淺談“逆作法”施工對邊坡支護的作用

鄧弟平， 李觀波

(核工業西南勘察設計研究院有限公司，四川成都 610000)

隨著我國經濟的飛速發展，山地工程日益增加，尤其是在西南地區更為突出，這些山地工程項目建設過程中，受場平施工影響，在建設場地內或周邊會形成挖方或填方建筑邊坡[1]。而這些邊坡，特別是“高填深挖”的人工邊坡對整個項目的建設有著至關重要的影響。若處理不當，將會引起邊坡變形失穩，誘發滑坡、崩塌等地質災害，造成安全、質量事故，同時也會引發增加工程投資、延長施工工期等不良的經濟或社會影響。因此，邊坡工程在整個工程建設中必須予以充分重視和特別關注。

邊坡的變形破壞與坡體的地貌條件、水文條件和其它外力影響有關，主要受控于地層巖性、結構面和臨空面的組合所形成的空間形態關系[2]。但從某種意義上講，施工方式對邊坡所造成的影響程度是不同的，坡體結構越脆弱，施工方式的影響程度就越大。

1 逆作法施工在邊坡施工中的保護作用

施工開挖對坡體的影響很大，應尋求一種特殊的施工開挖工藝或方法顯得尤為重要，逆作法施工能很大程度上減小或削弱施工開挖對坡體所造成的不良影響，對邊坡工程能起到預加固的作用。逆作法本是建筑地下工程的一種新型、成熟、有效的施工方法。鑒于邊坡工程和建筑地下工程異曲同工之處，因此，將逆作法施工的理念引入到邊坡工程中是合適的。逆作法作為一種特殊的、新型的施工方法，它與傳統的施工方法有著本質的區別，其核心內容是“分層開挖，邊開挖邊加固或先加固后開挖 ”[3]，是一種能夠對邊坡進行有效的預加固處置的施工方法。這種施工方法與一般施工方法有差異，二者的坡體變形規律與開挖誘發的位移和卸荷區范圍也有著明顯的差異。

2 典型案例分析

2.1 八二一中學邊坡失穩破壞事故

2.1.1 工程概況

八二一中學邊坡位于廣元市利州區，地處低山丘陵區，場地原始地貌為斜坡地貌。坡體內為規劃學校操場，操場場平開挖完成后，在場地北側形成人工邊坡。上部土質邊坡采用“放坡+格構錨桿”進行支護，下部巖質邊坡采用“樁板墻”進行支擋。但該邊坡在治理過程中由于不利的坡體結構、不當的施工順序、施工質量存在缺陷等原因，施工過程中邊坡出現失穩破壞，造成了較大的經濟損失和不良的社會影響。

2.1.2 邊坡坡體結構特征

該邊坡長約130 m，坡向為220 °，最大坡高約22 m。坡體組成物質主要為粉質黏土和泥巖，局部夾薄層粉砂巖。粉質黏土位于邊坡上部，呈硬塑狀態，厚約2～10 m ，巖土接觸面平緩 ；下部巖質邊坡出露地層主要為侏羅系中統泥巖，泥質膠結，薄-中厚層構造，局部夾薄層粉砂巖，巖層產狀為：200 °∠25 °，為順層巖質邊坡，發育2組節理裂隙：L1：20 °∠42 °，L2：272 °∠75 °，表層巖體風化作用強烈，巖體多成塊狀或片狀(圖1)。

2.1.3 設計要求施工順序

根據邊坡坡體結構特征，該邊坡具有不利的坡體結構，邊坡施工開挖存在誘發邊坡變形或失穩的可能性。因此，設計要求在邊坡施工過程中應嚴格采用“先支護后開挖、自上而下分層開挖”的逆作法。其中工況1：土質邊坡第一層放坡開挖；工況2：第一層邊坡格構錨桿施工；工況3：土質邊坡第二層放坡開挖；工況4：第二層邊坡格構錨桿施工；工況5：抗滑樁施工；工況6：邊坡開挖至抗滑樁設置預應力錨索以下0.5 m處；工況7：預應力錨索施工、張拉和鎖定；工況8：邊坡開挖至設計場平標高(圖2)。

圖1 工程地質剖面示意

圖2 設計要求施工順序示意

2.1.4 施工過程簡述

2012年8月進場施工，未按設計要求的施工順序和方法進行施工，施工過程中采用大開挖的方式一挖到底，且未及時進行加固處理，在經歷多次強降雨之后，上部土質邊坡發生變形，坡口出現明顯張性裂縫。2012年11月完成格構錨桿施工，上部土質邊坡變形得到有效控制。2013年1月完成A1、A3、A5、B1、B3和B5抗滑樁施工，之后停工4個月。2013年6月復工，完成A2、A4、A5、A6抗滑樁的施工。由于前期未按設計要求采用逆作法施工，邊坡大開挖后未及時進行有效加固，在長達半年之久的應力釋放和重分布過程中，坡體強度不斷降低，難以抵抗邊坡卸荷作用，坡體沿外傾軟弱結構面形成滑移面并逐步貫通，邊坡西側出現蠕滑拉裂變形并逐漸達到極限平衡狀態。2013年8月A1、A3抗滑樁樁身出現多條細小裂紋。隨著時間推移，邊坡變形加劇并向邊坡東側延伸，2013年9月A1、A3抗滑樁裂紋發展成裂縫，抗滑樁與擋土板出現明顯錯位，A2、A4、A5、A6和B1抗滑樁也出現裂縫，坡體沿著泥巖和粉砂巖界面發生整體滑動，形成上、下兩級滑動面。邊坡發生滑移后，滑坡推力增大，抗滑樁無法抵擋增大的滑坡推力，2013年10月4日凌晨12點左右，邊坡西側巖、土體沿泥巖與粉砂巖界面發生整體失穩破壞形成滑坡，并將出現裂縫的7根抗滑樁剪斷。

2.2 鄰水縣經開區大佛寺片區安康花園邊坡

2.2.1 工程概況

該邊坡位于廣安市鄰水縣城南鎮大佛寺片區，地處低山丘陵區，場地原始地貌為斜坡地貌。坡腳為安康花園安置房，設置有兩層地下室，受坡腳建(構)筑物場平施工和地下室基坑開挖影響，在建設場地東側形成人工邊坡。針對該邊坡采用“錨拉樁+擋土板”進行支護。

2.2.2 邊坡坡體結構特征

該邊坡為土巖混合邊坡，長約150.0 m，最大坡高約18 m，坡向283 °，地層由上至下依次為人工填土層、粉質黏土層及下伏基巖。人工填土層主要分布在坡頂已建小區，厚度約2.5～4.8 m，為坡頂已建小區的地基回填土，填筑時間約20 a。粉質粘土層厚度約3.5～5.3 m，可塑為主。下伏基巖為泥巖，泥狀結構，中厚層構造，巖層傾角平緩(圖3)。

2.2.3 設計要求施工順序

由于邊坡周邊環境較為復雜，邊坡坡頂6 m范圍內為已建小區及擋土墻，擋土墻高約6.0 m，擋土墻底部即為安康花園安置區內的消防車道，消防車道外側為兩層地下室，地下室開挖深度約8.0 m，地下室開挖后將會形成高約18 m的邊坡。因此，設計要求在邊坡施工過程中應嚴格采用“先支護后開挖、自上而下分層開挖”的逆作法。其中工況1：抗滑樁及樁頂冠梁施工；工況2：邊坡開挖至抗滑樁設置第一道預應力錨索以下0.5 m處；工況3：第一道預應力錨索施工、張拉和鎖定；工況4：邊坡開挖至抗滑樁設置第二道預應力錨索以下0.5 m處；工況5：第二道預應力錨索施工、張拉和鎖定；工況6：邊坡開挖至地下室底板標高(圖4)。

圖3 工程地質剖面示意

圖4 設計要求施工順序示意

2.2.4 施工過程簡述

鑒于該邊坡復雜的周邊環境，設計文件明確并強調了合理施工順序的重要性，施工單位在施工過程中嚴格按照設計要求的施工順序進行施工，最終確保了施工質量和施工工期。

2.3 小結

以上邊坡工程實例，既有失敗的教訓，也有成功的經驗。八二一中學邊坡工程，由于周邊環境較為簡單，坡頂無重要的建(構)筑物，施工過程中沒有引起重視，均未按設計要求，而采用不合理的施工順序，錯誤的施工方法進行施工，最終導致邊坡出現變形，甚至是失穩破壞，造成了經濟損失和其它不良影響；而鄰水縣經開區大佛寺片區安康花園邊坡工程，由于周邊環境復雜，坡頂有重要的建(構)筑物，施工過程中能嚴格按照設計要求的施工順序和施工方法進行施工，確保了邊坡穩定和施工安全，順利地完成了工程項目的建設。

通過對上述工程實例分析，更充分、更直觀地反映了施工開挖對邊坡帶來的影響是不可避免的，也是顯著的。因此，在邊坡工程中采用“分層開挖、邊開挖邊加固或先加固后開挖”的逆作法施工方法顯得尤為重要，能很大程度上減小施工開挖對邊坡所帶來的不良影響，確保邊坡工程的施工及運營安全。

3 結束語

(1)施工開挖對邊坡的影響程度不一，所造成的變形破壞模式和規模各異，與邊坡的地貌條件、水文地質條件、坡體結構因素等密切相關，建立真實可靠的地質模型對邊坡治理設計和施工具有指導性和針對性。

(2)邊坡的變形破壞原因多樣，既有可能是地質資料有誤或設計方案不甚合理，也有施工順序和方法不當等原因，邊坡治理設計報告中應充分明確施工順序、施工工藝等，提出“分層開挖、邊開挖邊加固或先加固后開挖”的逆作法施工理念，并強調應嚴格按照設計要求進行施工，嚴禁一挖到底而不及時加固。

(3)邊坡治理設計是預測性設計，是風險性設計，在設計過程中應考慮施工過程中存在的各種不確定因素，建議對坡體的力學指標進行適當的折減，以減弱巖土體長期蠕變、不按設計要求施工等對邊坡所造成的不利影響。

(4)邊坡的勘察設計應充分貫徹“動態設計、信息化施工”的原則，鑒于巖土工程具有復雜性、可變性、風險性、不確定性等特性，難以全面掌握邊坡的可靠地質資料，根據施工揭露的地質情況，修改和完善邊坡設計是必要的和允許的。