省道西港線K168+000 路段路塹邊坡綜合防護(hù)治理案例分析

■許可斌

(漳州市公路局，漳州 363000)

1 路塹邊坡破壞的影響因素

路塹邊坡的破壞主要取決于所在場地的環(huán)境地質(zhì)條件，因此，調(diào)查了解場地內(nèi)的宏觀地質(zhì)條件、邊坡破壞類型和引起破壞的主要因素等就顯得非常重要。 以下以省道西港線華安路段的地質(zhì)條件為背景， 在廣泛收集相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，通過對華安縣的邊坡情況，特別是破壞邊坡的調(diào)查、分析，掌握路塹邊坡所處的工程地質(zhì)環(huán)境，從工程地質(zhì)學(xué)的角度，分析邊坡破壞的原因[1-2]。

造成邊坡失穩(wěn)破壞的原因主要有工程所在地的氣象和水文條件、地形地貌及周邊環(huán)境、工程地質(zhì)狀況、巖土體分布及特征、地下水類型及埋藏條件、不良地質(zhì)作用及不良地下埋設(shè)物、地震和加載等[3]。

2 工程概況

省道西港線K168+000 路段邊坡工程， 邊坡原屬殘坡積地貌，形成高約76m 土質(zhì)邊坡，邊坡坡度50～85°，上緩下陡，坡腳已采用擋土墻支護(hù)，現(xiàn)擋土墻因受擠壓已開裂變形，邊坡后緣可看見三處明顯張拉裂縫，裂縫呈不規(guī)則形狀。擬建場地原始地貌屬侵蝕剝蝕丘陵地貌，原屬山坡地，經(jīng)近期人工開挖后形成高約76m 土質(zhì)邊坡，邊坡總長約135m。 根據(jù)鉆探及區(qū)域地質(zhì)資料，區(qū)域內(nèi)上覆地層較復(fù)雜，地層分布為①素填土、②含碎石粉質(zhì)粘土、③散體狀強(qiáng)風(fēng)化砂巖、 ④碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化砂巖、 ⑤中風(fēng)化砂巖。 邊坡全貌如圖1 所示。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 現(xiàn)狀穩(wěn)定性分析

產(chǎn)生邊坡失穩(wěn)的條件十分復(fù)雜， 歸結(jié)起可分為內(nèi)部條件和外部條件兩方面。

圖1 K168+000 路段邊坡全貌圖

(1)內(nèi)部條件：實(shí)踐表明當(dāng)較陡的邊坡上堆積有較厚的土層， 其中有遇水軟化的軟弱夾層或結(jié)構(gòu)面往往容易發(fā)生滑坡。本土質(zhì)邊坡由含碎石粉質(zhì)粘土、散體狀強(qiáng)風(fēng)化砂巖組成，土層厚度較大，各層的滲透系數(shù)一樣。 雨季時(shí)散體狀強(qiáng)風(fēng)化砂巖處于飽水狀態(tài)， 使上覆含碎石粉質(zhì)粘土飽水軟化，抗剪強(qiáng)度降低，形成潛在滑動(dòng)面，上覆土體容易失穩(wěn)。

定性分析潛在滑動(dòng)面為散體狀強(qiáng)風(fēng)化砂巖與碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化砂巖的交接部位， 巖性以含碎石粉質(zhì)粘土和散體狀強(qiáng)風(fēng)化砂巖為主，遇水易軟化，抗剪強(qiáng)度降低，形成滑動(dòng)面。

(2)外部條件：滑坡發(fā)育的外部條件主要為水的作用(降雨沖刷與入滲軟化)，人為開挖、坡面振動(dòng)和加載等，其中水的作用為主要因素。降水滲入土體，一方面增加巖土的重度，加大滑坡體的重量，使下滑距離增加；另一方面使土的抗剪強(qiáng)度降低。本工程邊坡現(xiàn)狀坡度較陡，不能滿足一般土質(zhì)邊坡穩(wěn)定坡比要求，雨季易失穩(wěn)，暴雨時(shí)易造成水流沖刷土質(zhì)陡坡，可能造成塌滑，危及坡腳道路的安全。

3.2 邊坡穩(wěn)定性計(jì)算

通過對剪出面(即張拉力裂縫處)的巖土層進(jìn)行勘探，認(rèn)為邊坡潛在滑動(dòng)面應(yīng)該在散體狀強(qiáng)風(fēng)化砂巖與碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化砂巖的交界處，取工程地質(zhì)剖面5-5′和6-6′斷面(具體位置如下圖2 所示)兩個(gè)主軸斷面進(jìn)行計(jì)算，以此分析邊坡的穩(wěn)定性。

圖2 勘探點(diǎn)平面布置圖

考慮到當(dāng)?shù)赜炅砍渑鎸吰掠绊戄^大， 實(shí)際計(jì)算時(shí)按一般氣候條件和暴雨條件進(jìn)行考慮。 對于一般氣候條件，地下水位以上土體處于非飽和狀態(tài)，土體重度取天然重度，抗剪強(qiáng)度指標(biāo)取勘察報(bào)告中天然狀態(tài)直剪試驗(yàn)值；對于暴雨條件，土體按照全部飽和考慮，土體重度取飽和重度，土體抗剪強(qiáng)度指標(biāo)取飽和狀態(tài)直剪試驗(yàn)值，以下采用傳遞系數(shù)法分別計(jì)算5-5' 和6-6' 斷面的滑坡推力。

傳遞系數(shù)法的計(jì)算簡圖如圖3 所示：

由圖3 可知， 第i 條塊處的滑坡推力Ei可以由以下公式計(jì)算：

其中Ei為第i 條塊處的滑坡推力，Ei-1為第(i-1)條塊處的滑坡推力，Wi為第i 塊條塊的重力，ψi為傳遞系數(shù)，ci為第i 條塊巖土體的粘聚力，li為第i 條塊的滑面長度，φi為第i 條塊的內(nèi)摩擦角，ai為第i 塊條塊的傾角，W1i為附加荷載。

邊坡防護(hù)工程計(jì)算滑坡體的穩(wěn)定性時(shí)還應(yīng)考慮一個(gè)安全系數(shù)K，K 取值應(yīng)大于1， 它的大小決定著滑坡推力的大小，一般采用增大條塊的自重下滑力，即KWisinai來引入安全系數(shù)，本工程計(jì)算式中，安全系數(shù)K 取1.25[4]。

計(jì)算可得滑坡推力，說明在持續(xù)暴雨或久雨條件下，滑坡體處于極不穩(wěn)定狀態(tài)。

圖3 第i 塊條塊的受力圖

4 邊坡防護(hù)方案

根據(jù)邊坡破壞原因分析及穩(wěn)定性分析，從上往下，提出具體防護(hù)方案。

(1)刷坡減載

坡頂部分按照1：1～1：2 進(jìn)行刷坡卸載，清理坡面危石和樹木。

(2)護(hù)面

采用土工格室和拱形骨架植草防護(hù)， 部分陡坎處采用掛網(wǎng)噴砼支護(hù)， 對于刷坡過程中發(fā)現(xiàn)的裂縫和松軟土體采用注漿或粘土夯填處理。

(3)強(qiáng)腰

第三、四級邊坡均采用兩道預(yù)應(yīng)力錨索格構(gòu)+坡面植草防護(hù)。

(4)固腳

第一級邊坡在原護(hù)面墻上設(shè)置兩道預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)，坡腳平臺設(shè)置一排抗滑樁；坡腳處邊坡在已建成的擋土墻上設(shè)置一道預(yù)應(yīng)力錨索格構(gòu)進(jìn)行防護(hù)。

5 邊坡支護(hù)加固效果及經(jīng)濟(jì)技術(shù)評價(jià)

5.1 邊坡防護(hù)工程效果分析

該段邊坡自施行綜合防護(hù)措施以來， 雖然經(jīng)歷了今年臺風(fēng)、熱帶風(fēng)暴等不良?xì)夂虻挠绊懀员３至己玫臓顟B(tài)，施工監(jiān)測結(jié)果表明，錨桿、錨索工作性能正常，未出現(xiàn)水土流失，生態(tài)防護(hù)失效等現(xiàn)象。 可見，該綜合防護(hù)方案起到了既防止坡面滑移、保證邊坡穩(wěn)定的作用，又有利于生態(tài)和環(huán)保。 但是也存在著一些不足：

(1)工程防護(hù)主要采用預(yù)應(yīng)力錨索格構(gòu)梁防護(hù)以及抗滑樁擋墻支護(hù)， 噴砼適用于易風(fēng)化尚未嚴(yán)重風(fēng)化的巖石邊坡，施工簡便，是防止坡面風(fēng)化的有效措施。 但是圬工面積太大，而且表面粗糙不平，外觀太差，影響美觀，應(yīng)配合爬山虎等爬藤植物進(jìn)行坡面綠化，因此，上邊坡應(yīng)盡量避免大面積的純圬工防護(hù)。另據(jù)雨天觀察，發(fā)現(xiàn)噴砼坡面排水孔出水量少或幾乎不出水， 可能與施工時(shí)反濾層設(shè)置不理想有關(guān)， 支擋結(jié)構(gòu)的排水孔一直是公路養(yǎng)護(hù)工程質(zhì)量檢查的重點(diǎn)，排水孔不排水或失效，極易導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)，應(yīng)引起重視。 排水系統(tǒng)無大的病害出現(xiàn)，排水溝底出現(xiàn)細(xì)小裂縫，跌水臺階表面出現(xiàn)細(xì)小沖刷孔洞，應(yīng)及時(shí)修復(fù)并經(jīng)常檢查， 防止地表水進(jìn)入邊坡內(nèi)部， 危害邊坡安全。為了減少水損害，邊坡排水系統(tǒng)應(yīng)盡量采用水泥混凝土澆筑，避免使用漿砌片石，已實(shí)施的漿砌片石排水溝應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行抹面修復(fù)， 斷面較大的排水溝可在水溝內(nèi)側(cè)立模板澆筑10cm 厚的內(nèi)墻進(jìn)行防護(hù)，并采用砼鋪底。

(2) 植物防護(hù)主要是格構(gòu)配合土工格室植草護(hù)坡，經(jīng)過一年多的養(yǎng)護(hù)，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)坡面綠化效果不是很理想，多處坡面裸露黃土，局部土層表面有裂縫，植被長勢不一，出現(xiàn)以上問題的原因主要有： ①公路刷坡后的坡面土為“生土”，結(jié)構(gòu)緊密，植物根系較難伸展，土壤基本沒有肥力，其它指標(biāo)也達(dá)不到要求，一般不適宜植物生長，施工時(shí)直接采用原狀土種植植物， 不能滿足移植植物的生長需要，導(dǎo)致部分死苗和長勢不良。②植物品種的選擇不合理，華安縣地處山區(qū)，日夜溫差大，冬季溫度低，經(jīng)常發(fā)生霜凍，秋冬干旱，夏季多雨，選用植被應(yīng)具有良好的耐寒和抗旱能力。③后期養(yǎng)護(hù)管理不到位，公路養(yǎng)護(hù)一般只涉及路基兩側(cè)綠化樹和綠化景點(diǎn)， 對邊坡防護(hù)工程的綠化養(yǎng)護(hù)不夠重視，基本沒有進(jìn)行管理，任其自生自滅，待死苗較多時(shí)再進(jìn)行補(bǔ)植，不僅造成浪費(fèi)，還有可能導(dǎo)致已經(jīng)建好的邊坡防護(hù)工程失效。 ④缺乏養(yǎng)護(hù)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)等其它原因。因此，應(yīng)科學(xué)選擇植物品種，因地制宜，挑選多種植物進(jìn)行試驗(yàn)， 從中選出適合當(dāng)?shù)丨h(huán)境和氣候條件的護(hù)坡植物，重視養(yǎng)護(hù)管理，總結(jié)養(yǎng)護(hù)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，有條件的話應(yīng)培育出適應(yīng)力強(qiáng)的護(hù)坡植物。 普通公路植樹主要在路肩或邊坡下方空地，有條件可以設(shè)置綠化帶、綠化景點(diǎn)，既能防風(fēng)固沙，又能美化公路環(huán)境。

(3) 土工合成材料在公路邊坡防護(hù)中的應(yīng)用效果良好，可塑性強(qiáng)，壽命較長，適用于石料缺乏的地區(qū)，成本低，而且環(huán)保，值得推廣。

5.2 邊坡防護(hù)經(jīng)濟(jì)技術(shù)評價(jià)

一般來說， 有實(shí)施邊坡防護(hù)措施的公路工程項(xiàng)目投資明顯高于平原路段，因此，在保證邊坡安全穩(wěn)定，達(dá)到線路等級設(shè)計(jì)要求的前提下，如何節(jié)省邊坡防護(hù)的投資，對整條線路的成本控制尤為重要。 不同邊坡防護(hù)措施防護(hù)效果不一，投資造價(jià)也各不相同，為了找出防護(hù)效果良好又經(jīng)濟(jì)的防護(hù)措施， 有必要對不同的防護(hù)措施的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較，以獲得較好的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。

為了將不同防護(hù)措施的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對比， 根據(jù)漳州市華安縣的材料單價(jià)(2012 年11 月)編制十種防護(hù)措施的預(yù)算單價(jià)表，表中的綠化面積均按照人工植草考慮(不計(jì)后期養(yǎng)護(hù)費(fèi)用)，如表1 所示。

由表1 可知：

(1)植物防護(hù)或者植物防護(hù)與工程防護(hù)相結(jié)合的綜合防護(hù)具有較好的經(jīng)濟(jì)性， 如植草防護(hù)與漿砌片石護(hù)坡單價(jià)的比值約為1∶11。 由此可見，在保證邊坡安全、技術(shù)可行的情況下，植物防護(hù)應(yīng)為首選的防護(hù)方式。

表1 不同防護(hù)形式造價(jià)對比表

(2)土工合成材料與圬工構(gòu)造物對比也有一定的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，應(yīng)優(yōu)先選擇。

(3)抗滑樁、重力式擋土墻以及格構(gòu)梁錨桿護(hù)坡作為支檔構(gòu)造物，造價(jià)高，施工技術(shù)難度大，應(yīng)做好結(jié)構(gòu)優(yōu)化，對擬定的工程結(jié)構(gòu)的界面尺寸、配筋等做優(yōu)化，在保證工程安全的前提下，盡可能地達(dá)到節(jié)約投資的目的。

6 結(jié)論

福建省的山區(qū)地形、地貌造就了條件復(fù)雜、數(shù)量眾多的邊坡，而邊坡滑塌、路基坍塌等災(zāi)害時(shí)有發(fā)生，臺風(fēng)季節(jié)更是地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)期， 每年進(jìn)行邊坡整治的費(fèi)用數(shù)以億計(jì)， 如何能通過邊坡防治工作減少地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生成為了公路養(yǎng)護(hù)管理部門的工作重點(diǎn)， 本文以省道西港線K168+000 路段路塹邊坡為研究對象， 進(jìn)行邊坡綜合防護(hù)措施的研究，主要有以下結(jié)論：

(1)省道西港線華安路段一側(cè)臨水，另一側(cè)緊鄰邊坡，空間狹小，采用抗滑樁+預(yù)應(yīng)力錨索的綜合防護(hù)能有效地控制邊坡滑移， 但應(yīng)根據(jù)滑坡推力等實(shí)際情況選取防護(hù)措施，減少過度防護(hù)和防護(hù)不足。滑坡推力一般采用傳遞系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算，應(yīng)選準(zhǔn)滑動(dòng)面，土質(zhì)邊坡的潛在滑動(dòng)面可通過作圖法、對數(shù)螺旋線法、自動(dòng)搜索法[5]等方法來確定，也可通過剪出面的巖土層情況進(jìn)行判別。

(2)抗滑樁、重力式擋土墻以及格構(gòu)梁錨桿護(hù)坡作為支檔構(gòu)造物，造價(jià)高，施工技術(shù)難度大，應(yīng)做好結(jié)構(gòu)優(yōu)化，對擬定的工程結(jié)構(gòu)的界面尺寸、配筋等做優(yōu)化，在保證工程安全的前提下，盡可能地達(dá)到節(jié)約投資的目的，減少過度防護(hù)。

(3)通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析比較，可知植物防護(hù)在坡面防護(hù)方面具有很大的優(yōu)勢， 應(yīng)選擇植物防護(hù)與工程防護(hù)相結(jié)合的防護(hù)方式，既保證邊坡穩(wěn)定、安全，又兼顧環(huán)境效益，增加邊坡與環(huán)境的協(xié)調(diào)性。