軟質巖路塹邊坡失穩破壞模式及其加固設計研究

楊 龍 譚延嗣 繆文鼎

（貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550000）

軟質巖在西部山區有著廣泛分布。軟質巖巖體破碎，強度低，節理裂隙發育，遇水易軟化，強風化帶厚度大。在這種地質條件下，路塹施工開挖后出現的臨空面暴露將迅速風化，路塹邊坡難以自穩而發生失穩破壞[1-3]。 對于軟質巖邊坡設計，其設計思路認為適當放緩后邊坡可以自穩，再輔以一定防護后可以保證邊坡的穩定性[4-5]。

以貴州省境內玉屏至鎮遠高速公路為例，通過分析沿線軟質巖路塹邊坡穩定性特征及潛在破壞模式，綜合淺析軟質巖路塹邊坡的加固設計方法。

1 工程概況

項目位于貴州省東部，屬亞熱帶季風性濕潤氣候，冬無嚴寒，夏無酷暑。年年降水量1174.1mm，歷年平均氣溫15.7 ～17.1℃。路線穿越玉屏、岑鞏、鎮遠三縣，全長87.905km。海拔高程范圍在600～1000m 之間。地貌類型主要為侵蝕構造地貌和侵蝕溶蝕地貌。

沿線區域內軟質巖地層主要有：（1） 震旦系下統南沱組（Zan） 紫紅色粘土巖；（2） 前震旦系清水江組（Ptbnbq）第三段淺灰、灰色變余凝灰巖、變余砂巖與凝灰質板巖、粉砂質板巖、絹云母板巖互層。

2 邊坡類型及失穩破壞模式

2.1 邊坡類型

根據規范，高度小于30m，且坡面傾向與巖層傾向的夾角小于30°的邊坡為順層普通邊坡。高度大于30m，且坡面傾向與巖層傾向的夾角小于30°的邊坡為順層高邊坡。高度小于30m，坡面傾向與巖層傾向的夾角大于30°且小于90°的邊坡為切層普通邊坡。高度大于30m，坡面傾向與巖層傾向的夾角大于30°且小于90°的邊坡為切層高邊坡。高度小于30m，且坡面傾向與巖層傾向的夾角大于90°且小于180°的邊坡為順層反傾邊坡。高度大于30m，且坡面傾向與巖層傾向的夾角大于90°且小于180°的邊坡為順層反傾邊坡。

2.2 邊坡失穩破壞模式

項目區域內軟質巖分布地區的地表覆蓋層通常較厚，強風化層厚度大，巖石強度低，巖體結構面非常發育，巖體結構性差，工程性質較差。基于這些工程特點，山區軟質巖路塹邊坡的破壞模式主要有以下四種類型[6]：

（1） 蠕滑-拉裂型。對于軟質巖普通順層邊坡而言，其失穩破壞模式主要為蠕滑-拉裂型失穩破壞。此類破壞形式主要出現在覆蓋層厚，且強風化帶較厚的邊坡中，是軟質巖邊坡最為主要的潛在破壞模式。其變形破壞主要可劃分為三個階段[1]：①表層蠕滑；②后緣拉裂；③潛在剪切面剪切擾動。剪切變形持續發展，剪切裂隙貫通發生破壞。此類邊坡失穩破壞的潛在滑動面主要為圓弧形。

（2） 滑移-壓致拉裂型：此種破壞主要出現在深路塹順層高邊坡中，巖層傾角與結構面摩擦角大致相同。邊坡開挖深入中風化巖層，邊坡巖體沿中風化層內的結構面向臨空面產生緩慢的蠕變型滑移。巖體滑移會導致鎖固點或錯列點周圍產生拉應力集中現象，從而在該處產生大致垂直于滑面的拉張裂隙，隨著變形的發展，張拉裂隙逐步發展至巖體頂面，與結構面共同組成貫通滑移面。

（3） 滑移-拉裂型：此類邊坡破壞模式出現在深路塹順層高邊坡中，當邊坡巖體中存在外傾軟弱結構面且結構面傾角大于或等于結構面的摩擦角時，路塹開挖將導致巖體沿著軟弱結構面向臨空面發生滑移破壞。同時，滑體后緣因為下滑力超過巖體的抗拉強度而產生拉裂隙，裂隙發展貫通導致邊坡迅速破壞。

（4） 滑移-彎曲型：此類邊坡主要發育在深路塹順層高邊坡中，邊坡巖層較薄且傾角較大。此類邊坡的坡腳小于巖層傾角，潛在滑動面的峰值摩擦角也小于巖層傾角，邊坡巖體已經具備了下滑條件。但是，由于邊坡開挖并未切斷巖層，滑移面未臨空，導致邊坡巖體下滑受阻。在邊坡巖體的自重壓力作用下，邊坡坡腳巖層受縱向壓應力作用，若邊坡巖體自重較大，則邊坡坡腳巖層將發生彎曲變形。

3 邊坡加固設計探討

3.1 普通邊坡

項目區內的軟質巖普通邊坡（普通順層邊坡、普通切層邊坡、普通反傾邊坡），由于其位于軟質巖地區，邊坡開挖后巖體將迅速劣化，工程性質將急劇降低，邊坡極易在施工過程中發生變形破壞。此類邊坡主要坡率法放緩邊坡，無放坡條件時可采用坡面防護，如：錨桿框架、拱形骨架、窗式護面墻等支護形式。在邊坡開挖過程中往往采取逆作法施工，即：邊開挖，邊施工，自上而下，快速封閉。

但是，由于軟質巖強風化帶往往較厚，對于路塹邊坡而言，往往將強風化帶巖體視為土體考慮，將其破壞形式視為圓弧滑動。基于此，軟質巖普通邊坡若高度超過15m，其沿著潛在滑動面的下滑力大，此類邊坡破壞后果較嚴重，需要特殊防護設計，其主要支護類型有：抗滑樁、樁板墻、錨索框架、抗滑擋墻等。

3.2 順層高邊坡

軟質巖順層高邊坡的穩定性是本項目路基施工的關鍵控制點，也是后期運營過程中交通保暢的主要影響因素。因此，軟質巖地區的順層邊坡往往需要特殊設計。其加固設計方式主要有：（1） 抗滑樁。作為最為直接有效的支護方式，抗滑樁可以提供穩定的支護反力，對邊坡變形破壞的控制較好，但是其造價較高，工序復雜。（2） 框架錨索：作為邊坡巖體的預應力加固方式，錨索框架可以對邊坡巖體提供較強的支護力，有利于提高巖體的整體性，是較為可靠的支護形式。但是，錨索框架其預應力損失不可控，錨索有時效性明顯、后期運營成本高等缺點。（3） 錨桿框架：作為坡面支護形式，錨桿框架主要應用于邊坡頂部的坡面防護，不具有加固抗滑功能，但是對邊坡表面的局部破壞控制較好。（4） 其他方式，例如樁板墻、土釘墻、抗滑擋墻等。

對于軟質巖高順層邊坡的加固主要是多種方式相結合為主，單一的支護模式往往難以滿足穩定性需求。施工過程中的工序控制及質量控制更是此類邊坡穩定性保證的關鍵點。同時，施工過程中應做到動態設計，做到邊反饋、邊設計。施工完成后應對邊坡進行動態監測，做到及時預警。

3.3 切層、反傾高邊坡

切層及反傾高邊坡是本項目路塹邊坡出現最多的類型。對于此類邊坡，由于軟質巖地區強風化層較厚，邊坡高度較大，極易出現邊坡上部為強風化層，下部為中風化層。當邊坡體中含有兩種風化類型巖體時，對于上部強風化層巖體需要按照潛在圓弧滑動面驗算下滑力，下部則需按照巖石結構面計算下滑力。因此，對于此類邊坡，往往需要對邊坡進行分段設計。對于上部強風化帶，由于巖性較差，下滑力大，一般采用框架錨索，框架錨桿支護。對于下部中風化帶，由于巖性相對較好，可采用錨桿框架、窗式護面墻或拱形骨架等支護形式，必要時為了控制挖方數量，可采用擋土墻、土釘墻等支護方式。

4 結語

以貴州省境內玉鎮高速公路工程為例，通過現場調查及地質勘查，將沿線軟質巖邊坡分為順層普通邊坡、順層高邊坡、切層普通邊坡、切層高邊坡、反傾普通邊坡及反傾高邊坡六種類型。淺析了本項目中軟質巖路塹邊坡的四種潛在變形破壞模型，即：蠕滑-拉裂型、滑移-壓致拉裂型、滑移-拉裂型和滑移-彎曲型。根據各類軟質巖路塹邊坡的潛在變形破壞特征，淺析其合理的加固設計方法，為山區軟質巖路塹邊坡的加固設計提供一定的理論基礎與實踐經驗。