分析邊坡垂直開挖技術在山區道路擴建中的應用

田 應

(貴州省公路工程集團有限公司，貴州 貴陽 550001)

1 工程概況

某山區道路為滿足日益增加的交通量決定對其現有邊坡實施拓寬。現有邊坡總高32 m，共分成四級，每級的高度相同，均為8 m，在相鄰兩級之間設有寬度為2 m的平臺。邊坡主體以花崗混合巖為主，厚度在15～20 m范圍內。邊坡坡率在1∶1～1∶1.25范圍內。邊坡以上山坡相對高陡，拓寬施工中不能使既有道路正常行車受到中斷。對既有邊坡進行擴建，過去常用的方法為按照設計要求的坡率以從上到下的順序進行逐層開挖和防護。然而，在邊坡高度相對較大的情況下，該方法存在很多缺陷。比如，實際開挖量較大，特別是當邊坡高度較大且后緣山體較陡時；施工安全性較差，由于道路拓寬不會超過兩個車道，寬度不大，使開挖與運輸作業平臺寬度不足，導致施工安全性降低；可能對現有道路行車安全造成很大的威脅，通常需要對其交通進行臨時封閉。在邊坡高度較大的情況下，滾石落土將有很大的彈跳高度，從防護設施上翻越，對現有道路的正常行車造成影響和威脅；施工所需時間較長，為確保現有道路正常和安全行車，每開挖完一級邊坡都要進行防護，導致工期較長；要重新進行征地，而且邊坡的高度可能進一步增加，特別是當后部山體高陡時。

2 垂直開挖技術應用

2.1 邊坡狀況調查與評估

對現有的邊坡，應先做好相關資料的收集與現狀調查工作，掌握邊坡變形歷史與當前所處穩定狀態。在資料收集過程中，主要是對邊坡原設計方案、施工過程與監測資料實施廣泛收集，用于確定邊坡的變形情況。而現狀調查是指對邊坡的整體外觀、既有防護設施的完整情況、區域地下水的出露等開展全面調查，采用調繪方式，在必要的情況下還需進行勘探和測試。如果原邊坡已經進行了加固，還需要對加固設施進行必要的調查及測量，比如檢查確定擋墻整體外觀是否完好等，并對應力和位移等進行測試，比如測定錨索體系錨固力和抗滑樁樁頂實際位移。以調查情況為依據，對邊坡整體穩定性予以綜合評估，并進行相應的計算分析。當評估確定邊坡整體穩定性較差時，需要在補強加固之后才能進行下一道工序的施工。

2.2 預支護

(1)采用微型樁。在準備進行開挖施工的作業平臺上，按照適當間隔距離布設微型樁或鋼管樁，并將樁頂連接成一個整體。樁孔借助地質鉆機形成，直徑按照150～250 mm控制，成孔后在孔中放入鋼筋(亦可使用無縫鋼管)，最后注入水泥漿或水泥砂漿。

(2)錨固。在準備開挖施工的邊坡表面，先采用預應力錨索形成框架，然后施加一定預應力，以此形成一條穩定的壓應力帶，用于對坡體應力場進行有效改善。

2.3 分級開挖和支護

在現有邊坡的坡腳處進行垂直開挖施工，開挖與支護施工都必須分步和分級進行。在分步開挖時，具體的分步高度與次數都需要以地質條件為依據，結合邊坡的高度確定。如果在分級開挖過程中分級高度過大，可能會使邊坡失穩；而如果分級高度過小，會使開挖的次數增加，導致施工時間被大幅延長，進而增加成本。在分級開挖完成后，應馬上組織人員開始支護。對于支護措施，主要包括臨時性與永久性措施兩種。對于臨時性支護措施，大多以土釘墻為主，即在小導管注漿基礎上在坡面上進行混凝土噴射。支護在降雨較多的地區顯得十分重要，通過有效的支護能避免因坡面松弛或雨水沖刷造成的破壞。而對于永久性支護，需要緊跟在臨時性支護之后進行，并對兩者進行充分結合。為了對坡腳變形進行有效控制，大多將預應力錨固作為主要的永久性防護措施。對于坡面上的抑制構件，需按照從上到下的順序設置逆作式結構，當然也可先行張拉，在坡面完成成型后進行澆筑。對錨索進行預張拉時，主要使用槽鋼，單片或雙片的對扣均可。為保證安全，槽鋼通常不取出，在其上進行反力構件的澆筑施工。

對于土質邊坡，通常以肋板式錨索或錨桿擋墻為主，沿豎向布置肋，將肋設置好后，直接將錨索設置其上。在肋之間，利用板相連，這樣能對坡面予以有效防護。其中，板既可立模現澆，亦可在布置好鋼筋網之后通過噴射混凝土形成。

垂直開挖面對不同地層及風化程度時的坡率、預支護、分級開挖高度及臨時性和永久性支護措施為：(1)中風化層，分級開挖高度取4～6 m，臨時性支護措施采用系統錨桿，永久性支護措施采用護面；(2)碎塊狀強風化層，開挖坡率按1∶0～1∶0.1控制，預支護方式選擇微型樁，分級開挖高度取3～4 m，臨時性支護措施采用系統錨桿和噴射混凝土相結合的方式，永久性支護措施采用錨桿或錨索框架，也可采用地梁；(3)砂土狀強風化層，開挖坡率按1∶0～1∶0.2控制，預支護方式選擇微型樁，也可采用錨索框架，分級開挖高度取2～3 m，臨時性支護措施采取小導管注漿和混凝土噴射相結合的方式，永久性支護措施采用肋板式錨索擋墻(逆作結構)；(4)殘積土層，開挖坡率按1∶0～1∶0.2控制，預支護方式選擇微型樁和錨索框架相結合的方式，分級開挖高度取2 m，臨時性支護措施采用土釘墻，永久性支護措施采用肋板式錨索擋墻(逆作結構)。

3 結 語

綜上所述，在對山區道路進行拓寬時，通過對垂直開挖技術合理應用，除了能減少占地和開挖量，還能減小對現有道路正常行車造成的影響和干擾。但采用垂直開挖技術進行施工時，需要以邊坡的實際情況為依據，采用適宜的預支護方法，并確定合理可行的分級支護方法和開挖高度。值得一提的是，通過對有限元法的應用，能對垂直開挖整個過程進行動態模擬，從而更好的為之后的設計與施工奠定良好基礎，提供可靠參考依據。