山區(qū)公路高邊坡復(fù)合支護(hù)方案確定

陳鵬，周進(jìn)

（1重慶市設(shè)計(jì)院，重慶 400015；2重慶大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶 400045）

1 山區(qū)公路高邊坡的形成及支護(hù)意義

山區(qū)公路在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，作為線性工程要穿越不同的區(qū)域構(gòu)造和地質(zhì)環(huán)境，線型的采用復(fù)雜多變，在通過(guò)向斜核部和背斜翼部時(shí)，區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力使巖土體更加復(fù)雜，更多的受到地形的限制，往往需要對(duì)坡體進(jìn)行開(kāi)挖和坡腳回填，因此高邊坡的形成改變了原有地質(zhì)平衡，從而導(dǎo)致公路高邊坡一系列的地質(zhì)災(zāi)害。西南地區(qū)，由于雨季較長(zhǎng)，降雨量集中，大量的邊坡失穩(wěn)災(zāi)害頻頻發(fā)生，造成阻斷交通甚至危害生命。由于地質(zhì)問(wèn)題是不可見(jiàn)的，需要通過(guò)地下勘探和鉆孔開(kāi)挖，這些手段只能反映局部巖土性質(zhì)，必然導(dǎo)致在施工中出現(xiàn)突發(fā)意外的情況，所以，更多的加強(qiáng)高邊坡的支護(hù)措施是復(fù)合型的，也是隨具體問(wèn)題而變動(dòng)的[1]。

2 高邊坡的變形破壞類(lèi)型

巖土體的性質(zhì)是決定邊坡破壞類(lèi)型的主要因素，巖體結(jié)構(gòu)和水文地質(zhì)影響邊坡失穩(wěn)的規(guī)模和破壞持續(xù)時(shí)間。巖土體在形成過(guò)程中經(jīng)歷大量構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，構(gòu)造痕跡明顯使坡體失穩(wěn)時(shí)規(guī)模更大，而降雨和地下水的豐富充沛與否，則加速了坡體的運(yùn)動(dòng)，對(duì)于人工開(kāi)挖時(shí)坡體高度的確定和坡角大小的變化，一方面直接決定開(kāi)挖量的大小，另一方面，形成高陡邊坡，后期的治理費(fèi)用高，因此合理確定邊坡高度和坡角的范圍，綜合考慮工程造價(jià)和后期的治理防護(hù)是公路高邊坡形成與防護(hù)的必有理念[1]。

通過(guò)大量的資料收集和總結(jié)，高邊坡開(kāi)挖后形成的人工邊坡，出現(xiàn)多種多樣類(lèi)型變形破壞，按邊坡滑動(dòng)特點(diǎn)主要分為契形滑坡和順層滑動(dòng)[2]。

⑴楔形滑坡:針對(duì)于碎裂性巖質(zhì)高邊坡，這類(lèi)滑坡主要是地應(yīng)力較高的區(qū)域巖性脆硬、風(fēng)化嚴(yán)重、節(jié)理發(fā)育，經(jīng)歷多次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，潛在切割面比較發(fā)育，在臨空面滿(mǎn)足條件的情況下往往容易失穩(wěn)滑動(dòng)。

⑵順層滑動(dòng):這類(lèi)高邊坡巖性均一，巖層厚度不大，一般小于2m，但巖層傾角小于開(kāi)挖坡角。此類(lèi)邊坡最容易在開(kāi)挖過(guò)程中引起滑動(dòng)，特別是在降雨過(guò)后，針對(duì)于坡積物的邊坡，在基巖埋深不大的情況下，順著基巖面滑動(dòng)的情況往往比較多。

3 高邊坡復(fù)合支護(hù)設(shè)計(jì)及優(yōu)化

公路高邊坡的支護(hù)方案選取以及動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)具體的工程要求，考慮當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，依據(jù)巖土性質(zhì)、水文條件，采取多重防護(hù)類(lèi)型，針對(duì)不同的影響因素，確立各種防護(hù)方案，然后依據(jù)防護(hù)方案之間的關(guān)聯(lián)性和施工中的前后工序進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，從而確立起有效的、動(dòng)態(tài)的復(fù)合支護(hù)設(shè)計(jì)方案[2]。對(duì)于在開(kāi)挖過(guò)程中發(fā)生災(zāi)變的變形坡體，應(yīng)及時(shí)調(diào)整治理措施，根據(jù)實(shí)際變形體的特點(diǎn)，采用臨時(shí)性或永久性的支護(hù)方式，即復(fù)合支護(hù)方案；在排水截水方面，主要是通過(guò)灌漿、錨噴、截水溝、排水溝、地下管道、涵洞的措施阻斷地表水，排除地下水，通過(guò)這兩種方式來(lái)達(dá)到降低下滑力的目的[3]。

3.1 切方減載與反壓措施

切方減載與坡腳反壓，此類(lèi)措施主要適用于公路的外圍環(huán)境有足夠的空地用來(lái)停放施工機(jī)械，及道路附近有足夠的空地可以使用。減小坡角，提高穩(wěn)定性，增加了開(kāi)挖方量和土體的轉(zhuǎn)移量，在坡頂削方減荷，減小邊坡的下滑推力。不過(guò)在開(kāi)挖時(shí)要平整和碾壓，保證密實(shí)度，采用變坡角，臺(tái)階型開(kāi)挖，減緩坡度。

3.2 截水排水

公路高邊坡破壞與失去穩(wěn)定往往是人工破壞平衡和降雨的共同結(jié)果，而地表水和地下水的滲流是影響穩(wěn)定也是公路水文地質(zhì)的重要內(nèi)容[4]。針對(duì)地下水，查明水位標(biāo)高、水的流向及流量，設(shè)計(jì)管涵，鋪墊碎石，引流地下水。針對(duì)地表排水，設(shè)置后緣截水溝、坡體排水溝，對(duì)坡體變形裂縫應(yīng)及時(shí)填堵。

3.3 護(hù)坡工程

坡面防護(hù)工程是邊坡體的外表面采用掛網(wǎng)噴漿的方式阻止坡體與空氣和降雨接觸，有效阻止風(fēng)化的措施。該方法幾乎在所有分化嚴(yán)重的巖質(zhì)邊坡都是必用的措施，阻止坡體表層破壞。此外框格梁也是坡面防護(hù)的重要措施，并采用錨桿錨固，該措施需要搭接在穩(wěn)定的邊坡上，空格之間可以種草綠化，這兩種護(hù)坡的選擇應(yīng)綜合考慮巖土性質(zhì)和施工方案[5]。

4 公路高邊坡實(shí)例分析

某國(guó)道K1011+350～450m段高邊坡，處于丘陵斜坡地帶，地貌受構(gòu)造控制明顯，山嶺走向與構(gòu)造方向相反，丘陵間構(gòu)成平行谷地，巖層產(chǎn)狀為140°-152°∠3°-8°，巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，主要發(fā)育節(jié)理2組。J1組節(jié)理傾向275°，傾角40°，節(jié)理間距0.4～0.6m，延伸長(zhǎng)度>2m，寬度一般3～7cm，上部張裂；J2組節(jié)理傾向135°，傾角78°，節(jié)理間距0.6～1.2m，延伸長(zhǎng)度3m，寬度一般0.6～1.5cm；J3組節(jié)理傾向245°，傾角76°，長(zhǎng)度2～4m，寬度一般10～17cm，無(wú)充填。分布高程在200m～400m一帶，丘陵斜坡坡角一般為20°～30°，斜坡上的帶狀陡崖坡角大于70°。

4.1 巖土體性質(zhì)

（1）粉質(zhì)粘土：灰白色，中粒結(jié)構(gòu)，厚層及夾層狀構(gòu)造，主要礦物成分為蒙脫石、石英，次為云母及少量深色礦物，含有泥質(zhì)條紋或團(tuán)塊及泥巖透鏡體，層厚1.5m～7.2m，局部地段厚度達(dá)12m。

（2）粉土：黃綠色-紫紅色，其中，泥巖多為紫紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層構(gòu)造，主要礦物為黏土質(zhì)礦物，碎裂構(gòu)造，揭露厚度約15m，間夾有灰白色粉砂質(zhì)條帶，相變較大。

（3）泥巖：紫紅色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中～厚層狀構(gòu)造，主要由粘土礦物組成，質(zhì)軟，局部含砂質(zhì)團(tuán)塊、砂質(zhì)條帶及暗紫色錳質(zhì)結(jié)核，在調(diào)查區(qū)泥巖或砂質(zhì)泥巖出露厚度達(dá)30m，分布在丘陵緩坡一帶。

根據(jù)微地貌及變形特征，該高邊坡后緣高程260m～280m，潛在滑移面前緣延伸至高程170m附近，主滑方向?yàn)?2°，南側(cè)以西北向山脊基巖出露區(qū)為界，北側(cè)為沖溝，變形體平均厚度6.9m，體積為62.1×104m3坡體地表水及地下水豐沛，巖土組成種類(lèi)多，組成物質(zhì)為崩坡積物，由粉質(zhì)粘土夾崩石、塊石和人工填土組成。高邊坡巖土體參數(shù)如表1所示。

表1 各土層設(shè)計(jì)參數(shù)

4.2 公路高邊坡破壞模式

對(duì)于該高邊坡，由于巖體結(jié)構(gòu)中泥化夾層的存在，導(dǎo)致邊坡在地下水的滲流作用下易加劇變形。該段邊坡下伏巖性為泥巖夾砂巖，其穩(wěn)定性主要受兩個(gè)方面的因素控制，其一是邊坡下伏泥巖的含水程度；其二，上覆粘土的厚度不均，夾雜有坡積物的石塊混合，致使在確定治理方案時(shí)，坡體的不同位置采用設(shè)計(jì)不等的支護(hù)參數(shù)。結(jié)合實(shí)地調(diào)查及鉆孔揭露，潛在的邊坡滑動(dòng)面為多級(jí)滑動(dòng)和折線形破壞。

4.3 復(fù)合治理方案的確定

（1）該邊坡進(jìn)行削坡，坡面坡比采用1:0.5～1:0.75，削坡面積為4108m2，削坡土方量為19650m3。每6m設(shè)一個(gè)臺(tái)階，留2.5m寬護(hù)坡道，并設(shè)高25cm、寬20cm攔水坎，為防止地表水下滲，以及防止表層開(kāi)裂而加劇地表水下滲，采用掛鐵絲網(wǎng)（錨桿直徑Φ20mm、長(zhǎng)度L=180cm）噴射6cm厚C20混凝土防護(hù)。坡面按正方形布置泄水孔（預(yù)埋塑料排水管）間距4m。在上部平臺(tái)上設(shè)置3道截水溝攔截地表水。

（2）整個(gè)坡面采用鋼筋混凝土框格梁錨桿方法，鋼筋混凝土框格梁采用3×3m間距，框格梁的鋼筋參數(shù)如表2所示。

表2 鋼筋類(lèi)型選取

（3）框格梁采用40×50cm（寬×高）配筋上下各4根Φ25鋼筋間距10cm，保護(hù)層5cm，箍筋Φ10間距25cm。

（4）預(yù)應(yīng)力錨桿鉆孔采用Φ168mm，俯角22°，錨桿深入基巖至少6m，預(yù)應(yīng)力施加以及抗拉力如表3所示。

表3 錨桿內(nèi)力參數(shù)

（5）鉆孔注漿采用M40砂漿，注漿壓力0.2～0.4MPa，施工時(shí)具體支錨取值如表4所示。

表4 支錨信息

（6）在錨桿及框格梁施工前，先對(duì)邊坡進(jìn)行掛網(wǎng)噴素混凝土封閉處理，同時(shí)配合5m、7m的Φ32自進(jìn)式錨桿處理，錨桿的內(nèi)力如表5所示。

5 結(jié)論

(1)通過(guò)對(duì)公路高邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)主要類(lèi)型（減載壓腳、截水排水、坡面防護(hù)、支擋工程和錨固工程）的分析，得出了各自的主要特點(diǎn)和構(gòu)造特征，研究了邊坡形成的地質(zhì)條件、影響穩(wěn)定性的因素及主要變形破壞模式，并研究了它們對(duì)應(yīng)的邊坡支護(hù)方案和具體支護(hù)措施，有利于復(fù)合支護(hù)設(shè)計(jì)的選擇和優(yōu)化。

表5 錨桿內(nèi)力

（2）通過(guò)對(duì)不同方法的適用條件的詳細(xì)研究，得出針對(duì)不同類(lèi)型的高邊坡穩(wěn)定采用因地制宜的防護(hù)措施，確立公路高邊坡的復(fù)合支護(hù)方案及施工中動(dòng)態(tài)變動(dòng)的主導(dǎo)作用。

[1]段海澎.山區(qū)高等級(jí)公路高邊坡穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的地質(zhì)工程研究 [D].成都:成都理工大學(xué)博士學(xué)位論文，2007：46-47.

[2]王恭先.高邊坡設(shè)計(jì)與加固問(wèn)題的討論[J].甘肅科學(xué)學(xué)報(bào)，2003：134.

[3]石根華.巖體穩(wěn)定性分析的幾何方法 [J].中國(guó)科學(xué)，1981(4)：74-76.

[4]王彥東.巖質(zhì)高邊坡關(guān)鍵塊體的確定及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)研究[D].成都:成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文，2007：112-116.

[5]宋玉環(huán).西南地區(qū)軟硬互層巖質(zhì)邊坡變形破壞模式及穩(wěn)定性研究——以鯉魚(yú)塘水庫(kù)溢洪道邊坡為例[D].成都：成都理工大學(xué)博士學(xué)位論文,2011：78-80.