關(guān)于高邊坡治理技術(shù)的探討

李輝

摘 要：在該邊坡坡頂出現(xiàn)裂縫并處于臨界狀態(tài)時，及時采取有效措施進行治理，此時治理工程易于施工，也較為經(jīng)濟。如任其發(fā)展成整體滑動，必將造成巨大的經(jīng)濟損失。結(jié)合邊坡實際地形及地質(zhì)情況，深入分析邊坡破壞的形成機制并進行穩(wěn)定性分析，按照“防治結(jié)合、一次根治、不留后患”的原則，采用技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全可靠的工程措施對該邊坡進行綜合治理。

關(guān)鍵詞：高邊坡設(shè)計 施工

一、工程概況

某高速公路是國家重點干線的組成部分，也是省會連接旅游的交通要道。該路中的湯口互通立交A 匝道AK3+698～AK3+888 段右側(cè)路塹邊坡位于山腳下，原設(shè)計為五級，每級高8m，最大坡高42m。該坡坡頂坡口線外沿傾向線路方向發(fā)現(xiàn)一弧形拉裂縫，自下向上裂縫寬度約10～45cm，其中裂縫最高位置位于AK3+785，距開挖坡口線平距約62m，高差約45m。根據(jù)現(xiàn)場情況分析，該邊坡處于暫時穩(wěn)定的臨界狀態(tài)，如任其發(fā)展導致整體滑動將直接損壞在建的高速公路和堵塞其下的河道，必將造成巨大的經(jīng)濟損失，且無法保證高速公路的如期建成。為確保下一步施工及運營階段的安全，必須對該坡出現(xiàn)的裂縫進行治理。

二、邊坡的地質(zhì)環(huán)境及結(jié)構(gòu)特征

1．邊坡的地質(zhì)環(huán)境

該邊坡屬于構(gòu)造侵蝕中山區(qū)，山勢陡峭，地形復雜，植被發(fā)育。邊坡兩側(cè)均發(fā)育有小沖溝，其下逍遙溪沿線流過，河谷深切呈“V”字形，邊坡自然坡度一般在20°～53°。該邊坡大地構(gòu)造單元屬地臺之下，次級構(gòu)造為褶皺束。外圍主要發(fā)育有斷裂，斷裂發(fā)育方向55°，發(fā)育長度33KM，傾向南東，傾角55°～77°，屬壓性斷層，而湯口斷裂，發(fā)育長度12KM，走向310°，傾向北東，傾角80～90°，具張扭性，屬配套斷裂。受上述地質(zhì)構(gòu)造影響，邊坡內(nèi)節(jié)理極發(fā)育。該邊坡上覆第四系全新統(tǒng)殘坡碎石土（Qel+dl4 ），下伏基巖為震旦系休寧組下段（ 1 1 Z X ）硅化粉砂巖，粉砂巖間夾有薄層的泥巖，泥巖層厚0.2m 左右，泥質(zhì)砂巖和石英砂巖呈韻律式出現(xiàn)。地層產(chǎn)狀變化較大，總體上為NWW/NE∠35～40°。

2．邊坡的結(jié)構(gòu)特征

該邊坡為一順傾向巖質(zhì)邊坡，傾向NNE，為小夾角的順向坡。經(jīng)人工開挖后坡面坡度為50°～53°，巖層的產(chǎn)狀為N10～20°E/SE∠50～53°。巖體結(jié)構(gòu)特征十分復雜，呈塊狀、次塊狀、鑲嵌及碎裂狀，結(jié)構(gòu)面有斷層、軟弱帶、層間錯動帶等。邊坡內(nèi)節(jié)理裂隙密集，結(jié)構(gòu)面相互切割巖體呈碎裂結(jié)構(gòu)，多為壓扭性，局部為張性，裂縫寬1～3mm，個別達100mm，裂隙中充填有巖屑、粘土、粉砂、裂面上多為硅質(zhì)、泥質(zhì)或錳質(zhì)氧化薄膜，其巖體結(jié)構(gòu)多表現(xiàn)為碎塊狀巖體、塊狀～裂塊狀巖體。

三、變形破壞的形成機制及穩(wěn)定性評價

1．變形破壞的形成機制

（1）坡面表層第四系殘坡積層較厚，結(jié)構(gòu)松散，孔隙度大；下伏強風化粉砂巖風化強烈，巖質(zhì)松軟，且風化層厚度大，受外界因素影響時易失穩(wěn)。

（2）受構(gòu)造切割的影響，巖體節(jié)理裂隙極發(fā)育，巖體被切割呈棱形塊狀，目前強風化層巖體均為破碎結(jié)構(gòu)和塊裂結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定性差。

（3）巖層傾向與邊坡坡面小傾角斜交，有利于順向滑移，后期的構(gòu)造運動（錯動）、卸荷風化等地質(zhì)作用的改造，破壞了巖體的原有結(jié)構(gòu)。

（4）開挖切坡，形成臨空面，改變了原自然坡體的應力狀態(tài)，為塊體失穩(wěn)提供了滑移崩落空間。

（5）降雨滲入，浸潤軟弱結(jié)構(gòu)面也是誘發(fā)因素之一。

2．邊坡的穩(wěn)定性評價

（1）坡體的物理力學性質(zhì)

表1 計算參數(shù)綜合取值表

物理力學參數(shù)是影響坡體穩(wěn)定性評價的重要因素。要獲得符合坡體工程特性的參數(shù)難度較大，選擇強度參數(shù)時應考慮到坡體的巖性、應力應變歷史和時間效應。該邊坡的物理力學參數(shù)在考慮上述因素后，通過現(xiàn)場直接進行大剪、便攜剪切等剪切試驗實測，同時輔以反算和工程類比，得出的結(jié)果如表1。

（2）坡體滑動面的確定

滑面的確定是穩(wěn)定性評價中極為重要的問題，對坡體的

穩(wěn)定性評價應選用最危險的破壞面來進行。對較為破碎的巖

土體，如考慮C 值的影響，滑面一般呈圓弧狀。從幾何角度

來看，圓弧是由圓心和半徑構(gòu)成的圓的一部分弧段，所以確

定最危險的滑面實際上就是確定滑面所在的圓弧的圓心和半

徑。直接搜索法先給出圓心可能出現(xiàn)的區(qū)域，并找出該點與

坡體邊界點的最大和最小距離，然后從最小距離開始以一定

的步長增量為半徑，計算邊坡的穩(wěn)定性系數(shù)，最后找出穩(wěn)定性系數(shù)最小的圓心位置和半徑，以此來評價坡體的穩(wěn)定性。通過對現(xiàn)場的地形及地質(zhì)情況分析，確定AK3+799 處為邊坡的主滑斷面，則選該主滑斷面進行滑面搜索，結(jié)果見下圖圖3：AK3+799－3 計算剖面所示；同時結(jié)合該邊坡出現(xiàn)裂縫的位置、該邊坡的地質(zhì)勘察報告以及按設(shè)計進行開挖后的邊坡情況，推出其可能的滑面分別如下圖圖1：AK3+799－1 計算剖面（滑體剪出口位于第一級邊坡中部）和圖2：AK3+799－2 計算剖面（滑面剪出口位于第一級邊坡底部）所示，并采用有限元搜索其可能的滑面（見下圖AK3+799－1 計算剖面）。通過對AK3+799－1、2、3 三個剖面進行穩(wěn)定性計算，從而得出該邊坡的穩(wěn)定性結(jié)果。

圖1 AK3+799－1 計算剖面

圖2 AK3+799－2 計算剖面

圖3 AK3+799－3 計算剖面

（3）邊坡穩(wěn)定性計算及結(jié)果分析結(jié)合該邊坡的結(jié)構(gòu)特征及其各種荷載情況，尤其是該地區(qū)降雨豐富的特點，擬定以下三種計算工況。工況①：天然狀態(tài)。僅僅考慮邊坡的自重力，計算時采用

最危險的破壞面上的天然c、φ 值，容重采用坡體的天然容重；工況②：天然＋飽水。在工況①的基礎(chǔ)上，再加上地下水的作用，坡體變形后在坡體的后緣和中部均產(chǎn)生了許多和滑面貫通的拉張裂隙，在計算時應考慮靜水壓力的影響；工況③：天然＋飽水＋地震。在工況②的基礎(chǔ)上，再加水平地震力的影響（a 取為0.005）。根據(jù)該邊坡的物理力學參數(shù)，采用AK3+799－1、2、3所示的三個計算剖面，利用極限平衡的基本理論和方法，得

到的計算結(jié)果如下表2。從計算結(jié)果可看出，在工況①的情況下，AK3+799-1、2 兩個計算剖面邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)，AK3+799-3 計算剖面邊坡穩(wěn)定性差；在降雨或者暴雨的影響下，坡體穩(wěn)定性系數(shù)降低，坡體失穩(wěn)可能性非常大。從目前該邊坡坡口外緣已出現(xiàn)裂縫的情況分析，AK3+799-2 計算剖面得出的計算結(jié)果與現(xiàn)場情況十分吻合，同時說明目前該邊坡處于臨界穩(wěn)定狀態(tài)，必須及時對其進行治理以確保施工及運營階段安全。

表2 邊坡穩(wěn)定性計算結(jié)果表

四、邊坡治理工程方案設(shè)計

1．推力計算

為確保治理工程安全可靠，必須正確選擇設(shè)計工況。結(jié)合該邊坡坡體的地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)特征及各種可能出現(xiàn)的荷載情況，采用工況②為設(shè)計工況。鑒于該邊坡的復雜性及破壞后后果非常嚴重，將該邊坡的設(shè)計等級確定為一級，其安全系數(shù)取1.2。

表3 AK3+799－2 剖面推力計算結(jié)果

采用規(guī)范推薦的不平衡推力傳遞系數(shù)法對該邊坡的推力進行計算， 參數(shù)采用和穩(wěn)定性評價時相同的參數(shù)。因AK3+799-2 計算剖面較AK3+799－1、3 兩個計算剖面更為不利，且其與現(xiàn)場情況十分吻合，故重點對AK3+799-2計算剖面進行計算，其推力計算情況見表3，其AK3+799-2剖面推力曲線圖如圖4。據(jù)此得出該邊坡設(shè)計工況下的推力為2573.33KN/m。

2．工程治理方案設(shè)計

通過深入分析該邊坡失穩(wěn)的形成機制、邊坡現(xiàn)今所處變形破壞狀態(tài)以及邊坡未來將經(jīng)受的環(huán)境條件變化等特征，同時結(jié)合該邊坡的現(xiàn)狀，擬定以下兩種治理方案：

方案一：錨拉抗滑樁+預應力錨索+排水+坡面局部防護；

方案二：預應力錨索+排水+坡面局部防護；

方案一中因有錨拉抗滑樁，使施工難度增大且工期延長，

但有利于邊坡的長期安全；方案二施工較為簡便快捷，但隨著時間的推移和受外界因素的干擾，施加預應力的錨索會出現(xiàn)不同程度的松弛，不利于邊坡的長久穩(wěn)定。因該段A 匝道左側(cè)為高邊坡，右側(cè)下方下挖8m 后為主線路基，目前尚未開挖，但進一步施工必會對A 匝道左側(cè)高邊坡產(chǎn)生影響。故從該邊坡的復雜性、重要性及長久的安全角度出發(fā)，選取方

案一為本邊坡的治理方案。

3．具體的工程治理措施

該邊坡共五級，原設(shè)計為錨桿框架防護?，F(xiàn)自下而上數(shù)第四、五級邊坡已防護完畢；第二、三級邊坡已開挖完畢，錨桿框架也已部分施工；第一級邊坡部分開挖，尚未防護。則根據(jù)邊坡現(xiàn)狀，具體治理措施如下。

（1）在坡口線外再增設(shè)一道截水溝，每級平臺設(shè)一排水溝，將坡面內(nèi)的水引至截水溝排走；在第一、三級邊坡每片框架內(nèi)設(shè)一20m 長仰斜排水孔將坡體內(nèi)的裂隙水排走。

（2）第五級邊坡維持原設(shè)計不變；對第四、三、二級邊坡已施工錨桿框架的部分，在每片框架3X3m 格內(nèi)增設(shè)一根錨索，每排兩根；在第三、二級邊坡未施工錨桿框架的部分改錨桿框架防護為錨索框架防護，每排3 根。第四級錨索長40m；第三級錨索長35m；第二級錨索長30m。錨索傾角均為25°，縱豎向間距3X3m。每根錨索由7 束φs15.24 高強度低松弛無粘結(jié)鋼絞線組成，錨索設(shè)計荷載為800KN，錨固段長為10m。

（3）AK3+714～834 段第一級邊坡頂平臺頂處每6m設(shè)一根斷面尺寸為1.8mX2.6m 錨索抗滑樁，抗滑樁長20m，共21 根，樁頂設(shè)兩根錨索，錨索長25m，上排錨索傾角為28°，下排錨索傾角為20°，每根錨索由7 束φs15.24 高強度低松弛無粘結(jié)鋼絞線組成，錨索設(shè)計荷載為800KN，錨固段長為10m。

（4）第一級邊坡仍采用錨桿框架防護不變，錨桿長度調(diào)整為6m。

五、邊坡治理工程的施工

1．施工工序與施工方法

在該邊坡的工程治理方案確定以后，如何組織實施并使加固措施及時發(fā)揮作用就成為首要問題，確定合理的施工工序和施工方法最為關(guān)鍵。

水是影響邊坡穩(wěn)定的重要因素之一，對本邊坡的影響更十分明顯。所以首先進行截水溝、平臺水溝及邊坡內(nèi)仰斜排水孔的施工，使之形成完整的邊坡排水系統(tǒng)，將坡面水及坡體內(nèi)的裂隙水及時排走，將水對邊坡的影響減至最小。

由于該邊坡處于暫時的臨界穩(wěn)定狀態(tài)，任何外界的干擾都可能導致邊坡的再次失穩(wěn)，所以在進行加固措施的施工過程中應盡量少擾動邊坡。本邊坡在進行排水工程施工后，立即進行第四、三級邊坡的錨桿框架內(nèi)的錨索施工，再依次進行第三、二級錨索施工，最后進行抗滑樁施工。因為錨索的施工對邊坡擾動較小，張拉錨固后能立即發(fā)揮作用，為后面的施工提供有力的保障，而抗滑樁的施工對邊坡的擾動較大，特別是樁進入錨固深度后需放炮開挖，對邊坡的擾動更大，所以應在第四、三和二級邊坡錨索施工完成后方可進行抗滑樁的施工。如為搶工程進度，在上面錨索工程未發(fā)揮作用前，即進行抗滑樁施工是得不償失的。

為減少對邊坡的擾動，在抗滑樁施工時，要求先從兩端開始，每隔兩根挖一根分批跳槽開挖，依次向中間匯合，當基坑開挖進入錨固段必須放炮時，要求“短進尺、弱爆破”，嚴格控制炸藥用量和鉆眼深度。

2．動態(tài)施工盡管在治理工程實施之前，對該邊坡進行了詳細的地質(zhì)勘察，但也無法徹底了解其地質(zhì)情況，所以在治理方案確定以后，對其后的施工過程進行跟蹤，并請有專業(yè)資質(zhì)的單位對該邊坡進行監(jiān)測。通過仔細分析每個鉆孔鉆出的芯樣、鉆機的鉆進速度和抗滑樁基坑揭示的地質(zhì)情況，并結(jié)合監(jiān)測單位反饋的信息，對錨索及抗滑樁的長度做合理調(diào)整；對邊坡的防護范圍也做了一定的調(diào)整；對施工工序也實行動態(tài)調(diào)整，如監(jiān)測反映邊坡變形情況穩(wěn)定，且在第四、三級錨索已部分發(fā)揮作用的前提下，為加快工程進度，同意其施工兩端的抗滑樁，當情況不利時立即調(diào)整。另外，根據(jù)邊坡現(xiàn)場的出水情況將仰斜排水孔的位置及數(shù)量也作了相應調(diào)整，使之更符合實際排水要求?？傊?，在監(jiān)測單位的配合下，施工和設(shè)計緊密結(jié)合，做到“動態(tài)設(shè)計、信息化施工”。

六、結(jié)語

根據(jù)高邊坡的地質(zhì)環(huán)境條件，在對邊坡結(jié)構(gòu)特征詳細調(diào)查的基礎(chǔ)上，分析評價其變形破壞的形成機制，利用極限平衡的基本理論和方法對邊坡穩(wěn)定性進行計算和分析，對該邊坡的動態(tài)設(shè)計和信息化施工進行闡述，采用錨拉抗滑樁+預應力錨索+排+坡面局部防護的治理方案，使邊坡變形得到控制，整個邊坡已趨于穩(wěn)定。

參考文獻

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注：文章內(nèi)所有公式及圖表請用PDF形式查看。