茶園邊坡支護中錨桿格構梁與臺階式放坡方案的比較分析

陳勛超 何煒軍

廣東省地質局第二地質大隊 廣東 汕頭 515000

在潮汕地區的丘陵山地中分布著多處茶葉種植區，由于建房需要，人為開挖形成高陡邊坡，這些邊坡具備著坡高、坡陡、坡腳毗鄰房屋、坡頂種植茶葉的特點，導致邊坡支護時施工空間狹窄，對施工形成了阻礙。同時，山區邊坡路途遙遠，村路狹窄，房屋密集，大型施工設備難以進入，這些問題需要在方案設計時做好充足的考慮。本文對潮州市鳳凰鎮南溪村的茶園邊坡進行簡化得到基本模型，通過對邊坡支護中常用的錨桿格構梁[1]以及臺階式放坡[2]兩種方案在茶園邊坡這種特殊環境下從邊坡穩定性、施工可行性、工程量、造價以及人文經濟各方面進行比較分析，評價這兩種方案的優缺點，對不同情況下選取方案提出建議，結果對進行茶園邊坡支護設計時提供參考意義。

1 基本模型

本文通過對潮州市鳳凰鎮南溪村的茶園邊坡進行簡化得到基本模型。該茶園邊坡為人工開挖形成的高陡土質邊坡，曾發生小型崩塌，崩塌后村民對崩塌堆積體以及坡面松散土體進行清理，從而形成現狀邊坡。根據潮安區、揭西縣、饒平縣地質災害詳細調查結果，潮汕地區的茶園邊坡普遍具有與該茶園邊坡類似的特點：①成因類似，茶園邊坡普遍由于人工開挖形成，為了種茶便利，村民于山腳進行開挖建房，形成高陡邊坡；②邊坡形態類似，茶園邊坡普遍具有坡腳離房屋近，人工邊坡高陡，坡頂天然坡度較緩的特點，且坡高基本等于房屋高；③地質條件類似，潮汕地區的茶園邊坡主要種植在火山巖區域，基底巖石主要為花崗巖以及凝灰巖，由于風化程度強烈，多為土質邊坡，組成邊坡的土體主要為粉質粘土、砂質粘性土，具有殘積土的性質；④破壞形式類似，潮汕地區的茶園邊坡由于表層為粉質粘土、砂質粘性土，弱透水，因此降雨往往影響到表層土體的物理力學性質，使其抗剪強度降低，破壞主要為表層土體崩塌[3]；⑤施工條件類似，山區邊坡路途遙遠，村路狹窄，房屋集中而密集，大型施工設備難以進入。因此選取該茶園邊坡作為基本模型具有代表性。

為了簡化分析，對基本模型作出如下假定：①將模型簡化為二維模型，沿邊坡走向方向，邊坡特征以及地質情況保持不變，邊坡長度取100m，便于計算工程量以及造價；②對邊坡斷面進行簡化處理，忽略微地形，即不考慮原有茶園的臺階，簡化邊坡斷面為房屋為二層約8m高，房屋前后室外地面處于同一標高，邊坡坡腳距房屋距離為1m，人工邊坡坡度70°，坡高8m，坡頂天然坡度20°；③對邊坡地質條件進行簡化處理，忽略地層縱向變化，簡化為坡積層粉質粘土層①厚為2m，殘積層粉質粘土層②6m，全風化凝灰巖層③6m，下部均按全風化層考慮，潮汕地區風化層較厚，地下水位普遍較深，天然工況地下水位按坡前3m，坡后7m考慮，暴雨工況地下水位按坡前2m，坡后5m考慮，其中地層界面傾斜角與天然坡度相同，即按20°考慮；④不考慮施工準備條件，即施工便道不作考慮；⑤不考慮微地形以及原有排水系統對治理工程排水系統的影響，坡頂截水溝按距坡頂邊緣水平距離5m考慮，兩側采用急流槽處理，急流槽距離邊坡水平距離按5m考慮，坡腳采用砼護腳結合地面硬化處理，不考慮邊坡排水系統接入村內排水系統的部分。

2 方案設計

（一）錨桿格構梁

整體方案采用錨桿格構梁結合坡腳擋土墻作為支護結構，擋土墻腳趾起點距房屋1.5m，采用仰斜重力式擋土墻，墻高1.5m，地面高1m，頂寬0.6m，面坡坡率1:0.3，背坡坡率1:0.15，腳趾寬0.3m，高0.5m，底坡坡率1：0.1，墻頂平臺0.8m，擋土墻后采用1:0.5修坡，坡面采用錨桿格構梁支護，錨桿格構梁間距為2m×2.5m（豎向×橫向），錨桿桿體采用單根HRB400直徑28的鋼筋制作，錨桿傾角采用25°，共布置4排鋼筋，錨桿長度自下而上分別為6、9、12、12m，格構梁采用C30混凝土，尺寸采用300mm×300mm，排水系統采用上述假定⑤處理（圖1）。

（二）臺階式放坡

整體方案采用臺階式放坡結合坡腳擋土墻作為支護結構，擋土墻設計與（一）錨桿格構梁擋土墻部分相同，墻后每級臺階寬1.3m，坡率1:0.25，高度1m，整體坡率1：1.5，同時為了防止局部垮塌以及美觀處理，每級臺階坡采用磚砌體支擋護面，磚砌體寬120mm，排水系統采用上述假定⑤處理（圖1）。

圖1 錨桿格構梁與臺階式放坡設計方案

3 完工后的邊坡穩定性

將上述方案采用極限平衡方法進行穩定性分析，分析天然工況（常水位）、暴雨工況（水位提高）以及地震工況（常水位加8度地震即基本地震加速度為0.20g）的邊坡穩定性，不考慮坡腳建筑荷載對邊坡穩定性的提高作用，同時不考慮茶樹的荷載，巖土體物理力學參數根據勘查報告以及天然、現狀邊坡反演[4]進行取值，取值見表1，最終計算結果見表2。

表1 巖土體物理力學參數取值表

表2 兩種方案邊坡穩定性

可見，施工完工后兩種方案均為穩定，且符合相關規范要求，其中錨桿格構梁方案在相同工況下具備更高的安全儲備。

4 施工可行性及施工期安全性

（一）錨桿格構梁

由于邊坡距離房屋較近，施工空間狹窄，采用機械開挖可能在施工過程中危害到房屋安全（開挖時掉落的土體砸損房屋），因此可采用人工修坡，及時清理開挖的土體，自上而下施工，開挖形成的平臺用于錨桿的施工，施工完錨桿后，施工坡腳擋土墻，自坡腳擋土墻上搭設腳手架，進行格構梁的施工，后續再進行綠化等的施工，由于邊坡距離房屋較近，自坡腳前2排錨桿需進行多次連接，較考驗施工質量，整體方案具備施工可行性。

該方案施工期安全性主要是考慮到修坡時掉落土體對房屋的危害以及在雨季施工時邊坡的穩定，因此建議采用人工修坡，及時清理開挖的土體降低掉落土體對房屋的危害，而按原坡修坡，在修坡過程中會破壞坡面植被，導致坡面直接受到降雨沖刷，容易發生局部土體垮塌，因此需要注意氣候并及時采用防水布覆蓋等方式進行坡面防護，直至施工完成。

（二）臺階式放坡

若機械能進入的情況下，采用臺階式放坡僅涉及開挖以及擋土墻的施工，基本無施工難度，自上而下開挖及時清理開挖的土體，在開挖靠近房屋側的土方時避免一次開挖大量土方導致砸損房屋。整體方案具備施工可行性。

該方案施工期基本安全，主要是開挖靠近房屋側的土方時可能掉落砸損房屋，控制好施工質量即可解決。

5 工程量及造價概算

按上述假定分別估算兩種方案的工程量，如下：

（一）錨桿格構梁

主要工程量為①挖方2500m3；②擋墻123m3；③錨桿1560m3；④格構梁75m3；⑤截水溝140m；總造價概算約為90萬元。

（二）臺階式放坡

主要工程量為①挖方8460m3；②擋墻123m3；③磚墻185m3；④截水溝180m；總造價概算約為60萬元。

可見，錨桿格構梁方案的造價會高于臺階式放坡方案，后者更經濟。

6 方案比較

根據上述對兩種方案進行比較，兩種方案治理后的邊坡穩定性均符合相關規范要求；兩種方案均具備施工可行性，但錨桿格構梁更考驗施工單位的施工質量；相比錨桿格構梁方案，臺階式放坡方案更加經濟。

由于鳳凰鎮該邊坡點若采用臺階式放坡方案的放坡距離較大，且坡上部分茶園涉及較多村民，不同意進行開挖，因此該邊坡點采用了錨桿格構梁方案，減少放坡。

7 特殊條件下的茶園邊坡

由于農村地區的茶園往往存在一些施工條件、土地權屬等特殊情況，本方案對這些情況下的兩種方案進行比較。

（1）道路狹窄，機械難以進入：一些邊坡位于村內深處，僅有小路出入，若采用機械需修施工便道，本身產生的費用以及青苗等問題導致難以實施，若僅采用人工進行施工，采用臺階式放坡會由于開挖量過大，工期以及造價就會增加，遠遠超過錨桿格構梁，這時候采用錨桿格構梁方案從工期、經濟上更合適。

（2）邊坡上茶葉不屬于房屋主人：農村很多邊坡都存在這樣的問題，邊坡土地權屬跟威脅對象不一致，對邊坡治理產生了較大的阻礙。由于采用錨桿格構梁方案會部分開挖山體，導致破壞部分土地使得該部分無法種植，在采用該方案時需要考慮對茶葉主人的賠償問題；若本身山坡茶葉種植零亂，土地利用率不高，且種植的茶葉價值不高，可以短時間恢復，那么采用臺階式放坡方案類似于整地，治理好的邊坡土地仍歸茶葉主人使用，可以種植更多茶葉，那該方案會更合適。潮汕地區很多茶葉種植都是順著原始邊坡簡單修整，土地利用率不是很高，在低山丘陵茶葉價值較低的區域比較適用，且茶葉主人會更趨于同意該方案。

（3）重要建（構）筑物等：農村有些邊坡山上有信號塔等重要建（構）筑物，會限制開挖的范圍，這種情況下臺階式放坡會由于開挖面積大可能破壞建（構）筑物而不適用。

8 結論與建議

（一）結論

（1）兩種方案在完工后邊坡均為穩定，且穩定性滿足相關規范要求，其中錨桿格構梁方案完工后在相同工況下具備更高的安全儲備；兩種方案均具備施工可行性而錨桿格構梁方案對施工質量要求更高；錨桿格構梁方案造價會高于臺階式放坡方案，臺階式放坡方案更經濟；

（2）兩種方案的選擇往往需要考慮施工條件、土地權屬等問題。

（二）建議

茶園邊坡設計過程中跟建設單位、當地村委、當地村民的調查溝通很重要，在調查過程中需要了解好施工條件、土地權屬、村民意愿等等，方能選擇更符合該特殊條件下的設計方案。