關于高邊坡治理技術的探討

李輝

摘 要：在該邊坡坡頂出現裂縫并處于臨界狀態時，及時采取有效措施進行治理，此時治理工程易于施工，也較為經濟。如任其發展成整體滑動，必將造成巨大的經濟損失。結合邊坡實際地形及地質情況，深入分析邊坡破壞的形成機制并進行穩定性分析，按照“防治結合、一次根治、不留后患”的原則，采用技術先進、經濟合理、安全可靠的工程措施對該邊坡進行綜合治理。

關鍵詞：高邊坡設計 施工

一、工程概況

某高速公路是國家重點干線的組成部分，也是省會連接旅游的交通要道。該路中的湯口互通立交A 匝道AK3+698～AK3+888 段右側路塹邊坡位于山腳下，原設計為五級，每級高8m，最大坡高42m。該坡坡頂坡口線外沿傾向線路方向發現一弧形拉裂縫，自下向上裂縫寬度約10～45cm，其中裂縫最高位置位于AK3+785，距開挖坡口線平距約62m，高差約45m。根據現場情況分析，該邊坡處于暫時穩定的臨界狀態，如任其發展導致整體滑動將直接損壞在建的高速公路和堵塞其下的河道，必將造成巨大的經濟損失，且無法保證高速公路的如期建成。為確保下一步施工及運營階段的安全，必須對該坡出現的裂縫進行治理。

二、邊坡的地質環境及結構特征

1．邊坡的地質環境

該邊坡屬于構造侵蝕中山區，山勢陡峭，地形復雜，植被發育。邊坡兩側均發育有小沖溝，其下逍遙溪沿線流過，河谷深切呈“V”字形，邊坡自然坡度一般在20°～53°。該邊坡大地構造單元屬地臺之下，次級構造為褶皺束。外圍主要發育有斷裂，斷裂發育方向55°，發育長度33KM，傾向南東，傾角55°～77°，屬壓性斷層，而湯口斷裂，發育長度12KM，走向310°，傾向北東，傾角80～90°，具張扭性，屬配套斷裂。受上述地質構造影響，邊坡內節理極發育。該邊坡上覆第四系全新統殘坡碎石土（Qel+dl4 ），下伏基巖為震旦系休寧組下段（ 1 1 Z X ）硅化粉砂巖，粉砂巖間夾有薄層的泥巖，泥巖層厚0.2m 左右，泥質砂巖和石英砂巖呈韻律式出現。地層產狀變化較大，總體上為NWW/NE∠35～40°。

2．邊坡的結構特征

該邊坡為一順傾向巖質邊坡，傾向NNE，為小夾角的順向坡。經人工開挖后坡面坡度為50°～53°，巖層的產狀為N10～20°E/SE∠50～53°。巖體結構特征十分復雜，呈塊狀、次塊狀、鑲嵌及碎裂狀，結構面有斷層、軟弱帶、層間錯動帶等。邊坡內節理裂隙密集，結構面相互切割巖體呈碎裂結構，多為壓扭性，局部為張性，裂縫寬1～3mm，個別達100mm，裂隙中充填有巖屑、粘土、粉砂、裂面上多為硅質、泥質或錳質氧化薄膜，其巖體結構多表現為碎塊狀巖體、塊狀～裂塊狀巖體。

三、變形破壞的形成機制及穩定性評價

1．變形破壞的形成機制

（1）坡面表層第四系殘坡積層較厚，結構松散，孔隙度大；下伏強風化粉砂巖風化強烈，巖質松軟，且風化層厚度大，受外界因素影響時易失穩。

（2）受構造切割的影響，巖體節理裂隙極發育，巖體被切割呈棱形塊狀，目前強風化層巖體均為破碎結構和塊裂結構，穩定性差。

（3）巖層傾向與邊坡坡面小傾角斜交，有利于順向滑移，后期的構造運動（錯動）、卸荷風化等地質作用的改造，破壞了巖體的原有結構。

（4）開挖切坡，形成臨空面，改變了原自然坡體的應力狀態，為塊體失穩提供了滑移崩落空間。

（5）降雨滲入，浸潤軟弱結構面也是誘發因素之一。

2．邊坡的穩定性評價

（1）坡體的物理力學性質

表1 計算參數綜合取值表

物理力學參數是影響坡體穩定性評價的重要因素。要獲得符合坡體工程特性的參數難度較大，選擇強度參數時應考慮到坡體的巖性、應力應變歷史和時間效應。該邊坡的物理力學參數在考慮上述因素后，通過現場直接進行大剪、便攜剪切等剪切試驗實測，同時輔以反算和工程類比，得出的結果如表1。

（2）坡體滑動面的確定

滑面的確定是穩定性評價中極為重要的問題，對坡體的

穩定性評價應選用最危險的破壞面來進行。對較為破碎的巖

土體，如考慮C 值的影響，滑面一般呈圓弧狀。從幾何角度

來看，圓弧是由圓心和半徑構成的圓的一部分弧段，所以確

定最危險的滑面實際上就是確定滑面所在的圓弧的圓心和半

徑。直接搜索法先給出圓心可能出現的區域，并找出該點與

坡體邊界點的最大和最小距離，然后從最小距離開始以一定

的步長增量為半徑，計算邊坡的穩定性系數，最后找出穩定性系數最小的圓心位置和半徑，以此來評價坡體的穩定性。通過對現場的地形及地質情況分析，確定AK3+799 處為邊坡的主滑斷面，則選該主滑斷面進行滑面搜索，結果見下圖圖3：AK3+799－3 計算剖面所示；同時結合該邊坡出現裂縫的位置、該邊坡的地質勘察報告以及按設計進行開挖后的邊坡情況，推出其可能的滑面分別如下圖圖1：AK3+799－1 計算剖面（滑體剪出口位于第一級邊坡中部）和圖2：AK3+799－2 計算剖面（滑面剪出口位于第一級邊坡底部）所示，并采用有限元搜索其可能的滑面（見下圖AK3+799－1 計算剖面）。通過對AK3+799－1、2、3 三個剖面進行穩定性計算，從而得出該邊坡的穩定性結果。

圖1 AK3+799－1 計算剖面

圖2 AK3+799－2 計算剖面

圖3 AK3+799－3 計算剖面

（3）邊坡穩定性計算及結果分析結合該邊坡的結構特征及其各種荷載情況，尤其是該地區降雨豐富的特點，擬定以下三種計算工況。工況①：天然狀態。僅僅考慮邊坡的自重力，計算時采用

最危險的破壞面上的天然c、φ 值，容重采用坡體的天然容重；工況②：天然＋飽水。在工況①的基礎上，再加上地下水的作用，坡體變形后在坡體的后緣和中部均產生了許多和滑面貫通的拉張裂隙，在計算時應考慮靜水壓力的影響；工況③：天然＋飽水＋地震。在工況②的基礎上，再加水平地震力的影響（a 取為0.005）。根據該邊坡的物理力學參數，采用AK3+799－1、2、3所示的三個計算剖面，利用極限平衡的基本理論和方法，得

到的計算結果如下表2。從計算結果可看出，在工況①的情況下，AK3+799-1、2 兩個計算剖面邊坡處于穩定狀態，AK3+799-3 計算剖面邊坡穩定性差；在降雨或者暴雨的影響下，坡體穩定性系數降低，坡體失穩可能性非常大。從目前該邊坡坡口外緣已出現裂縫的情況分析，AK3+799-2 計算剖面得出的計算結果與現場情況十分吻合，同時說明目前該邊坡處于臨界穩定狀態，必須及時對其進行治理以確保施工及運營階段安全。

表2 邊坡穩定性計算結果表

四、邊坡治理工程方案設計

1．推力計算

為確保治理工程安全可靠，必須正確選擇設計工況。結合該邊坡坡體的地質條件、結構特征及各種可能出現的荷載情況，采用工況②為設計工況。鑒于該邊坡的復雜性及破壞后后果非常嚴重，將該邊坡的設計等級確定為一級，其安全系數取1.2。

表3 AK3+799－2 剖面推力計算結果

采用規范推薦的不平衡推力傳遞系數法對該邊坡的推力進行計算， 參數采用和穩定性評價時相同的參數。因AK3+799-2 計算剖面較AK3+799－1、3 兩個計算剖面更為不利，且其與現場情況十分吻合，故重點對AK3+799-2計算剖面進行計算，其推力計算情況見表3，其AK3+799-2剖面推力曲線圖如圖4。據此得出該邊坡設計工況下的推力為2573.33KN/m。

2．工程治理方案設計

通過深入分析該邊坡失穩的形成機制、邊坡現今所處變形破壞狀態以及邊坡未來將經受的環境條件變化等特征，同時結合該邊坡的現狀，擬定以下兩種治理方案：

方案一：錨拉抗滑樁+預應力錨索+排水+坡面局部防護；

方案二：預應力錨索+排水+坡面局部防護；

方案一中因有錨拉抗滑樁，使施工難度增大且工期延長，

但有利于邊坡的長期安全；方案二施工較為簡便快捷，但隨著時間的推移和受外界因素的干擾，施加預應力的錨索會出現不同程度的松弛，不利于邊坡的長久穩定。因該段A 匝道左側為高邊坡，右側下方下挖8m 后為主線路基，目前尚未開挖，但進一步施工必會對A 匝道左側高邊坡產生影響。故從該邊坡的復雜性、重要性及長久的安全角度出發，選取方

案一為本邊坡的治理方案。

3．具體的工程治理措施

該邊坡共五級，原設計為錨桿框架防護。現自下而上數第四、五級邊坡已防護完畢；第二、三級邊坡已開挖完畢，錨桿框架也已部分施工；第一級邊坡部分開挖，尚未防護。則根據邊坡現狀，具體治理措施如下。

（1）在坡口線外再增設一道截水溝，每級平臺設一排水溝，將坡面內的水引至截水溝排走；在第一、三級邊坡每片框架內設一20m 長仰斜排水孔將坡體內的裂隙水排走。

（2）第五級邊坡維持原設計不變；對第四、三、二級邊坡已施工錨桿框架的部分，在每片框架3X3m 格內增設一根錨索，每排兩根；在第三、二級邊坡未施工錨桿框架的部分改錨桿框架防護為錨索框架防護，每排3 根。第四級錨索長40m；第三級錨索長35m；第二級錨索長30m。錨索傾角均為25°，縱豎向間距3X3m。每根錨索由7 束φs15.24 高強度低松弛無粘結鋼絞線組成，錨索設計荷載為800KN，錨固段長為10m。

（3）AK3+714～834 段第一級邊坡頂平臺頂處每6m設一根斷面尺寸為1.8mX2.6m 錨索抗滑樁，抗滑樁長20m，共21 根，樁頂設兩根錨索，錨索長25m，上排錨索傾角為28°，下排錨索傾角為20°，每根錨索由7 束φs15.24 高強度低松弛無粘結鋼絞線組成，錨索設計荷載為800KN，錨固段長為10m。

（4）第一級邊坡仍采用錨桿框架防護不變，錨桿長度調整為6m。

五、邊坡治理工程的施工

1．施工工序與施工方法

在該邊坡的工程治理方案確定以后，如何組織實施并使加固措施及時發揮作用就成為首要問題，確定合理的施工工序和施工方法最為關鍵。

水是影響邊坡穩定的重要因素之一，對本邊坡的影響更十分明顯。所以首先進行截水溝、平臺水溝及邊坡內仰斜排水孔的施工，使之形成完整的邊坡排水系統，將坡面水及坡體內的裂隙水及時排走，將水對邊坡的影響減至最小。

由于該邊坡處于暫時的臨界穩定狀態，任何外界的干擾都可能導致邊坡的再次失穩，所以在進行加固措施的施工過程中應盡量少擾動邊坡。本邊坡在進行排水工程施工后，立即進行第四、三級邊坡的錨桿框架內的錨索施工，再依次進行第三、二級錨索施工，最后進行抗滑樁施工。因為錨索的施工對邊坡擾動較小，張拉錨固后能立即發揮作用，為后面的施工提供有力的保障，而抗滑樁的施工對邊坡的擾動較大，特別是樁進入錨固深度后需放炮開挖，對邊坡的擾動更大，所以應在第四、三和二級邊坡錨索施工完成后方可進行抗滑樁的施工。如為搶工程進度，在上面錨索工程未發揮作用前，即進行抗滑樁施工是得不償失的。

為減少對邊坡的擾動，在抗滑樁施工時，要求先從兩端開始，每隔兩根挖一根分批跳槽開挖，依次向中間匯合，當基坑開挖進入錨固段必須放炮時，要求“短進尺、弱爆破”，嚴格控制炸藥用量和鉆眼深度。

2．動態施工盡管在治理工程實施之前，對該邊坡進行了詳細的地質勘察，但也無法徹底了解其地質情況，所以在治理方案確定以后，對其后的施工過程進行跟蹤，并請有專業資質的單位對該邊坡進行監測。通過仔細分析每個鉆孔鉆出的芯樣、鉆機的鉆進速度和抗滑樁基坑揭示的地質情況，并結合監測單位反饋的信息，對錨索及抗滑樁的長度做合理調整；對邊坡的防護范圍也做了一定的調整；對施工工序也實行動態調整，如監測反映邊坡變形情況穩定，且在第四、三級錨索已部分發揮作用的前提下，為加快工程進度，同意其施工兩端的抗滑樁，當情況不利時立即調整。另外，根據邊坡現場的出水情況將仰斜排水孔的位置及數量也作了相應調整，使之更符合實際排水要求。總之，在監測單位的配合下，施工和設計緊密結合，做到“動態設計、信息化施工”。

六、結語

根據高邊坡的地質環境條件，在對邊坡結構特征詳細調查的基礎上，分析評價其變形破壞的形成機制，利用極限平衡的基本理論和方法對邊坡穩定性進行計算和分析，對該邊坡的動態設計和信息化施工進行闡述，采用錨拉抗滑樁+預應力錨索+排+坡面局部防護的治理方案，使邊坡變形得到控制，整個邊坡已趨于穩定。

參考文獻

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注：文章內所有公式及圖表請用PDF形式查看。