軟弱結構面巖質邊坡支護工程實例與分析

楊 帆

(貴州虎峰交通建設工程有限公司，貴州 貴陽 550000)

近年來，伴隨著我國城市化建設的逐步推進，我國交通網絡建設、房屋建筑建設規模越來越大，工程建設朝著大、深的方向所發展，而受地形所制約以及工程建設條件所制約，許多工程建設必定會涉及到土方開挖，邊坡支護，在這些工程案例中，軟弱結構面巖質邊坡尤為困難，施工中存在諸多技術難點，所以需要系統性的對其中技術方法進行深入分析，以為相關工程建設提供有價值的參考。

1 工程概況

七星關區草堤路口至納雍縣大新橋段公路改擴建工程，地處畢節地區境內，屬于烏蒙山集中連片特困地區，是新調整的國道G246的組成部分，該道路建設對于該地交通、經濟有著重要作用，施工要求相對比較高。我分部施工段落為K81+589～K108+080.030，含寨樂老路改移、葛花村老路改移。其中有施工區域為軟弱結構面巖質邊坡，為保證道路安全，需對該段采取行之有效的支護。工程邊坡高度9.60～14.65 m，附近有少量構筑物、民房、管線等，邊坡設計安全等級為一級。

2 地質條件

施工區域為溶蝕斜坡溝谷地貌，地形起伏變化相對復雜，總體地勢東高、西低，且有斷裂構造不發育。軟弱結構面巖質邊坡在宏觀上基本上抑制了施工區域內地質災害的空間分布以及發育，同時邊坡的坡度和見層傾角相互關系決定了邊坡的穩定性，軟弱結構面巖質邊坡夾層在工程中表現為次生結構面、沉積狀結構面。沉積狀機構面體現為層面，根據其實際暴露情況進行分析統計，巖層多為薄、中厚狀，厚度在0.19～0.68 m不等，層面起伏相對較大，起伏面層較為粗糙，結構面的張合度在0.12～0.26 mm不等，層面中填充有0.06～0.27 mm泥化膜，層面結構結合程度相對較差；次生結構面具體體現為節理裂隙面，巖層中節理裂隙不斷發育，主要裂隙的發育間距為0.31～1.09 m，大部分裂隙間距在0.55 m左右，節理裂隙可見面層有鈣質膠結的情況。

軟弱結構面巖質邊坡主要由可塑性紅黏土層、三疊系關嶺組白云巖構成，其中可塑性紅黏土層為褐色、黃色，具有一定的可塑性，巖土中含有少量的鐵元素、錳元素，土質整體密實且均勻，偶見有部分裂隙，裂隙表面有光澤，結構具有一定的韌性、強度；三疊系關嶺組白云巖為紫紅色、白色，巖層中含有少量泥化膜，整體呈破碎狀，大部分巖石為微晶結構，節理相對發育。根據勘察資料，邊坡中紅黏土的天然重力密度為16.69 r/(KN/m3)、承載力特征值為152.9 fa/KPa、自然狀態粘聚力C/KPa為28.9、自然狀態內摩擦角為5.98°、基底摩擦系數μ為0.26、極限粘結強度標準fnk/KPa為39；中風化白云巖的天然重力密度r/(KN/m3)為26.90、承載力特征值fa/KPa為4 098、自然狀態粘聚力C/KPa為115、自然狀態內摩擦角為35°、基底摩擦系數μ為0.58、極限粘結強度標準fnk/KPa為950。

場地內有少量地下潛水，主要蘊藏在地下巖溶裂隙中，地下水補給主要為大氣降水、生活廢水等，地下水經過巖溶裂隙向東南向流動，地下水對支護結構、支護施工影響較小。

3 邊坡支護結構設計

本工程巖體多為軟弱結構面巖質，邊坡開挖比為1∶0.3，開挖的方向在200°左右，巖層的傾向為75°，傾角的角度為41°，整體為逆向坡，有兩組節理間隙發育。由此可大致判定，邊坡開挖的走向夾角越大，那么對邊坡穩定性的影響也就越小。結合巖體學基礎理論分析，巖層面和邊坡的夾角走向相交，若是在施工的過程中，巖層面的傾角小于開挖的坡腳，那么就極其容易出現邊坡滑動等等問題，并形成一定的臨空面，危險系數極大。同時，需要考慮到降雨等因素，若存在大量降雨，則會導致巖體、土體的穩定性進一步降低，對支護施工影響較大。

3.1 支護方案選擇

綜合考慮到本工程邊坡的巖土構成、邊坡高度、地質條件、水文條件等等因素，參考工程建設需求以及工程建設成本要求，經過詳盡商榷以及多方對比論證之后，決定采用錨桿+掛網+噴混凝土+格構梁實現最終的有效支護。

3.2 計算方法以及參數

本工程支護內應力的計算以及巖體、土體位移的計算采用朗肯土壓力計算方法，土壓力按照矩陣均勻分布，并采用直剪試驗強度指標，以水土擬合的方式來判斷彈性抗力，最終求得計算結果。基坑的穩定性計算采用基線平衡方法中的平面滑動法進行計算。按照1∶0.3的方式，采用錨桿+噴混凝土+掛網+格構梁支護，格構梁尺寸為400 mm×400 mm，格構梁中心間距取2.5 m，也呈矩陣的形式均勻布置，噴混凝土采用強度為C25的混凝土混凝土料，格構梁立柱的埋深取0.5 m以上，坡面鋪設有鋼筋網片，混凝土的厚度為150 mm，錨桿垂直間距的距離取5 m，水平間距的距離取2.0 m，有錨索和錨桿交叉布置以提高支護結構對應力的有效抵抗水準。錨孔的角度為25°，其中灌注砂漿采用M30混合砂漿。

4 施工順序

采用支護、開挖循序進行的方式施工，施工過程中杜絕出現超挖、欠挖等現象，土石方的開挖順序、開挖方法必須和設計方案保持一致，并遵循“分層開挖、開槽支撐”的原則循序施工，在施工的過程中，務必要確保支護結構的穩定性，以及周邊民居、構筑物的安全性，切勿出現碰撞、損壞等等問題。在開挖的過程中，順序為從上至下，支護結構的強度必須達到設計強度的80%才可開始下一階段的開挖，以避免出現施工安全事故、工程質量問題，為提高施工效率，在部分區域采用“分級跳槽開挖”的方式，但需要保證分段的長度控制在8.5 m以內，高度不得超過3 m。在格構梁施工的過程中，務必要保證埋深達標，保證立柱在澆筑的過程中穩固在坡腳處的巖體上，避免在施工時應力變化導致坍塌、倒塌、滑塌等等危險事故。

5 支護效果分析

為保證施工安全以及支護結構的穩固性，本工程指定了詳細的巖體、土體監測方案，其中包括結構沉降監測、周邊構筑物監測、地下水位監測等等，共布設監測點位共計39個，具體結果可見圖1。從圖1中不難看出，工程施工過程中巖體、土體的變化以及周邊構筑物的變化呈現不規則的發展趨勢，但每一個變化區間均對應一個施工工況，且其變化值隨著施工進度的推進不斷增加，在邊坡開挖到最深處時，沉降最大達到了11.6 mm，位移變化最大達到了12.5 mm，在格構梁、錨桿、錨索施工完成之后，邊坡巖體、土體的位移逐步趨于穩定，從整體上來說，本次施工變化相對較小，對周邊環境未造成嚴重影響，且施工過程中未發生意外事故，施工效益顯著。

圖1 邊坡支護工程監測變化圖

6 結束語

綜上所述，本工程采用格構梁+錨桿+噴混凝土+掛網實現有效支護，通過案例分析我們大致可了解到，軟弱結構巖質邊坡的開挖，只要開挖的斷面不大就不會出現臨空面，邊坡不會出現意外坍塌、滑塌等問題，結構面不會出現較大的破壞，且格構梁+錨桿+噴混凝土+掛網支護結構對此類邊坡的支護效果相對良好，具有進一步分析探究的價值。廣大從業者對此要有足夠的認識，除了在采用穩定、可靠的支護措施外，同時還要保證施工方法、施工順序的合理性，這樣才能達到支護的目的。