抗滑樁支擋膨脹土邊坡處治與施工工藝分析

陳躍文，譚智勇，張榮

（1.昭通市大永高速公路建設指揮部，云南 昭通657305；2.中交公路規劃設計院有限公司，北京100088；3.昭通市高速公路投資發展有限責任公司，云南 昭通657000）

1 引言

高速公路路塹開挖設計圖都會強調施工過程要邊開挖邊防護，而施工組織時，為了實現流水作業，開挖工序和邊坡防護工序往往由不同的施工隊伍完成，很多時候會出現一次性邊坡開挖完成后再防護的情況。由于地質條件各異，不一定會發生邊坡垮塌，所以，一些施工企業弱化了對這條規定的重要性和必要性的認識，成為違規邊坡施工的常見病和多發病。

現以某高速公路養護工區土質邊坡開挖過程中局部垮塌及防護變更為研究對象，通過對養護工區開挖現場土質、水文條件調查、查看地勘及變更前后設計資料分析，分析垮塌機理及設計、施工中應注意的事項，為類似抗滑樁支擋邊坡工程設計、施工、監理加強邊坡垮塌防范提供啟示，同時，為制訂施工方案時提供參考[1]。

2 邊坡概況

2.1 邊坡設計概況

該段邊坡屬于構造溶蝕侵蝕低山地貌底部斜坡地段，現狀地形相對平緩，分布高程752～788.9 m，相對高差約37 m，橫向地形坡度一般為5°～10°，縱向地形坡度一般為10°～25°，局部為耕地堡坎。根據工程地質調繪及鉆孔揭示資料，邊坡區在勘探深度范圍內地層主要為：紅黏土（Q4el+dl），碎石土（Q4el+dl）；中風化灰巖（O2b+s）。根據區內地層巖性組合及地下水賦存條件，區內地下水類型可分為第四系松散巖類孔隙潛水、碳酸鹽巖溶水兩大類，地層含水性、富水性均較好。紅黏土有弱膨脹性，穩定性差。

2.1.1 各級邊坡坡率計算

各級邊坡坡率計算結果為：（1）一級：坡高8 m，坡率為1∶1；二級；坡高8 m，坡率為1∶1.00；三級：坡高不等，坡率為1∶1.25；（2）一級平臺寬5 m，二級平臺寬2 m。（3）碎落臺寬度為1.25 m。

2.1.2 邊坡加固防護措施設計

邊坡加固防護措施具體為：（1）如圖1所示，一級邊坡采用3排錨桿框格梁+復合網防護；（2）一級平臺采用一排尺寸為2.5 m的方形抗滑樁加固，抗滑樁間距為5 m（中對中），樁頭增設錨索2排6束錨索；（3）二級、三級邊坡：采用3排預應力框架錨索加固，格梁內采用復合網防護。

2.1.3 排水設計

邊坡排水設計具體內容為：（1）每級邊坡平臺上按大樣圖要求均設置平臺截水溝；（2）塹頂部開口線5 m外設置塹頂截水溝；（3）各級邊坡平臺大里程端設引流槽連通平臺截水溝與塹頂截水溝，排除坡面匯水；（4）一級邊坡坡腳設置邊溝；（5）分別在第一、二級邊坡坡腳段設置一排疏干孔，孔徑130 mm，間距10 m，孔深15 m；（6）在坡面上每20.8 m增設1道急流槽，用以排除坡面及平臺匯水。

2.2 施工情況

邊坡設計里程為JK0+050～JK0+290，施工單位開挖養護工區JK0+050～JK0+095段二級邊坡時，發生坍塌；開挖JK0+095～LK0+271段二級邊坡時，邊坡已出現多條裂縫，且邊坡外側也已出現裂縫。停止開挖15 d后，發現滑坡發育較快，坡面裂縫明顯，坡面沿土層交界面剪出，部分路段坡腳已反翹，坡面及坡腳滲水量大，邊坡后緣最遠裂縫已牽引至距開挖線約75 m處，后緣裂縫已貫通，最大裂縫寬度已達30~40 cm，可見裂縫深度達3～4 m[2]。

3 垮塌原因分析

邊坡開挖后坡面稍濕，部分坡面滲水，現場調查時坡腳處有積水。該段順向坡主要為灰巖巖層傾向與斜坡傾向一致，基巖面坡度一般5°～15°，局部地段可達31°，層間結合較差，表層覆蓋碎石土，結構松散~稍密，鉆孔揭露顯示約20～25 m，雨季受雨水沖刷易滑落，局部段落有紅黏土，有弱膨脹性，穩定性差。該路塹為高邊坡，由于開挖方量較大，坡體開挖后地應力調整大，易形成較大的松弛區，從而導致邊坡的穩定性降低。若防護不及時或支擋不到位，易沿著傾向臨空面的不利結構面組合產生滑塌。

由于塹頂是村民耕地，村民開挖了1個灌溉用的水池，不斷向邊坡滲水。綜合邊坡坍塌變形情況及紅黏土弱膨脹性的特點分析，雨水滲入坡體及坡頂水池滲水共同加劇了膨脹土特性突顯。膨脹土有3大特性,分別是：裂隙性、遇水膨脹性和超固結性。裂隙性指膨脹土失水開裂，裂縫加劇了雨水滲入土體的可能性，遇水膨脹性特點與其名稱相符，容易理解；按壓縮性土有欠固結土、固結土、超固結土，土的壓縮性依次降低，代表了土能否再壓縮變形的狀態。膨脹土具有超固結性，在條件適合時可能膨脹變形，因此，膨脹土又被形象地稱為“橡皮土”，膨脹土邊坡再開挖后由于外側土體移除，導致上部荷載和側向約束力減小，膨脹土釋放水平及向上的超固結應力，坡腳處土體剪出破壞，因此，上層土體支撐力不足，連鎖反應下，土體平衡被破壞，導致坍塌。如果上層土體做到了施工時邊開挖邊防護，增加了錨桿與錨索來承擔部分上層土體的支撐力，超固結應力釋放帶來的邊坡垮塌的風險就會大大減小。

另外，第二臺邊坡腳正好是抗滑樁樁頂位置，如果抗滑樁已經施工，坡腳土體被擠出反翹的作用力就會由抗滑樁來承擔和平衡，邊坡變形的情況就會減弱或不出現。

基于以上原因，治水保濕、邊開挖邊防護、平衡膨脹土的超固結應力是該邊坡處治的重點[3]。

4 處理措施

該邊坡工程的處理措施為：

1）為防止滑坡繼續發展，現狀開挖平臺向上填土反壓，反壓土體寬6 m，高6 m。

2）盡快施工疏干孔，排出坡體積水。雨季應用彩條布對裂縫進行遮蓋。

3）降低變坡坡率：一二臺邊坡由1∶1降為1∶1.25，頂層邊坡由1∶1.25降為1∶1.5，加寬碎落臺寬度。

4）調整加強防護措施為：一級平臺抗滑樁+二級平臺鋼花管樁+坡面鋼錨管格梁。（1）反壓填土頂面設置1排2 m×2.5 m抗滑樁（樁頂距一級平臺5 m）。一級平臺以上設置5 m高樁板墻，一級平臺以上邊坡防護施工完成后，清除反壓土體，并開挖一級邊坡。（2）三級平臺設置5排鋼花管樁+樁頭錨索。（3）如圖2所示，一級～三級坡分別設置3排鋼錨管格梁防護。

圖2 處治設計典型斷面

邊坡采用分段逆作法施工，開挖段落長度≤25 m，鋼錨管格梁及抗滑樁施工完再開挖下一段；邊坡開挖一格框架梁高度施工完成后再開挖下一格。嚴禁大開大挖后集中施工防護工程。

放緩邊坡有利于減小邊坡腳的荷載負擔。通過坡腳反壓，平衡原邊坡土體挖出后的超固結水平推力及向上的剪應力，及時施工疏干孔有利于排出水分，增強坡腳土體的承載力。抗滑樁、鋼花管樁+樁頭錨索提升了邊坡的承載力，分擔了傳遞到坡腳土的壓力，從“去頭、固腳、強腰”3個方面來保證邊坡的穩定[4]。

5 實施效果

按照調整的設計方案實施后，經過1個雨季的邊坡監測，邊坡處于穩定狀態，說明調整的設計處治方案效果明顯。

6 結語

從該邊坡的施工和處治過程，總結出以下結論：

1）土質邊坡邊開挖邊防護、逆作法施工的重要性和必要性；

2）在設計有抗滑樁支擋防護的邊坡開挖中，先支擋后開挖、分段開挖、跳槽開挖能逐步進行土體和結構物的受力體系轉換，對防范施工過程中的邊坡變形及垮塌具有較大的作用；

3）膨脹土及類膨脹土邊坡開挖方案制定時隨時保持土體受力平衡和干濕平衡，重視膨脹土的超固結水平推力作用是需重點關注的問題。

設計時，要根據水文地質及周邊人的生產活動情況考慮邊坡足夠的安全系數，同時設計技術交底要交代清楚關鍵的施工注意事項和重要性，引起施工、監理人員足夠的重視。建成后能安全運營的工程設計如果施工工序、工藝不合理，往往在施工過程中受力體系轉換時不能保持穩定而出現質量安全事故。