高危巖質(zhì)邊坡綜合支護設(shè)計研究

王 水 生

(湖北省林業(yè)勘察設(shè)計院，湖北 武漢 430223)

高危巖質(zhì)邊坡綜合支護設(shè)計研究

王 水 生

(湖北省林業(yè)勘察設(shè)計院，湖北 武漢 430223)

為了提高邊坡支護措施在安全性、經(jīng)濟性和環(huán)保性上的綜合效果，提出了高危邊坡綜合防護思路，指出采用設(shè)置路塹擋土墻、錨桿框架及預(yù)應(yīng)力錨索框架等措施進行加固，具有較好的針對性和實用性。

巖質(zhì)邊坡，高危邊坡支護設(shè)計，防護思路，錨桿框架

0 引言

在公路建設(shè)過程中，不可避免的會遇到深挖高填地區(qū)，高邊坡防護問題直接關(guān)系到公路的建設(shè)和運營安全。因此，正確評估坡體的穩(wěn)定性，采取科學(xué)合理、經(jīng)濟環(huán)保的加固方法對存在隱患的邊坡進行支護是公路設(shè)計的重中之重。

文獻[1]～[5]表明，高邊坡防護設(shè)計主要關(guān)注邊坡加固支護方法的應(yīng)用，部分學(xué)者提出了環(huán)保綠化新理念[6]，但探討主要集中在應(yīng)用方法。針對高危巖質(zhì)邊坡，綜合支護理念及設(shè)計措施能夠進一步加強邊坡支護措施在安全性、經(jīng)濟性和環(huán)保性上的整體效果，提高邊坡的穩(wěn)定性。本文以廣東省某公路工程為背景，從綜合設(shè)計理念出發(fā)，提出“以邊坡穩(wěn)定為主線，以安全、經(jīng)濟、環(huán)保為目標(biāo)”的高邊坡綜合防護思路，基于公路沿線高邊坡實際狀態(tài)，提出科學(xué)合理的綜合加固措施。針對穩(wěn)定性不同的高邊坡，分別采用放緩坡率、植被防護、設(shè)置主動防護網(wǎng)、設(shè)置擋土墻、錨桿框架、預(yù)應(yīng)力錨索框架等措施進行防護加固，以期能夠改善穩(wěn)定性較差邊坡的安全，加強邊坡的主動防護，從而提高公路沿線的綠化環(huán)保。

1 工程背景

該公路工程位于廣東省境內(nèi)，為舊路改造工程。通過實地調(diào)研，舊路全線邊坡無支擋、支護措施，坡頂截水溝缺失，排水系統(tǒng)破壞嚴重。這導(dǎo)致公路沿線上下邊坡滑塌嚴重，且滑塌處經(jīng)過多次滑塌—清理的過程演變?yōu)闊o規(guī)則的邊坡形式。公路沿線邊坡大部分屬于高危巖質(zhì)邊坡，最高邊坡達88.6 m。這些邊坡大部分一坡到頂，坡腳處基巖開裂，隨時有崩塌的危險。有些坡面經(jīng)過滑塌后形成凹陷形邊坡，具有再度滑塌的可能，對過往車輛及行人的安全造成巨大威脅。

2 高危巖質(zhì)邊坡防護理念及思路

高危巖質(zhì)邊坡主要特點為邊坡高、巖體風(fēng)化嚴重，安全性較差。因此，邊坡防護的理念主要集中在“先加固，后防護”。實際的實施過程中，應(yīng)該遵循“先表面后深部，先簡單后復(fù)雜”的原則，按照“以邊坡穩(wěn)定為主線，以安全、經(jīng)濟、環(huán)保為目標(biāo)”的防護思路，采用綜合加固支護手段對其進行全面治理。

高危邊坡加固支護設(shè)計思路如圖1所示。

對高危邊坡進行加固防護，首先應(yīng)判斷巖體的穩(wěn)定性。通過現(xiàn)場實地勘察，采用試驗測試手段得到巖石力學(xué)性能指標(biāo)，并據(jù)此判斷邊坡巖體的計算參數(shù)。邊坡穩(wěn)定的計算主要是抓住抗滑力與下滑力這對主要矛盾，當(dāng)邊坡穩(wěn)定計算安全系數(shù)小于1.2時，就應(yīng)對邊坡進行加固處理。穩(wěn)定性不滿足要求的邊坡，應(yīng)采用工程防護和植物防護結(jié)合的綜合加固方法進行處理；穩(wěn)定性計算滿足安全要求的邊坡，宜采用植被防護、主動防護措施，以保證邊坡的穩(wěn)定和綠化。

考慮邊坡防護與沿線自然的一致性，同時充分貫徹可持續(xù)發(fā)展及綠色環(huán)保理念，設(shè)計中坡形采用臺階式構(gòu)造，在保證坡體穩(wěn)定的前提下，坡面盡量綠化植草、美化環(huán)境，同時在碎落臺及第一級邊坡平臺處設(shè)置花槽，種植藤本植物、灌木等以加強邊坡的綠化。

3 高危邊坡綜合支護設(shè)計

以K36+520～K36+720段高邊坡為研究對象，該處位置出露地層為震旦系樂昌峽群變質(zhì)砂巖，山體局部有開裂，整體上形態(tài)呈“扇”形。該處邊坡有滑坡，滑坡后緣已至山頂，前緣至坡腳，滑體上部自然坡度約為17°，中下部較陡，自然坡度約為45°，滑坡前緣寬度約為50 m，順主滑方向長約150 m，滑體平均厚度約5.5 m。整個邊坡高度為88.6 m(見圖2)。

高危邊坡穩(wěn)定性計算方法的選取是基于現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)以及邊坡滑動破壞趨勢而定。實地勘察發(fā)現(xiàn)，該處邊坡巖體風(fēng)化嚴重，邊坡滑面形態(tài)近似平面折線型，后緣相對陡傾，前緣相對平緩；滑帶巖土厚度較小。從其空間展布情況分析，該滑坡為牽引式滑坡，其推力及穩(wěn)定系數(shù)計算模型可選擇為折線型[7]。

采用極限平衡法對正常工況(天然狀態(tài))和非正常工況(飽水狀態(tài))下滑坡穩(wěn)定性及滑坡推力進行計算，根據(jù)工程揭露，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗天然狀態(tài)下滑體的重度取18.5 kN/m3；飽水狀態(tài)下滑體的重度取20.2 kN/m3。

滑面強度參數(shù)取值根據(jù)巖體力學(xué)室內(nèi)試驗值及反算綜合考慮。根據(jù)巖土樣室內(nèi)試驗、經(jīng)驗類比法綜合確定：飽和抗剪強度C=14.0 kPa，φ=5.3°；天然抗剪強度C=18.0 kPa，φ=7.2°。經(jīng)計算，天然狀態(tài)下與飽和狀態(tài)下滑坡穩(wěn)定系數(shù)與滑坡推力計算如表1，表2所示。

由表1可見滑體在天然狀態(tài)下，穩(wěn)定系數(shù)為1.30，變形體處于穩(wěn)定狀態(tài)；由表2可見滑體在飽水狀態(tài)下穩(wěn)定系數(shù)為0.98，說明在連續(xù)強降雨和滑體加載的條件下滑體就會失穩(wěn)，故需要盡快對邊坡滑體進行加固支護。

考慮到該邊坡高度約90 m，且?guī)r體風(fēng)化嚴重，已經(jīng)形成了滑坡，加固支護方法采用綜合加固法實施。采用錨桿框架及預(yù)應(yīng)力錨索框架提高邊坡的穩(wěn)定性，輔以加設(shè)擋土墻、增設(shè)截水溝、植被防護的措施，提高邊坡的整體防護能力，加強邊坡支護的經(jīng)濟、綠化效果。加固措施如圖3所示。

表1 滑坡穩(wěn)定系數(shù)及滑坡推力計算表(天然狀態(tài))

表2 滑坡穩(wěn)定系數(shù)及滑坡推力計算表(飽水狀態(tài))

根據(jù)邊坡實際狀態(tài)，將高危邊坡劃分為10級。第Ⅰ級邊坡高度為4 m，第Ⅱ級～第Ⅸ級邊坡高為8 m，余為第Ⅹ級邊坡。整個邊坡采用放緩坡率的方式進行改造。第Ⅰ級邊坡采用路塹墻構(gòu)造，坡率為1∶0.25，其余位置均采用1∶0.75的坡率。每一級邊坡上部均設(shè)邊坡平臺，第Ⅰ～Ⅲ級位置平臺寬5 m，其余位置平臺寬2 m。

第Ⅰ級邊坡位置由于緊貼道路主體結(jié)構(gòu)，為了保護公路的行車安全，設(shè)置路塹墻，路塹墻面坡為1∶0.25，底坡內(nèi)傾為1∶5，墻身采用10號漿砌片石砌筑，整個路塹墻墻高4.5 m，墻背高度為4.85 m。

第Ⅱ，Ⅲ，Ⅷ，Ⅸ級位置采用掛網(wǎng)噴混凝土植生方式進行防護，即將草種、輔助劑、有機肥等加入水泥制成植被混凝土，用專用設(shè)備將其噴射到掛網(wǎng)的邊坡上，以達到穩(wěn)定邊坡和環(huán)保的作用。采用該方式主要是利用植被根系的力學(xué)加固原理，在保證邊坡穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，對邊坡進行綠化，改善道路兩側(cè)的生態(tài)環(huán)境。

第Ⅳ級～第Ⅶ級位置采用錨桿框架和預(yù)應(yīng)力錨索框架對不穩(wěn)定邊坡進行聯(lián)合錨固。加固采用壓力分散型錨索進行，主要是考慮到其受荷載作用下，錨桿軸力和粘結(jié)應(yīng)力的峰值具有明顯減小的趨勢，同時應(yīng)力分布均勻，傳遞給孔壁的徑向力也較為平均，使得粘結(jié)強度極大的提高。錨桿承載力增長與錨桿長度成正比，從使用效果看，具有安全可靠、耐久適用的優(yōu)點。

錨桿采用φ32高強精軋螺紋鋼筋，每一級邊坡采用3排預(yù)應(yīng)力錨桿，覆蓋該級邊坡的所有范圍。考慮到邊坡滑動面距巖體表面深度的不同，從經(jīng)濟合理的角度，采用不同長度的預(yù)應(yīng)力錨桿進行防護。第Ⅳ級邊坡采用13 m錨桿，第Ⅴ級邊坡采用16 m錨桿，第Ⅵ，Ⅶ級錨桿長度為19 m。錨固段長度均為6 m。根據(jù)邊坡巖石風(fēng)化程度及節(jié)理裂隙發(fā)育程度，設(shè)置不同的錨桿框架及預(yù)應(yīng)力錨索框架防護。框架內(nèi)采用以植物防護為主的輕型防護措施。邊坡頂部設(shè)置截水溝，避免雨水沖刷對邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。

對加固以后的邊坡進行穩(wěn)定性分析，處理以后的邊坡整體穩(wěn)定性安全系數(shù)達1.202，滿足安全要求。

通過對該邊坡采用放緩坡率、設(shè)置路塹墻、預(yù)應(yīng)力錨桿錨索框架梁、掛網(wǎng)錨噴混凝土植生及截水溝的方式進行加固，加固后邊坡整體安全系數(shù)達到要求，綜合加固手段不僅在施工上便于實施操作，同時在經(jīng)濟上具有較好的合理性，并且保證了道路周邊的生態(tài)綠化，整體加固效果較好(見圖4)。

4 結(jié)語

本文以廣東省某道路高危巖質(zhì)邊坡的防護設(shè)計為研究對象，采用綜合防護手段進行加固治理，可以得出以下結(jié)論：

1)公路高危邊坡防護應(yīng)從綜合設(shè)計理念出發(fā)，“以邊坡穩(wěn)定為主線，以安全、經(jīng)濟、環(huán)保為目標(biāo)”的高邊坡綜合防護思路能夠在充分保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，提高邊坡加固防護效果；2)高危巖質(zhì)邊坡主要特點為邊坡高、巖體風(fēng)化嚴重，安全性較差。采用放緩坡率、設(shè)置擋土墻、預(yù)應(yīng)力錨桿錨索框架梁的綜合處理方案，能夠有效改善邊坡穩(wěn)定性，達到結(jié)構(gòu)安全的效果。從高危邊坡加固設(shè)計角度而言，綜合防護方法具有很好的針對性和實用性。

[1] 巨能攀，趙建軍，鄧 輝，等.公路高邊坡穩(wěn)定性評價及支護優(yōu)化設(shè)計[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2009，28(6):1152-1161.

[2] 劉 魏.錨桿—框架梁結(jié)構(gòu)在高邊坡中的應(yīng)用[J].公路與汽運，2014(1):99-102.

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[5] 朱大勇，鄧建輝，臺佳佳.簡化Bishop法嚴格性的論證[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2007，26(3):455- 458.

[6] 黨高峰，曾 勇，艾仁高.新理念在公路邊坡防護設(shè)計中的應(yīng)用[J].中外公路，2010，30(5):17-19.

[7] 楊 梅，王武斌，張曉曦.折線形滑面邊坡穩(wěn)定性分析與預(yù)應(yīng)力錨索支護研究[J].路基工程，2014(1):76-79.

Comprehensive support design of high and dangerous slope for rock mass

Wang Shuisheng

(TheForestryProspect&DesignInstituteofHubeiProvince,Wuhan430223,China)

To improve the comprehensive effect of measures for slope supporting in the facts of security, economy and environmental protection, comprehensive support idea for high and dangerous slope were put forward. The retaining wall were set and anchor bar frame, prestressed anchor rope frame were used to reinforce the slope. The comprehensive method has good pertinence and practicability.

rock mass slope， support design of high and dangerous slope， support idea， anchor bar frame

2014-11-22

王水生(1973- )，男，工程師

1009-6825(2015)04-0080-03

P642.2

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