均質紅黏土高陡邊坡綜合方案研究與選擇

黃明恨

摘 要：對橫七路左側均質紅黏土高陡邊坡支護設計方案研究過程進行介紹，根據(jù)實際工程和地質條件對邊坡穩(wěn)定性進行分析，提出兩種綜合設計方案，通過對比各方案優(yōu)缺點確定最終設計方案，對類似工程支擋與防護設計具有參考意義，希望能為工程技術人員在加固類似邊坡中提供思路。

關鍵詞：紅黏土;高陡邊坡;支擋與防護設計;格賓擋墻;旋噴樁;錨索抗滑樁

1 概況

柳州市柳東新區(qū)核心區(qū)橫七路K1+940～K2+100段左側設有高度約35 m路塹高邊坡，同時距坡頂16 m和35 m處有兩座不能拆除的高壓鐵塔，分別為220 kV仁官二線13號、110 kV仁塘一線29號鐵塔?，F(xiàn)狀邊坡為開挖狀態(tài)，每級坡高8 m，平臺寬度2 m，第一至四級邊坡挖方坡比分別為1：1、1：1、1：1.25、1：1.50，坡頂暫時未出現(xiàn)裂縫?，F(xiàn)根據(jù)最新地勘對邊坡進行重新設計。其特征為：用地條件受限，道路線位、標高無法調整，邊坡高、陡，坡體為均質紅黏土，道路路面標高以下10 m為白云巖。根據(jù)《建筑邊坡工程技術規(guī)范》（GB 50330-2013）規(guī)定，該邊坡需按照“第七章 坡頂有重要建（構）筑物的邊坡工程”進行設計。

2 巖土工程條件

道路地處桂中，屬亞熱帶季風氣候，炎熱多雨，年間氣溫從零下2℃至39℃，平均降雨量1 453.8 mm，雨季集中在4-8月。沿線為荒坡，已經(jīng)開挖清表，地勢起伏不大，地貌屬柳東巖溶準平原。

根據(jù)最新邊坡工點地勘資料顯示K1+940～K2+100段左側為35 m高的高邊坡，坡體為均質紅黏土，道路路面標高以下10 m為白云巖。紅黏土以褐黃色為主，稍濕，結構緊密，硬塑狀為主，局部堅硬狀，手指壓土芯留微痕，斷面呈顆粒狀，土質較均勻，無搖振反應，干強度高，韌性較高，局部含少許氧化鐵錳質。中風化灰質白云巖為淺灰色，厚層狀沉積巖，碎裂狀～塊狀巖體結構，無泵鉆進進尺稍慢，感覺較平穩(wěn)，

隱晶質結構，主要礦物成份為白云石，取上巖芯多呈碎石、碎塊、大塊狀，較新鮮，性脆質硬，巖塊不易擊碎，風化閉合裂隙較發(fā)育，滴鹽酸反應不明顯，巖芯采取率80%～85%，風化程度為中風化。

3 紅黏土工程特性

紅黏土具有滲透性差、吸水膨脹、失水收縮大等特性。這類地區(qū)的許多新建道路在施工過程中就出現(xiàn)一邊施工開挖、一邊溜塌、坍塌的現(xiàn)象。紅黏土挖方邊坡坍塌是由于邊坡淺層土體，在濕熱交替的氣候條件下，在濕脹干縮效應與風化

作用影響下形成裂隙切割，土體產(chǎn)生收縮開裂，故紅黏土中裂隙較發(fā)育。收縮性強的紅黏土，在地形突起、向陽、植被少的地段，裂隙密度大，延伸深，一般達3 m～4 m，個別地區(qū)達十余米。裂隙使土體完整性破壞，降低了土體的強度，增大了土體的透水性，構成土體穩(wěn)定的不利因素，兼之水的入滲，導致土體強度衰減，喪失穩(wěn)定。

另外，邊坡淺表強風化層內的土體，吸水過飽和，在重力與滲透壓力作用下，將沿坡面向下產(chǎn)生溜塌。溜塌常發(fā)生在雨季，可以在邊坡淺表的任何部位發(fā)生，與邊坡坡率無關，降雨時，雨水沿裂隙入滲，形成了土體的軟弱結構面，即使坡率小于1：2仍可能出現(xiàn)坍塌、滑動破壞，滑坡剪切出口多位于路基頂面以上。紅黏土挖方邊坡的破壞模式與一般土的圓弧滑動有明顯的區(qū)別。紅黏土挖方邊坡的失穩(wěn)主要是裂隙滲水引起的，故需要進行路基排水和邊坡防護的綜合設計，及時引排地表水和地下水。

4 穩(wěn)定性分析

4.1 定性評價

由于邊坡體土質均為紅黏土，穩(wěn)定性差，若坡體前緣道路繼續(xù)開挖至設計標高處時，坡體臨空較高，坡體會進一步發(fā)展或在雨水作用下，該坡體極可能整體滑動。

4.2 穩(wěn)定性計算及分析

4.2.1 計算方法

根據(jù)《公路路基設計規(guī)范》（JTG D30-2015）和《建筑邊坡工程技術規(guī)范》（GB50330-2013），采用基于極限平衡理論的折線型滑動面的傳遞系數(shù)法對邊坡進行穩(wěn)定性安全系數(shù)及剩余下滑力計算。

4.2.2 計算剖面

本次計算對K2+040剖面進行穩(wěn)定性安全系數(shù)和推力計算。

4.2.3 計算參數(shù)取值

本次穩(wěn)定性計算中，邊坡潛在滑面的設計參數(shù)主要依據(jù)原路塹邊坡開挖后的坡體實際情況，由于現(xiàn)狀開挖邊坡狀態(tài)下，坡頂暫時均為出現(xiàn)裂縫，初步判斷現(xiàn)狀開挖邊坡天然工況現(xiàn)狀穩(wěn)定性系數(shù)大于1.1，暴雨狀態(tài)邊坡現(xiàn)狀穩(wěn)定性系數(shù)大于1.05;據(jù)此，按極限平衡法對坡體的穩(wěn)定性系數(shù)進行了反算后，并結合類似工程經(jīng)驗參數(shù)對比，最終綜合選取邊坡潛在滑面的設計參數(shù)如下：

根據(jù)此參數(shù)計算出邊坡不增加支護措施情況下，邊坡坡比需開挖至1：2以上，需和高壓鐵塔相關管理部門協(xié)商，二次征地，并支付鐵塔拆遷費。經(jīng)與業(yè)主商討后，對本工點計劃采用適當?shù)闹跖c防護措施，避免征地與拆遷。

4.2.4 邊坡滑動推力及穩(wěn)定系數(shù)計算成果

按照上述工況及方法進行邊坡穩(wěn)定性計算，計算結果匯總于表2，根據(jù)《公路路基設計規(guī)范》（JTGD

30—2015）和《建筑邊坡工程技術規(guī)范》（GB50330-2013）的規(guī)定，同時結合本項目坡頂含有高壓鐵塔。

綜合確定本項目邊坡工程安全等級為：一級;結構使用年限：50年。

邊坡推力安全系數(shù)取值為：工況Ⅰ（天然工況）Fst=1.30，工況Ⅱ（暴雨工況）Fst=1.10。

（1）整體穩(wěn)定性計算結果。在穩(wěn)定性計算的基礎上，按照相關規(guī)范，采用傳遞系數(shù)法和上述對應工況的安全系數(shù)，對原設計斷面進行邊坡推力計算，計算結果如下。

計算表明：

邊坡K2+040斷面天然工況下穩(wěn)定系數(shù)Fs=1.038，欠穩(wěn)定狀態(tài)，說明若繼續(xù)開挖第一級邊坡，容易產(chǎn)生邊坡失穩(wěn)。

計算結果與現(xiàn)場實際情況基本一致。

5 方案設計

5.1 方案一：樁板墻+高壓旋噴樁+錨桿掛網(wǎng)噴砼+鋼管樁+截排水工程

在邊坡坡腳設置直徑2 m的圓形抗滑樁，樁間距4 m，以抵抗邊坡的主要剩余下滑力，防止邊坡由道路坡腳剪出破壞，樁身采用C30鋼筋混凝土;樁后采用高壓旋噴樁加固邊坡紅黏土，使之固化成為一個復合式擋土墻結構，一方面可以防止邊坡從抗滑樁樁頂產(chǎn)生越頂滑動，另一方面高壓旋噴樁對樁后土體有改良作用，可以減小樁后剩余下滑力;高壓旋噴樁樁徑0.5 m，樁間距1.1 m，28d樁身強度不小于2.0 MPa，90d樁身強度不小于4 MPa;同時在各級坡面設置錨桿掛網(wǎng)噴砼+土工格室植草防護，起到坡面封水作用，避免邊坡產(chǎn)生淺層滑動。

我國在八、九十年代對高壓旋噴樁的應用取得了全面發(fā)展，實踐證明此法對處理淤泥、淤泥質土、粘性土、粉土、沙土、人工填土等具有良好的效果。然而在高壓旋噴樁發(fā)展過程中，人們最開始都是將其功能著重放在傳遞上部結構的豎向荷載上面，忽略其承擔水平荷載的能力。隨著工程發(fā)展需要，高壓旋噴樁抵抗水平荷載的能力日益得到重視與應用，有時甚至成為主要治理手段，用以控制工程設計的整體穩(wěn)定。

本工點高壓旋噴樁采用單管法施工工藝，高壓噴射注漿法是利用鉆機把帶有噴嘴的注漿管鉆進土層的預定位置后，以高壓設備使?jié){液成為20 MPa～40 MPa的高壓射流從噴嘴中噴射出來，沖切、擾動、破壞土體，同時鉆桿以一定速度逐漸提升，將漿液與土粒強制攪拌混合，漿液凝固后，在土中形成一個圓柱狀固結體（即旋噴樁），以達到加固地基或止水防滲的目的。

鋼管樁為施工期間臨時措施，基于保證抗滑樁施工期間內側邊坡變形得以控制，為抗滑樁施工贏得時間，以確保施工期間邊坡安全，實施于坡頂高壓鐵塔周圍，鋼管樁長20 m，間距1.5 m，孔徑130 mm，內置108×6 mm鋼管和3×φ22鋼筋，注漿采用M30水泥漿。

優(yōu)點：能有效地解決邊坡永久性安全問題，不二次征地，不用拆除坡頂鐵塔;

缺點：造價高，高壓旋噴樁施工工藝復雜，質量不可控，需專業(yè)施工隊。

5.2 方案二：錨索抗滑樁+加筋格賓擋墻+錨桿掛網(wǎng)噴砼+鋼管樁+截排水工程

在邊坡坡腳設置直徑2 m的錨索抗滑樁，樁間距3 m，以抵抗邊坡的主要剩余下滑力，防止邊坡由道路坡腳剪出破壞，樁身采用C30鋼筋混凝土，錨索采用普通拉力型錨索，設計抗拔力

750 kN;抗滑樁頂設置加筋格賓擋墻，起填土反壓作用，防止邊坡從抗滑樁樁頂產(chǎn)生越頂滑動;在原有第三、四級坡面設置錨桿掛網(wǎng)噴砼+土工格室植草防護，起到坡面封水作用，避免邊坡產(chǎn)生淺層滑動。

加筋格賓擋墻作為近年來涌現(xiàn)出的新型支擋結構物，與傳統(tǒng)的圬工擋墻相比，在某些方面具有較明顯的優(yōu)勢：

（1）加筋格賓擋墻最大的特點是墻高可以做成很高，遠超傳統(tǒng)圬工擋墻的12 m墻高。對于某些需收縮坡且不能做橋的路段，尤其適用。

（2）加筋格賓擋墻是柔性結構，能適應地基較大的不均勻變形，對地基承載力要求較低。

（3）施工簡便。加筋格賓擋墻的組成構件（面板、筋材、路緣石等）均可以預制，除需壓實機械外，施工時一般不需配備其它機械，易于掌握。同時施工效率高，可縮短工期和節(jié)省勞力。

（4）抗震性能好。由于加筋格賓擋墻結構所具有的柔性能吸收地震的能量，故具有剛性結構物無法與之比擬的抗震性能。

（5）造型美觀。墻面板可以根據(jù)需要、受力特點進行各種設計、造型，并使之拼裝成造型美觀的建筑物，改善道路景觀。

（6）投資省。加筋格賓擋墻面板薄、基礎尺寸小，與重力式擋墻相比，可節(jié)省圬工數(shù)量95%～97%，造價可比漿砌石擋墻和鋼筋砼擋墻減小20%～60%以上。擋土墻高度越大，節(jié)省資金越多。

鑒于以上優(yōu)點，本方案選用了加筋格賓擋墻（如圖6、圖7）。

優(yōu)點：能有效地解決邊坡永久性安全問題，不二次征地，不用拆除坡頂鐵塔;

缺點：造價較低，錨索抗滑樁施工工藝復雜，格賓擋墻為新型柔性擋墻結構，需專業(yè)施工單位。

6 方案比選

綜合比較，推薦影響范圍較小、造價較低、施工相對簡便的方案二。

7 推薦方案施工步驟及主要注意事項

7.1 施工步驟

不穩(wěn)定邊坡治理工程施工一定要嚴格按照設計要求的施工工序進行，總體上施工的先后順序如下：鐵塔外緣鋼管樁——坡頂截排、防水措施——第三、四級邊坡錨桿掛網(wǎng)噴砼及掛網(wǎng)植草防護——第三、四級平臺截排、防水措施——錨索抗滑樁——加筋格賓擋墻——第一、二級平臺截排、防水措施等——抗滑樁樁前土體開挖——市政排水構造設施。有多級工程時一般由上往下逐級施工，在條件允許時，可對部分支擋工程進行交叉作業(yè)，但應加強監(jiān)測，及時調整工程措施。必須嚴格遵循開挖一級、防護一級的施工順序。本項目待錨索抗滑樁施工完畢以及格賓擋墻施工完畢后，方可開挖樁前土體至路面設計標高。

7.2 注意事項

（1）抗滑樁施工應嚴格執(zhí)行跳挖法施工，以保證施工

安全。抗滑樁施工完畢后方可進行樁前削坡施工。

（2）鋼絞線采用無粘結鋼絞線，錨固段需剝除無粘結鋼絞線外側的保護套，并將鋼絞線拆散后用柴油或有機溶劑反復清洗除盡油脂，再用清水沖洗，待除去油脂后重新編索。嚴禁使用未除去油脂的鋼絞線施工。

（3）根據(jù)邊坡巖土地質情況，該段邊坡土體較松散，直接鉆進成孔易發(fā)生塌孔，為保證錨索成孔質量，全部土層成孔鉆進須采用鋼套管跟進，設計采用φ127 mm×4 mm無縫鋼套管。為保證錨索長效性，錨索錨固段須保證進入穩(wěn)定完整基巖不小于10 m（中風化白云巖），根據(jù)該邊坡地層情況，單根錨索進入中風化白云巖約12 m。

（4）禁止采用重型機械施工格賓擋墻，以免對抗滑樁造成不利影響。

（5）路塹邊坡施工期監(jiān)測主要采取地表位移監(jiān)測和深孔位移監(jiān)測，以坡體變形數(shù)據(jù)來修正設計，指導施工，以確保施工安全，并且檢驗工程效果。運營期的監(jiān)測有地表位移監(jiān)測、地下位移監(jiān)測、地下水位監(jiān)測及錨桿（索）預應力監(jiān)測等，監(jiān)測周期為坡體開挖至建成營運后不少于兩年，對于重點復雜邊坡或滑坡視坡體變形情況予以延長。

8 總結

由于紅黏土具有高液限、高塑性、高含水率、高孔隙比、較高強度和較低壓縮性等特性，干縮開裂和邊坡穩(wěn)定性差是工程的主要問題。水對路塹邊坡的影響極大，紅黏土挖方邊坡的失穩(wěn)主要是裂隙滲水引起的。其次，對于高、陡的均質紅黏土邊坡采用單一支護形式造價和施工難度過高。

故對于紅黏土高陡邊坡治理應遵循“治坡先治水”原則，再根據(jù)經(jīng)濟性和施工難易程度，綜合比選后采用多種防護形式組合的設計方案。希望能為工程技術人員在加固類似邊坡中提供思路以及實際工程案例支撐。

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