軟質(zhì)巖路塹邊坡失穩(wěn)破壞模式及其加固設(shè)計(jì)研究

楊 龍 譚延嗣 繆文鼎

（貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550000）

軟質(zhì)巖在西部山區(qū)有著廣泛分布。軟質(zhì)巖巖體破碎，強(qiáng)度低，節(jié)理裂隙發(fā)育，遇水易軟化，強(qiáng)風(fēng)化帶厚度大。在這種地質(zhì)條件下，路塹施工開挖后出現(xiàn)的臨空面暴露將迅速風(fēng)化，路塹邊坡難以自穩(wěn)而發(fā)生失穩(wěn)破壞[1-3]。 對(duì)于軟質(zhì)巖邊坡設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)思路認(rèn)為適當(dāng)放緩后邊坡可以自穩(wěn)，再輔以一定防護(hù)后可以保證邊坡的穩(wěn)定性[4-5]。

以貴州省境內(nèi)玉屏至鎮(zhèn)遠(yuǎn)高速公路為例，通過分析沿線軟質(zhì)巖路塹邊坡穩(wěn)定性特征及潛在破壞模式，綜合淺析軟質(zhì)巖路塹邊坡的加固設(shè)計(jì)方法。

1 工程概況

項(xiàng)目位于貴州省東部，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，冬無嚴(yán)寒，夏無酷暑。年年降水量1174.1mm，歷年平均氣溫15.7 ～17.1℃。路線穿越玉屏、岑鞏、鎮(zhèn)遠(yuǎn)三縣，全長87.905km。海拔高程范圍在600～1000m 之間。地貌類型主要為侵蝕構(gòu)造地貌和侵蝕溶蝕地貌。

沿線區(qū)域內(nèi)軟質(zhì)巖地層主要有：（1） 震旦系下統(tǒng)南沱組（Zan） 紫紅色粘土巖；（2） 前震旦系清水江組（Ptbnbq）第三段淺灰、灰色變余凝灰?guī)r、變余砂巖與凝灰質(zhì)板巖、粉砂質(zhì)板巖、絹云母板巖互層。

2 邊坡類型及失穩(wěn)破壞模式

2.1 邊坡類型

根據(jù)規(guī)范，高度小于30m，且坡面傾向與巖層傾向的夾角小于30°的邊坡為順層普通邊坡。高度大于30m，且坡面傾向與巖層傾向的夾角小于30°的邊坡為順層高邊坡。高度小于30m，坡面傾向與巖層傾向的夾角大于30°且小于90°的邊坡為切層普通邊坡。高度大于30m，坡面傾向與巖層傾向的夾角大于30°且小于90°的邊坡為切層高邊坡。高度小于30m，且坡面傾向與巖層傾向的夾角大于90°且小于180°的邊坡為順層反傾邊坡。高度大于30m，且坡面傾向與巖層傾向的夾角大于90°且小于180°的邊坡為順層反傾邊坡。

2.2 邊坡失穩(wěn)破壞模式

項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)軟質(zhì)巖分布地區(qū)的地表覆蓋層通常較厚，強(qiáng)風(fēng)化層厚度大，巖石強(qiáng)度低，巖體結(jié)構(gòu)面非常發(fā)育，巖體結(jié)構(gòu)性差，工程性質(zhì)較差。基于這些工程特點(diǎn)，山區(qū)軟質(zhì)巖路塹邊坡的破壞模式主要有以下四種類型[6]：

（1） 蠕滑-拉裂型。對(duì)于軟質(zhì)巖普通順層邊坡而言，其失穩(wěn)破壞模式主要為蠕滑-拉裂型失穩(wěn)破壞。此類破壞形式主要出現(xiàn)在覆蓋層厚，且強(qiáng)風(fēng)化帶較厚的邊坡中，是軟質(zhì)巖邊坡最為主要的潛在破壞模式。其變形破壞主要可劃分為三個(gè)階段[1]：①表層蠕滑；②后緣拉裂；③潛在剪切面剪切擾動(dòng)。剪切變形持續(xù)發(fā)展，剪切裂隙貫通發(fā)生破壞。此類邊坡失穩(wěn)破壞的潛在滑動(dòng)面主要為圓弧形。

（2） 滑移-壓致拉裂型：此種破壞主要出現(xiàn)在深路塹順層高邊坡中，巖層傾角與結(jié)構(gòu)面摩擦角大致相同。邊坡開挖深入中風(fēng)化巖層，邊坡巖體沿中風(fēng)化層內(nèi)的結(jié)構(gòu)面向臨空面產(chǎn)生緩慢的蠕變型滑移。巖體滑移會(huì)導(dǎo)致鎖固點(diǎn)或錯(cuò)列點(diǎn)周圍產(chǎn)生拉應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而在該處產(chǎn)生大致垂直于滑面的拉張裂隙，隨著變形的發(fā)展，張拉裂隙逐步發(fā)展至巖體頂面，與結(jié)構(gòu)面共同組成貫通滑移面。

（3） 滑移-拉裂型：此類邊坡破壞模式出現(xiàn)在深路塹順層高邊坡中，當(dāng)邊坡巖體中存在外傾軟弱結(jié)構(gòu)面且結(jié)構(gòu)面傾角大于或等于結(jié)構(gòu)面的摩擦角時(shí)，路塹開挖將導(dǎo)致巖體沿著軟弱結(jié)構(gòu)面向臨空面發(fā)生滑移破壞。同時(shí)，滑體后緣因?yàn)橄禄Τ^巖體的抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生拉裂隙，裂隙發(fā)展貫通導(dǎo)致邊坡迅速破壞。

（4） 滑移-彎曲型：此類邊坡主要發(fā)育在深路塹順層高邊坡中，邊坡巖層較薄且傾角較大。此類邊坡的坡腳小于巖層傾角，潛在滑動(dòng)面的峰值摩擦角也小于巖層傾角，邊坡巖體已經(jīng)具備了下滑條件。但是，由于邊坡開挖并未切斷巖層，滑移面未臨空，導(dǎo)致邊坡巖體下滑受阻。在邊坡巖體的自重壓力作用下，邊坡坡腳巖層受縱向壓應(yīng)力作用，若邊坡巖體自重較大，則邊坡坡腳巖層將發(fā)生彎曲變形。

3 邊坡加固設(shè)計(jì)探討

3.1 普通邊坡

項(xiàng)目區(qū)內(nèi)的軟質(zhì)巖普通邊坡（普通順層邊坡、普通切層邊坡、普通反傾邊坡），由于其位于軟質(zhì)巖地區(qū)，邊坡開挖后巖體將迅速劣化，工程性質(zhì)將急劇降低，邊坡極易在施工過程中發(fā)生變形破壞。此類邊坡主要坡率法放緩邊坡，無放坡條件時(shí)可采用坡面防護(hù)，如：錨桿框架、拱形骨架、窗式護(hù)面墻等支護(hù)形式。在邊坡開挖過程中往往采取逆作法施工，即：邊開挖，邊施工，自上而下，快速封閉。

但是，由于軟質(zhì)巖強(qiáng)風(fēng)化帶往往較厚，對(duì)于路塹邊坡而言，往往將強(qiáng)風(fēng)化帶巖體視為土體考慮，將其破壞形式視為圓弧滑動(dòng)。基于此，軟質(zhì)巖普通邊坡若高度超過15m，其沿著潛在滑動(dòng)面的下滑力大，此類邊坡破壞后果較嚴(yán)重，需要特殊防護(hù)設(shè)計(jì)，其主要支護(hù)類型有：抗滑樁、樁板墻、錨索框架、抗滑擋墻等。

3.2 順層高邊坡

軟質(zhì)巖順層高邊坡的穩(wěn)定性是本項(xiàng)目路基施工的關(guān)鍵控制點(diǎn)，也是后期運(yùn)營過程中交通保暢的主要影響因素。因此，軟質(zhì)巖地區(qū)的順層邊坡往往需要特殊設(shè)計(jì)。其加固設(shè)計(jì)方式主要有：（1） 抗滑樁。作為最為直接有效的支護(hù)方式，抗滑樁可以提供穩(wěn)定的支護(hù)反力，對(duì)邊坡變形破壞的控制較好，但是其造價(jià)較高，工序復(fù)雜。（2） 框架錨索：作為邊坡巖體的預(yù)應(yīng)力加固方式，錨索框架可以對(duì)邊坡巖體提供較強(qiáng)的支護(hù)力，有利于提高巖體的整體性，是較為可靠的支護(hù)形式。但是，錨索框架其預(yù)應(yīng)力損失不可控，錨索有時(shí)效性明顯、后期運(yùn)營成本高等缺點(diǎn)。（3） 錨桿框架：作為坡面支護(hù)形式，錨桿框架主要應(yīng)用于邊坡頂部的坡面防護(hù)，不具有加固抗滑功能，但是對(duì)邊坡表面的局部破壞控制較好。（4） 其他方式，例如樁板墻、土釘墻、抗滑擋墻等。

對(duì)于軟質(zhì)巖高順層邊坡的加固主要是多種方式相結(jié)合為主，單一的支護(hù)模式往往難以滿足穩(wěn)定性需求。施工過程中的工序控制及質(zhì)量控制更是此類邊坡穩(wěn)定性保證的關(guān)鍵點(diǎn)。同時(shí)，施工過程中應(yīng)做到動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，做到邊反饋、邊設(shè)計(jì)。施工完成后應(yīng)對(duì)邊坡進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測，做到及時(shí)預(yù)警。

3.3 切層、反傾高邊坡

切層及反傾高邊坡是本項(xiàng)目路塹邊坡出現(xiàn)最多的類型。對(duì)于此類邊坡，由于軟質(zhì)巖地區(qū)強(qiáng)風(fēng)化層較厚，邊坡高度較大，極易出現(xiàn)邊坡上部為強(qiáng)風(fēng)化層，下部為中風(fēng)化層。當(dāng)邊坡體中含有兩種風(fēng)化類型巖體時(shí)，對(duì)于上部強(qiáng)風(fēng)化層巖體需要按照潛在圓弧滑動(dòng)面驗(yàn)算下滑力，下部則需按照巖石結(jié)構(gòu)面計(jì)算下滑力。因此，對(duì)于此類邊坡，往往需要對(duì)邊坡進(jìn)行分段設(shè)計(jì)。對(duì)于上部強(qiáng)風(fēng)化帶，由于巖性較差，下滑力大，一般采用框架錨索，框架錨桿支護(hù)。對(duì)于下部中風(fēng)化帶，由于巖性相對(duì)較好，可采用錨桿框架、窗式護(hù)面墻或拱形骨架等支護(hù)形式，必要時(shí)為了控制挖方數(shù)量，可采用擋土墻、土釘墻等支護(hù)方式。

4 結(jié)語

以貴州省境內(nèi)玉鎮(zhèn)高速公路工程為例，通過現(xiàn)場調(diào)查及地質(zhì)勘查，將沿線軟質(zhì)巖邊坡分為順層普通邊坡、順層高邊坡、切層普通邊坡、切層高邊坡、反傾普通邊坡及反傾高邊坡六種類型。淺析了本項(xiàng)目中軟質(zhì)巖路塹邊坡的四種潛在變形破壞模型，即：蠕滑-拉裂型、滑移-壓致拉裂型、滑移-拉裂型和滑移-彎曲型。根據(jù)各類軟質(zhì)巖路塹邊坡的潛在變形破壞特征，淺析其合理的加固設(shè)計(jì)方法，為山區(qū)軟質(zhì)巖路塹邊坡的加固設(shè)計(jì)提供一定的理論基礎(chǔ)與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。