）F2次级断裂：F2次级断裂性质为压剪性断裂，该断裂走向NE38°，倾向NW，倾角 70°左右，与区域断裂杨家堡断裂约呈23°左右相交；该断裂断距较小，断裂带宽2 m左右，见紫红色构造角砾岩，表层风化较严重，该断裂影响宽度约5 m。受F2次级断裂的切割作用及风化作用影响，L0桥台所在山体的南侧形成5～8 m高不等的陡崖，与后缘山体分割开。

（3）J1节理破碎带：J1节理破碎带性质为压剪性节理破碎带，走向NNW349°，节理面平直，近直立，影响宽度约3～5 m。受其影响，节理破碎带内岩体节理裂隙发育，岩体破碎，呈碎裂岩化状态，胶结一般，在L0桥台西侧17 m左右形成一条NNW向的冲蚀浅沟。

次级断裂和节理破碎带详见图2桥台处地质平面图。

图2 L0桥台处地质平面图

2.3 地层岩土性质概况

根据勘探资料，按地层岩性及其工程地质性质将岩土划分为：①层强风化白云岩，褐灰～灰白色，稍湿，节理裂隙很发育，岩芯呈碎石状、块状；②层弱风化白云岩，灰白色，稍湿，节理裂隙很发育，岩芯呈碎块状、短柱状；③层弱风化白云岩，灰白色，稍湿，节理裂隙很发育，岩芯呈碎块状、块状、短柱状。其中在②层与③层之间存在软弱结构面，该软弱结构面较平直，张开度大于3 mm，充填物为白云岩风化产物，局部钙质胶结，倾向 354°∠34～35°左右，L0 桥台东侧冲沟西侧壁上可见软弱结构面，其厚度2～10 cm。

2.4 拟建场地抗震设计条件

根据 《建筑抗震设计规范》(GB50011－2001)，拟建场地抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第一组，地震动峰值加速度系数为0.15。

3 滑坡稳定性分析

3.1 边坡的基本特征

L0基础边坡位于清水河河床南侧，坡体向北倾斜，自然坡角45°左右；基础下部岩体为白云岩，岩层产状为倾向350°∠34～45°，与坡体斜面产状基本相同。其东、南两侧受F1和F2构造切割和后期风化、冲蚀作用，已形成基本直立的陡坎；西侧受J1节理破碎带控制，亦形成了NNW向发育的冲蚀浅沟；北侧因受清水河长期冲刷侵蚀，L0基础下部岩体的部分坡脚已荡然无存，坡面临空。受上述因素控制，L0基础下部岩体形成不稳定体。

边坡滑体：坡体上部为强风化白云岩①层，褐灰～灰白色，稍湿，节理裂隙很发育，岩芯呈碎石状、块状；坡体下部为弱风化白云岩②层，灰白色，稍湿，节理裂隙很发育，岩芯呈碎块状、短柱状。

边坡滑床：边坡滑床地层为弱风化白云岩③层，灰白色，稍湿，节理裂隙很发育，岩芯呈碎块状、块状、短柱状。

边坡滑带：②层与③层之间的软弱结构面构成了该边坡潜在滑面，勘察表明该软弱结构面较为平直，倾向 354°，倾角 34～35°，L0 桥台东侧冲沟内可见软弱结构面厚度2～10 cm，局部钙质胶结。

3.2 边坡稳定性影响因素

现场实地调查及勘察表明，影响清水河2号桥L0边坡稳定性的主要因素如下：

（1）该边坡地形陡峻，坡角超过45°，坡体物质主要为弱风化～强风化白云岩，岩体破碎，节理裂隙发育，坡脚因清水河河谷切割临空，共同为滑坡的形成提供了物质基础。

（2）顺坡向的软弱结构面组合为滑坡的失稳提供了良好的潜在外倾滑移面。

（3）滑坡后缘陡倾断层（F2）为地下水的下渗提供了良好的通道，若遇强降雨，地表水顺后缘陡倾裂隙下渗，一方面在后缘形成水平水压力、在滑移面形成扬压力，同时还会软化结构面中的充填物，降低其抗剪强度指标，共同加剧边坡下滑。

（4）该区有可能发生5级以上的地震，在地震作用下可能导致边坡整体下滑失稳。

3.3 边坡稳定性评价

3.3.1计算模型及计算方法

依据边坡类型及工程地质条件，采用岩质边坡传递系数法进行稳定性计算，见图3所示，将滑坡分成12块，其中第E5块为桥台所在位置。

图3 L0边坡2-2’剖面（桥台中线）示意图

3.3.2边坡稳定性验算参数取值与计算工况

3.3.2.1稳定性计算参数

根据室内试验，边坡坡体岩石天然重度为28.2kN/m3，饱水重度为28.5kN/m3，现场勘察发现结构面软弱夹层厚度2～10cm，主要为白云岩风化产物，滑带钙质胶结充填物在天然干燥状态下的c值取 105.0kPa，φ值取 25.0°； 饱和状态下的 c值取85.0kPa，φ 值取 23.5°， 后缘断层裂隙的 c值取0.0kPa，φ 值取 23.5°。

3.3.2.2计算工况

依据该边坡的实际情况，分两大类三种计算工况,见表1所列。

表1 稳定性计算工况组合一览表

3.3.3边坡稳定性验算成果及分析

3.3.3.1滑坡稳定安全系数及稳定性评价标准

按照 《地质灾害防治工程勘查规范》DB50/143－2003的相关规定，确定L0扩大基础所在的原边坡安全等级为Ⅲ级（即维持原状不建桥），施工以后L0扩大基础的边坡安全等级为Ⅰ级；边坡稳定性安全系数取值：正常工况（非地震工况）天然边坡为1.20，I级工程边坡为1.25；校核工况（地震工况）天然边坡为1.05，I级工程边坡为1.05。边坡稳定性判别标准见表2所列。

表2 边坡稳定状态划分标准表

3.3.3.2定性评价标准结果

针对以上三种工况对2－2’剖面 （桥台中线位置）进行了稳定计算，计算结果为工况一的稳定系数为1.305，工况二的稳定系数为1.313，工况三的稳定系数为1.039；即在工况三时边坡欠稳定。其安全储备未达到相关规范要求，需采取加固措施对坡体进行处理，以提高安全储备，满足抗震要求。

4 处理措施

根据稳定分析滑坡推力计算的结果，提出了2个处理方案。一是设置7根2×2.5的抗滑桩，桩长15 m，布置在桥台以下15～20 m的位置；二是在桥台基础下方和桥台两侧分别布置3排预应力锚索（共计6排54根）。通过对工程地质条件、施工方案及工程安全的影响分析，最后采用了预应力锚索设计方案。经过锚索加固处理后，在工况三时稳定系数达到了1.054＞1.05，满足规范的稳定要求。

4.1 预应力锚索设计

在桥台附近设置多排预应力锚索，锚索长度约为24～27 m，采用高强低松弛钢铰线，锚具型号采用M15－7，其中锚固端长度为10 m，自由段长度约有15 m。共计6排54根锚索。另外在桥台下方15 m以下位置设框格梁，依据地形设置了3处，每处3排，锚索长度约为16 m、12 m，共计36束。采用高强低松弛钢铰线，锚具型号采用M15－4，其中锚固端长度为6 m，自由段长度为6～10 m。

4.2 喷锚支护

对L0桥台下裸露岩体进行锚喷支护，主要目的是防止岩体受雨水侵蚀发生崩塌。锚喷具体做法为：采用锚筋Φ22@1 m，φ8@10 cm×10 cm的钢筋网，采用C25混凝土进行锚喷，厚度8～10 cm。

4.3 灌浆封闭

对坡体裂隙进行灌浆封闭，对坡体周围裸露的软弱结构面进行灌浆封闭。

灌浆按照自下而上的加固原则，自坡角开始布置注浆管，拟采用Φ42的注浆小导管，每米布置1根，深入到裂隙中，注浆压力一般控制在0.5～0.1 MPa，最大压力1.5 MPa，当注浆压力超过1.5 MPa时，可停止注浆，必要时可间歇式注浆。

4.4 在坡顶及两侧布设截水沟，以阻断地下水下渗

在坡顶及两侧布设梯形断面浆砌片石截水沟，截水沟的设置离坡体周围裸露的软弱结构面缝隙处的距离不小于6 m。

4.5 坡脚挡墙护砌

在坡脚碎石堆积处砌筑浆砌片石挡墙、坡底C20糙面混凝土（厚25 cm）及浆砌片石护坡，目的是稳定坡脚及防止碎石滚落冲击中墩墩柱。

5 施工方法

5.1 预应力锚索施工

预应力锚索钻孔采用Φ150 mm的潜孔钻机，用Φ130 mm的导管注浆，钻孔为斜孔 （下倾角25°）；施工过程中根据发现的裂隙位置，对预应力锚索的长度进行了部分加长调整；预应力锚索灌浆采用一次注浆法，注浆采用1:0.5的水泥砂浆，注浆压力0.6～0.8 MPa，待水泥砂浆凝固收缩后，孔口再进行补充注浆。孔内水泥砂浆达到设计强度的80%，锚墩达到90%以上时进行预应力锚索的张拉。张拉采用整体张拉的施工方法，锚索预应力分级施加并锁定，逐级增加至超张拉值后锚固。锚固后，通过锚垫板上的注浆孔补充注浆，最后用C25混凝土将锚头封闭保护。

另外选择8根锚索安装GMS锚索弦式测力计，对锚索的预应力进行长期观测。

5.2 排水沟及喷锚

L0桥台两侧增设浆砌片石护坡，在浆砌片石护坡下面新增排水沟，然后引入到右侧自然冲沟，并对右侧自然冲沟进行了挂网喷混凝土。对滑坡左侧的截水沟进行了锚喷支护。

5.3 坡体裂隙进行灌浆封闭及小导管注浆

原设计小导管注浆采用Φ42小导管，在施工中部分改为Φ38无缝钢管，长度按3 m；另外在L0桥台左侧锚喷区，采用Φ90 mm潜孔钻机，用Φ70 mm的导管注浆，灌浆深度一般为8 m。

5.4 挡墙及C20糙面混凝土施工

由于地形开挖与实际有些不同，挡墙及坡底C20糙面混凝土实际施工与原设计稍有不同，但施工原则与原设计意图基本一致。

6 结语

（1）随着我国高速公路发展，公路选线不可避免会遇到不良地质，如滑坡、断层、软弱地基等，设计时应加强地勘工作，根据地质条件合理选择方案，尽量避免出现不良地质，节省工程造价。

（2）对滑坡通常处理方法有抗滑桩、抗滑锚索等。该工程由于工期紧迫，为保证工程通车，主体桥梁工程先期完成。边坡加固需要在桥梁正常安全运行的前提下进行，所以本工程选择了对桥梁基础影响较小的预应力锚索加固方案。

（3）预应力锚索在实际施工过程中，由于地形条件、地质情况等与实际有一定的差异，其位置、长度等均有不同程度的调整。边坡加固除了主体预应力锚索外，还应包括锚喷、灌浆、坡脚处理、设置截水沟等一系列辅助措施，这样才能保证加固达到预期效果。

[1]GB 50300-2002，建筑边坡工程技术规范[S].

[2]DB 50/143-2003，地质灾害防治工程勘察规范[S].