強風(fēng)化粉砂巖路塹高邊坡防護(hù)動態(tài)設(shè)計及施工質(zhì)量控制

摘要：山區(qū)高速公路高邊坡防護(hù)的設(shè)計與施工質(zhì)量關(guān)乎到施工人員安全及邊坡穩(wěn)定，特別是高邊坡巖土體結(jié)構(gòu)為強風(fēng)化粉砂巖時，強降雨會誘發(fā)巖土體產(chǎn)生顯著的時效變形，導(dǎo)致邊坡防護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和破裂，進(jìn)而引發(fā)局部拉裂垮塌。文章以廣西某高速公路8級高邊坡的綜合防護(hù)設(shè)計及病害處理工程為依托，基于高邊坡巖層地質(zhì)情況及變形滑動特性，結(jié)合原有高邊坡的防護(hù)結(jié)構(gòu)，通過變更設(shè)計、增設(shè)錨筋樁加強支護(hù)等方式來控制巖土體的變形開裂。結(jié)果表明，在經(jīng)過加強支護(hù)的動態(tài)設(shè)計，并嚴(yán)格控制施工質(zhì)量后，邊坡變形開裂得到了很好的控制，防護(hù)效果良好。

關(guān)鍵詞：高速公路；高邊坡穩(wěn)定；強風(fēng)化粉砂巖；動態(tài)設(shè)計；質(zhì)量控制

中圖分類號：U416.1+4

0 引言

山區(qū)高速公路建設(shè)中，難免會遇到不良地質(zhì)路塹高邊坡，其設(shè)計與施工質(zhì)量關(guān)乎到施工人員安全及邊坡穩(wěn)定，防護(hù)技術(shù)方案及施工質(zhì)量控制極為重要［1］。

處于強風(fēng)化粉砂巖的路塹邊坡，巖體干燥時強度較高，但節(jié)理裂隙發(fā)育，在邊坡開挖后，受到人為擾動及降雨影響，順坡向結(jié)構(gòu)面吸水飽和軟化，會導(dǎo)致巖體強度降低，極易造成邊坡失穩(wěn)滑移，處理較為困難［2］。此類邊坡常用的處理方式有：掛網(wǎng)噴播與植生袋是基本的生態(tài)防護(hù)形式；錨桿框架梁可增強破碎邊坡結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，在風(fēng)化破碎高邊坡防護(hù)中的應(yīng)用較多［3-4］；錨筋樁通過深入地層的受拉構(gòu)件，一端與抗滑樁連接，另一端深入地層中以增大錨固體與土層的粘結(jié)，能主動加固坡體［5-6］。

本文以廣西某高速公路8級強風(fēng)化粉砂巖高邊坡為依托，對原防護(hù)綜合設(shè)計及病害處理進(jìn)行了介紹，并根據(jù)動態(tài)設(shè)計方案，提出了嚴(yán)格施工質(zhì)量控制方法，實踐表明治理效果良好。

1 工程概況

1.1 基本概況

龍勝至峒中口岸公路龍勝芙蓉至縣城段K25+020～K25+160為挖方高邊坡，邊坡最大開挖高度接近80 m，設(shè)計為8級高邊坡。

邊坡于2020年底開始開挖，2021年6月底，受持續(xù)強降雨影響，已開挖施工的第4～7級邊坡坡面及平臺均出現(xiàn)不同程度的開裂，第4級邊坡呈現(xiàn)鼓脹、突起狀態(tài)，第5級坡面可見裂縫下墜達(dá)15 cm。2021年11月底，受持續(xù)降雨影響，第4級邊坡坡面小樁號側(cè)發(fā)生開裂垮塌，裂縫開裂至第4級平臺，于錨筋樁前受阻，下部開裂至第3級坡面中部，第4級平臺開裂范圍為ZK25+063～ZK25+090，長約27 m，豎向下墜約0.5～1.2 m，開裂口寬約0.1～0.3 m，由第3級坡面中部突出，已施工的錨桿出現(xiàn)錯位，框格梁隨坡體下墜。

1.2 地形地貌

項目位于低山丘陵地貌的斜坡上，自然坡10°～40°；坡上植被發(fā)育，以灌木為主，局部開墾為梯田，地表未見崩塌等不良地質(zhì)發(fā)育，自然邊坡穩(wěn)定性較好。但在邊坡開挖后，受到人為擾動影響，坡體失去側(cè)向支撐，巖體松弛，裂隙張開；受降雨影響，順坡向結(jié)構(gòu)面吸收下滲雨水飽和軟化，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)面的強度逐漸降低，極易造成邊坡失穩(wěn)滑移。

1.3 地層巖性

表層為褐黃色粉質(zhì)黏土，厚約0.5～2 m。下伏褐黃色強～中風(fēng)化粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖。粉砂巖巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，附近巖層產(chǎn)狀：30°/NW∠56°，節(jié)理J1：297°/SW∠53°，節(jié)理J2：32°/SE∠88°，節(jié)理J3：82°/SE∠72°。巖體赤平投影圖如圖1所示。

1.4 穩(wěn)定性分析

該邊坡為巖土質(zhì)邊坡，巖層傾向坡外，為順向邊坡，不利于邊坡穩(wěn)定；三組節(jié)理交點處于邊坡投影弧附近，屬于欠穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；巖層面與節(jié)理面的交點位于邊坡投影弧附近，屬于欠穩(wěn)定組合結(jié)構(gòu)；節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎，邊坡開挖后破碎巖體及覆蓋層可發(fā)生楔形體掉塊或順層滑塌。經(jīng)計算表明，該斷面邊坡在非正常工況Ⅰ條件下穩(wěn)定性系數(shù)K=1.17 邊坡整體穩(wěn)定性一般，邊坡開挖后可能發(fā)生順層滑塌，必須進(jìn)行必要的防護(hù)［7］。

2 防護(hù)措施

2.1 坡形坡率

高邊坡設(shè)置為臺階式，每10 m高分設(shè)一級平臺，本邊坡共有8級，全部按1∶1.25坡率進(jìn)行放坡，平臺寬度為1.5 m或3 m，典型斷面的邊坡組合詳見圖2。邊坡按照設(shè)計及施工規(guī)范要求進(jìn)行逐級開挖、逐級防護(hù)。

2.2 原防護(hù)設(shè)計

邊坡采用掛網(wǎng)噴播+深層導(dǎo)水孔+錨桿格梁與植生袋防護(hù)綠化，并在第2、4、6級平臺設(shè)置錨筋樁進(jìn)行防護(hù)，坡腳及第2、3、4、6級平臺設(shè)置地梁。

錨桿鉆孔直徑為130 mm，采用JL32高強精軋螺紋鋼筋制作，預(yù)應(yīng)力設(shè)計值≤350 kN，并沿軸線方向1.5～2.0 m設(shè)置一對中器。注漿材料為水泥漿，強度≥30 MPa，注漿壓力≥2.5 MPa；并按要求加入1.8～2.0 kg/m3，抗拉強度≥700 MPa的聚丙烯纖維。

錨筋樁鉆孔孔徑為150 mm，樁心采用4根32 mm主鋼筋通過12 mm鋼筋焊接在一起；孔內(nèi)用M30水泥砂漿填滿固結(jié)。系梁采用C30混凝土，高60 cm，寬226 cm，并適當(dāng)配筋。

2.3 排水設(shè)計

各級平臺要求進(jìn)行硬化封閉，并設(shè)置平臺排水溝，與路基排水系統(tǒng)接順。為了疏排坡體水，本邊坡設(shè)置直徑為110 mm的硬式透水管作為深層排水，長度為10 m，在坡面呈等腰三角形布置，高4 m，底寬8 m。排水孔孔徑為130 mm，采用潛孔鉆干法成孔，仰坡坡度為6°。

2.4 變更設(shè)計

在邊坡部分滑動后，為確保邊坡整體穩(wěn)定，保證施工安全，考慮到病害為淺層滑坡，又對該邊坡進(jìn)行防護(hù)加固處治。邊坡動態(tài)設(shè)計立面圖如圖3所示，具體處理如下：

（1）先清理坡面的松動垮塌體，對開裂區(qū)坡體遮蓋封閉，以避免雨水入滲；

（2）對第5～7級采用錨固掛網(wǎng)噴混凝土+植被混凝土+深層導(dǎo)水孔進(jìn)行防護(hù)綠化；

（3）對第3級平臺ZK25+051～ZK25+079段、ZK25+124～ZK25+146段分別設(shè)置錨筋樁進(jìn)行加強處理，待錨筋樁系梁施工完畢后，再施工第4級坡面錨桿格梁及植生袋；

（4）第2、4級的錨筋樁向兩端延伸至平臺端頭，以加強防護(hù)強度。

3 防護(hù)施工及質(zhì)量控制

3.1 邊坡開挖

先做好坡頂截水溝后，才能進(jìn)行邊坡開挖，并做好施工期間的防排水措施。高邊坡開挖及防護(hù)施工時應(yīng)按由上至下，逐級開挖、逐級防護(hù)的原則。在開挖過程如發(fā)現(xiàn)地質(zhì)條件與設(shè)計出入較大時，應(yīng)及時通知設(shè)計單位對設(shè)計方案進(jìn)行必要的動態(tài)調(diào)整。

3.2 防護(hù)施工及質(zhì)量要求

因邊坡采用錨桿格梁+植生袋+掛網(wǎng)噴播+深層導(dǎo)水孔+錨筋樁+平臺地梁的多種綜合支護(hù)型式，施工復(fù)雜且質(zhì)量要求高，主要的支護(hù)施工及質(zhì)量控制如下：

3.2.1 掛網(wǎng)噴播

掛鍍鋅鐵絲網(wǎng)噴播的施工順序為：坡面整理→規(guī)劃放樣→錨桿鉆孔→安放錨桿并注漿→安裝鐵絲網(wǎng)→濕潤邊坡→噴射基材→植被噴射→植被養(yǎng)護(hù)。掛網(wǎng)應(yīng)在錨桿可受力后進(jìn)行，固定網(wǎng)采用14#鍍鋅鐵絲網(wǎng)，網(wǎng)孔為50 mm×50 mm，施工時必須張拉緊，網(wǎng)間搭接寬度≥5 cm，并用18#鐵絲綁扎牢固，保證網(wǎng)與網(wǎng)間的牢固連接，控制網(wǎng)與坡面的距離要一致。安放錨桿托板固定鐵絲網(wǎng)時，要確保鐵絲網(wǎng)與原坡面的最小距離≥5.5 cm。

基材混合物的體積配比為綠化基材：纖維：植壤土=1∶2∶ 依次倒入拌和機料斗攪拌均勻。植壤土應(yīng)選擇邊坡原有的地表土或附近農(nóng)田土粉碎過8 mm篩，含水量≤20%。在充分濕潤坡面后，再噴射基材混合物，施工前應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場試驗。噴射施工時要求每間隔1 m設(shè)置一厚度控制標(biāo)志樁，確保噴射厚度≥10 cm。噴射時，噴槍應(yīng)要與受噴坡面垂直，并充分噴滿凸凹部位及死角；嚴(yán)格控制風(fēng)壓與風(fēng)量，要求槍口風(fēng)壓在5 000 Pa左右。植被種植噴射厚度為10 mm，噴播后應(yīng)及時覆蓋種植用無紡布。

3.2.2 錨桿與格梁

錨桿施工主要流程為：放樣孔位→鉆機就位→鉆孔→清孔→安裝錨桿→注漿。錨桿孔鉆施工腳手架及平臺搭設(shè)要滿足相應(yīng)承載能力要求，并保證穩(wěn)固［8］；安裝固定鉆機要準(zhǔn)確，并嚴(yán)控鉆機位置，孔位偏差為±10 mm，深度偏差為-10～+50 mm，錨桿與水平面的交角應(yīng)符合設(shè)計要求。

要確保每根錨桿鋼筋順直，并進(jìn)行除銹、除油污處理。安裝錨桿時，先用高壓風(fēng)吹孔清理，用人工緩慢將錨桿體放入孔內(nèi)，并確保錨固長度。注漿壓力、數(shù)量及時間根據(jù)錨固體的體積及錨固地層確定，嚴(yán)控注漿質(zhì)量。錨桿施工完后，要按設(shè)計及規(guī)范要求，每段坡面選取不少于3根錨桿，進(jìn)行嚴(yán)格的現(xiàn)場抗拔力試驗。格梁施工的鋼筋安裝、模板、混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)均應(yīng)該按設(shè)計及規(guī)范要求進(jìn)行［9-10］。

3.2.3 錨筋樁

樁采用潛孔鉆干法成孔，鉆位偏差應(yīng)≤5 cm，鉆孔偏差應(yīng)≤±1°，并在安裝加筋體前用高壓風(fēng)清孔，以提高孔壁與砂漿的粘著力。加筋體用鋼筋要完整，接頭宜采用對接焊，接頭區(qū)域長度1.5 m范圍內(nèi)的接頭鋼筋面積不得超過錨筋束總面積的50％。

成孔后吊放加筋體并埋設(shè)灌漿管，鋼筋必須放至孔底，灌注M30水泥砂漿，并摻為膠凝材料用量的10％～12％微膨脹劑，水泥漿水灰比為0.45∶1。每孔必須保證一次灌漿到位，當(dāng)孔口返出漿液與灌入漿液質(zhì)量一致時，灌漿即可結(jié)束。此時，用小石子將錨筋樁與孔口塞緊，維持樁體２ｄ不被搖動。系梁和承臺混凝土強度要求達(dá)C30以上。施工時，鋼筋安裝、模板、混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)也均應(yīng)按設(shè)計及規(guī)范要求進(jìn)行。

3.2.4 植生袋

植生袋用于充填錨桿格梁間防護(hù)綠化，主要由三維排水聯(lián)接扣、生態(tài)袋等工程組件構(gòu)成。生態(tài)袋采用抗紫外線、耐用、無毒、透水與透氣性強的高質(zhì)量環(huán)保材料制作。植生袋以正三角穩(wěn)固堆疊方式構(gòu)成，保證固土功能良好；同時要對植物非常友善，能使后期發(fā)達(dá)根系穿透生態(tài)袋并深入邊坡泥土。聯(lián)接扣要求具有雙向通道凹槽和垂直孔洞，并成相互交錯的非流線型凸肋式結(jié)構(gòu)。

植生袋在坡面上施工時，一定要從底部開始，每隔1 m遠(yuǎn)放置一根直徑4 cm的硬PVC管，從基面至新壘的植生袋墻外，特別要注意保證深層排水管的水能順暢流出。

3.3 防護(hù)效果分析

由于本工程原設(shè)計采用的綜合防護(hù)方案較為可行，雖然在施工時強風(fēng)化粉砂巖邊坡出現(xiàn)了一定的淺層滑動，但由于進(jìn)行動態(tài)設(shè)計，及時對該邊坡增設(shè)錨筋樁等防護(hù)加固處治，確保了邊坡穩(wěn)定。由于技術(shù)方案合理、施工質(zhì)量控制嚴(yán)格，施工后的防護(hù)結(jié)構(gòu)完整，邊坡穩(wěn)定性好；植被覆蓋率gt;80%，綠化效果較佳。

4 結(jié)語

（1）高邊坡施工時必須做好施工期間的防排水措施，由上至下，逐級開挖、逐級防護(hù)，并貫徹動態(tài)設(shè)計原則，針對開挖過程出現(xiàn)地質(zhì)條件與設(shè)計不符或出現(xiàn)開裂失穩(wěn)狀況時，應(yīng)及時通知設(shè)計單位對設(shè)計方案進(jìn)行必要的動態(tài)調(diào)整。

（2）巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，在強降雨后極易軟化導(dǎo)致強度快速降低，原設(shè)計邊坡采用的掛網(wǎng)噴播+深層導(dǎo)水孔+錨桿格梁+錨筋樁+植生袋防護(hù)綠化綜合防護(hù)方式是合理的，但邊坡施工應(yīng)當(dāng)在旱季進(jìn)行才是可靠的。

（3）強降雨會使未及時做好防護(hù)的強風(fēng)化粉砂巖出現(xiàn)淺層滑動及開裂，在邊坡部分滑動后，對該邊坡增設(shè)錨筋樁進(jìn)行防護(hù)加固處治的方法經(jīng)證明是可行的。

（4）針對強風(fēng)化粉砂巖高邊坡，施工時應(yīng)該嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙及施工規(guī)范要求進(jìn)行，必須確保每道工序質(zhì)量可靠，才能保證邊坡的整體穩(wěn)定，確保施工安全。

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收稿日期：2023-10-30

作者簡介：溫科浩（1995—），助理工程師，主要從事路基與橋梁監(jiān)理工作。