山區(qū)公路高邊坡勘察設(shè)計關(guān)鍵問題探討

任天勇

（四川省交通勘察設(shè)計研究院有限公司，四川 成都 610059）

0 引言

G213線川主寺至汶川段公路是《汶川地震災(zāi)后公路恢復(fù)重建規(guī)劃》[1]（交通運輸部2008年7月）中規(guī)劃的“一環(huán)、三縱、四橫、十聯(lián)”生命線公路網(wǎng)布局中的重要組成部分，本文將以G213線川主寺至汶川公路災(zāi)后復(fù)建工程作為實例[2]，分析工程中遇到的高邊坡問題以及解決方案。

1 高邊坡常見病害類型及原因分析

由于高邊坡所處的地質(zhì)環(huán)境不同，失穩(wěn)孕育條件各異，觸發(fā)因素多樣。因此，變形破壞類型、危害規(guī)模各有特點[3]。高邊坡常見變形破壞的運動學(xué)特征是剝落崩塌、滑動崩塌、流動等，病害的性質(zhì)和規(guī)模可概括為坡面變形病害、坡體變形病害和防護加固工程結(jié)構(gòu)變形危害三個方面。坡體變形病害一般包括：坍塌、斜坡、塌陷、滑動、傾斜、翻轉(zhuǎn)、彎曲、踩踏等；邊坡或者地下排水工程設(shè)施的破壞是防護和加固工程的結(jié)構(gòu)變形和破壞的另一個原因，包括邊坡上一般防護工程結(jié)構(gòu)（如骨架防護、植草等）的變形或破壞，擋土墻或樁墻等鋼筋工程的變形和損壞（如鋼筋網(wǎng)、錨索或錨桿、鋼筋混凝土梁或橋墩等）。現(xiàn)以G213線川主寺至汶川公路災(zāi)后復(fù)建工程K9+350-K9+465右側(cè)邊坡的變更設(shè)計為例進行闡述。

2 邊坡設(shè)計案例概況

2.1 地質(zhì)水文特征

邊坡位于擬建公路內(nèi)側(cè)，坡高35m～40m，坡度45°～50°，坡頂為緩坡及平臺，地形坡度5°～10°。斜坡表層及坡頂覆蓋第四系全新統(tǒng)坡殘積層碎石角礫土，碎石角礫成分以板巖、千枚巖風(fēng)化巖屑為主，坡面厚度約0.5m～3m、坡頂厚度約5m～10mm。下伏基巖為三疊系上統(tǒng)新都橋組千枚巖，褐灰～灰黑色，表層風(fēng)化較為強烈，推測強風(fēng)化厚度約3m～5m，岷江斷裂從邊坡附近通過，斷裂走向與路線方向近于平行，受斷裂影響，巖層產(chǎn)狀較為紊亂，從開挖的坡面看，巖層產(chǎn)狀傾向路基，層面光滑。邊坡后緣為緩坡及平臺，匯水面積較大，無明顯沖溝發(fā)育，但降雨有大量的表水滲入。現(xiàn)人工邊坡坡面含水量較高，坡腳可見泉水出露，流量Q≈3L/min～5L/min。受地下水侵潤，邊坡土體呈稍濕～濕狀態(tài)。

2.2 邊坡坡體特征

邊坡位于G213線川主寺至汶川公路樁號K9+350～K9+465段公路右側(cè)，原設(shè)計為三級邊坡，邊坡坡率均為1∶1，每級邊坡坡高按10m～12m控制，中間設(shè)一級平臺，平臺寬度2.0m，坡面采用框架錨桿防護，施工完成半年后，邊坡出現(xiàn)變形，現(xiàn)場一級邊坡錨桿框架前傾，最大水平位移約2.0m，顯示框架梁受到了一級邊坡中上部的下邊坡體的推力，說明滑體應(yīng)在一級邊坡的中上部（堆積層與基巖的交界面附近）出現(xiàn)了剪出口；此外，坡腳的擋墻中部（約1.5m高的部位）出現(xiàn)了貫通性水平剪出裂縫，且錯臺明顯，說明坡體在此沿強風(fēng)化千枚巖的結(jié)構(gòu)面出現(xiàn)了剪出口特征。人工邊坡的坡口線往后移約3.0m～5.0m，坡體出現(xiàn)了下挫性裂縫，豎向位移約為1.0m～4.0m，水平位移為1.0m左右。裂縫后部坡體無變形跡象。

根據(jù)邊坡變形特征及發(fā)展演化過程可知，該邊坡屬于典型的錯落型滑塌體。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

采用簡化Bishop法計算邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)。初步確定坡體計算參數(shù)，即：碎石角礫土天然容重取19kN/m3，內(nèi)凝聚力C=23kPa，內(nèi)摩擦角φ=28°，碎石角礫土飽和容重取21kN/m3，C=21kPa，φ=24°。通過計算，邊坡變形現(xiàn)狀與計算結(jié)果較為吻合，在按設(shè)計坡率刷坡后邊坡主滑斷面在最不利工況（暴雨工況）下，邊坡下滑力為467.5kN/m（安全系數(shù)K取1.1）。

4 提高邊坡穩(wěn)定性的施工措施

（1）為盡量放緩邊坡減少支擋工程，每級邊坡坡率釆用1：1.0，K9+350～K9+440段碎落臺橫向?qū)挾?.5m，K9+440～K9+465段碎落臺橫向?qū)挾葟?.5m逐漸過渡到1.0m。

（2）本段路塹邊坡最大挖方高度約為35m，K9+350～K9+440段第一、三級邊坡采用4m×3m錨桿框架梁掛鐵絲網(wǎng)植草防護（圖1），第二級邊坡采用4m×3m錨索框架梁掛鐵絲網(wǎng)植草防護，K9+440～K9+465段第一、二級邊坡釆用4m×3m錨桿框架梁掛鐵絲網(wǎng)植草防護，確保普通錨桿錨入中密穩(wěn)定土層或基巖內(nèi)至少5m，錨索的錨固段進入中風(fēng)化基巖的長度不小10m[4-5]。

圖1 K9+350～K9+465右側(cè)路塹邊坡整治變更設(shè)計圖

（3）除最上一級外，邊坡第一級按10m進行挖方，第二級按12m進行挖方，每級設(shè)一個2m寬的平臺，平臺設(shè)置M10漿砌片石平臺截水溝。

（4）在坡體后緣修建M10漿砌片石截水溝，以攔截坡后地表水流入人工邊坡區(qū)域。在坡腳高于碎落臺110cm處設(shè)置仰斜式PVC排水花管，長20m，間距10m，用于引排邊坡內(nèi)的地下水，其仰角不宜小于6°，管位可根據(jù)現(xiàn)場出水位置適當調(diào)整（只加密不減少）。

5 施工注意事項

（1）路塹開挖應(yīng)該先做好地表截排水措施的準備工作，再開始開挖土石方；

（2）路塹開挖必須自上而下順設(shè)計坡線開挖，做到分級開挖，分級支擋防護，嚴禁釆用爆破，嚴防發(fā)生新的滑塌事故；

（3）必須堅持旱季施工、雨季前竣工、快速施工的原則，施工過程中要確保臨近道路交通的安全；

（4）錨索在正式施工前進行抗拔力試驗，通過試驗確認錨定效果是否滿足設(shè)計要求，再確定最佳施工流程；

（5）進行錨桿抗拔力驗證試驗，以確定錨桿是否滿足設(shè)計要求。錨桿極限抗脈動試驗次數(shù)不應(yīng)少于錨桿總數(shù)的1%，且不應(yīng)少于三根，應(yīng)在泵送后的水泥砂漿強度達到設(shè)計強度后進行；

（6）鉆孔時必須釆用干鉆、高壓風(fēng)清孔。鉆孔必須順直，保證鉆孔傾角、孔位滿足規(guī)范要求；

（7）邊坡開挖時，若有發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)或與設(shè)計不符的情況，應(yīng)該及時通知設(shè)計等有關(guān)單位；

（8）加強施工組織，并做好施工人員及財產(chǎn)安全的保護工作；

（9）未盡事項按《公路路基施工規(guī)范》（JTG F10-2006）、錨桿（索）相關(guān)施工技術(shù)規(guī)范的要求辦理。

6 山區(qū)公路邊坡失穩(wěn)原因及破壞形態(tài)

6.1 山區(qū)公路邊坡失穩(wěn)原因

（1）高邊坡的巖石因風(fēng)化作用而發(fā)育，巖石強度隨時間而降低。各物理學(xué)指數(shù)都會明顯降低，以保持邊坡的穩(wěn)定性并穩(wěn)定邊緣坡度。

（2）在狹窄的斜坡段，由于勘察難度較大，深度不足，導(dǎo)致巖土體的特性無法完全掌握。設(shè)計坡率大多根據(jù)現(xiàn)場一般調(diào)查而確定。施工期間現(xiàn)場沒有及時調(diào)整，仍按原設(shè)計坡率進行，開挖坡率大于巖土體的自然休止角，導(dǎo)致斜坡在重力作用下失穩(wěn)垮塌。

（3）挖掘斜坡后，沒有立即采取有效的保護措施。由于邊坡上巖體和土體長期暴露，長期日曬雨淋風(fēng)化沖刷，巖體和土體物理力學(xué)參數(shù)降低，導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。

（4）山區(qū)雨水較多，降水量大，雨水可沿地表沉淀。同時滲入斜坡內(nèi)部，在孔隙水的作用下降低了巖體的強度參數(shù)，增加了邊緣的滑動力，降低了邊緣邊坡的穩(wěn)定性。

6.2 常見的邊坡破壞形態(tài)

（1）滑坡。巖土體強度較低，沿不利結(jié)構(gòu)面產(chǎn)生整體和局部下滑，并破壞基層和路面，從而威脅到行車安全，造成經(jīng)濟損失。

（2）崩塌。坡面破碎基巖、覆蓋層在降雨沖刷的作用下，邊坡表層巖土體飽水，導(dǎo)致抗剪強度降低，坡面破碎巖體產(chǎn)生碎落和崩塌，并在道路中堆積，導(dǎo)致交通中斷。

7 山區(qū)公路邊坡建設(shè)的地質(zhì)調(diào)查方法

7.1 系統(tǒng)劃分工作

在項目可行性研究階段，必須要盡可能收集該地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造。由于對不良地質(zhì)現(xiàn)象重視程度不夠，造成了施工過程中的一系列因地質(zhì)勘察深度不足造成的邊坡垮塌、滑坡等災(zāi)害，極大地影響了施工進度。因此，在施工前及早發(fā)現(xiàn)前期設(shè)計工作中的薄弱環(huán)節(jié)，減少施工中的設(shè)計變更。

初步設(shè)計階段基本上確定了整個路線的走向以及控制點，進行局部方案比較，選擇經(jīng)濟、安全、高效的最優(yōu)路線方案。對于已形成的滑坡，需實地調(diào)查分析滑坡的規(guī)模和穩(wěn)定性以及治理滑坡所需要的代價，對于危害嚴重的地質(zhì)災(zāi)害，遵循盡可能避讓的原則。

在施工圖設(shè)計階段，主要針對確定的路線展開工作，山區(qū)高邊坡一般以巖石類邊坡為主，其次為碎石類邊坡，無論順向或反向邊坡，巖質(zhì)邊坡其破壞形式多以剝落、崩塌及錯落為主，因此邊坡的勘察以地調(diào)為主輔以鉆探及物探。對于巖質(zhì)高邊坡，需對結(jié)構(gòu)面進行統(tǒng)計，并做赤平投影圖，評價結(jié)構(gòu)面對邊坡的影響。在開挖高度大于30m的邊坡需要有鉆孔控制，并在工程地質(zhì)條件復(fù)雜處輔以物探，對于低于30m的邊坡，地質(zhì)病害段要有地質(zhì)剖面圖。若不存在地質(zhì)災(zāi)害，則地調(diào)調(diào)查層位即可。

7.2 局部劃分工作

一般高邊坡僅為普通地表調(diào)查，但在危害嚴重的區(qū)域應(yīng)進行仔細調(diào)查。應(yīng)確定邊坡巖層走向、風(fēng)化層、水文和氣象等資料，巖土容重要考慮雨季飽水的情況，提供滿足高邊坡整治要求的巖土設(shè)計參數(shù)（包括滑體、滑床、滑帶c、φ、r等），對滑體、滑動帶進行常規(guī)試驗和剪切試驗，并計算滑動帶殘余抗剪強度，同時考慮其含水量增大或飽和情況下的抗剪強度并評價雨季及其以后滑坡的穩(wěn)定性。

7.3 山區(qū)公路邊坡勘察設(shè)計問題

（1）地勘手段單一，勘察工作量嚴重不足，未能達到有效查明邊坡工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的目的，導(dǎo)致設(shè)計措施達不到工程治理目的。

（2）工程地質(zhì)類比不足。山區(qū)公路邊坡在坡度較緩的地帶，往往基巖出露較少，且出露的基巖可能為“假基巖”，此時工程地質(zhì)類比手段的利用尤為關(guān)鍵。比如，可以從邊坡的地面線、地貌形態(tài)進行邊坡巖土體的總體判斷，一般來說，山體有棱角、起伏較大的邊坡部位，其巖體的強度和完整性一般較好；相反，山體地形圓潤、曲線型較好的地段，往往預(yù)示著巖體的強度和完整性較差，應(yīng)結(jié)合構(gòu)造地質(zhì)和地質(zhì)調(diào)查、鉆探工作進行綜合分析。同時，地調(diào)時看到的邊坡區(qū)基巖出露點往往容易導(dǎo)致誤判。比如，在變質(zhì)巖地區(qū)，地表出露的巖體大多數(shù)為強度較好地砂巖、板巖，而強度弱的千枚巖、碳質(zhì)板巖則由于風(fēng)化、破碎而成為殘積層被覆蓋，導(dǎo)致設(shè)計方案偏弱，在施工期間或施工完成后處置措施減弱或失效。

（3）對地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性認識不足。我國大部分山區(qū)多數(shù)處于構(gòu)造發(fā)育地區(qū)，普遍分布斷裂、褶皺構(gòu)造，直接導(dǎo)致巖體破碎、地下水豐富，降低邊坡巖體的強度。設(shè)計邊坡防護工程時忽略或?qū)吰碌叵滤l(fā)育情況認識不足，使得截排水措施缺乏或不具針對性，導(dǎo)致后期邊坡防護工程因地下水作用而失效。

7.4 應(yīng)對措施

加大邊坡綜合地質(zhì)勘查的工作力度，從宏觀至微觀掌握邊坡區(qū)的工程地質(zhì)條件。運用工程地質(zhì)類比法，對區(qū)域地質(zhì)情況和邊坡區(qū)的總體地質(zhì)條件進行宏觀把握，采用物探手段查明隱伏的斷裂、褶皺、富水區(qū)，繼而采用鉆探手段進行詳查驗證，充分利用鉆孔進行水文地質(zhì)測試和聲波測井判斷邊坡巖體的完整性、富水性，同時加強地層實測剖面工作，靈活運用坑槽探、淺孔鉆探進行覆蓋層路段的詳查，充分利用各種手段得到的信息進行綜合分析。在取得詳實的地勘資料后，根據(jù)地質(zhì)情況有針對性的設(shè)計防護工程。根據(jù)邊坡的特性以及工程地質(zhì)、水文地質(zhì)的不同，采用抗滑擋土墻、抗滑樁、鋼管樁、錨桿（錨索）框架梁、噴射混凝土、柔性網(wǎng)、骨架護坡等處理措施。

8 結(jié)束語

本文以G213線川主寺至汶川公路災(zāi)后復(fù)建工程作為實例，系統(tǒng)分析了山區(qū)公路邊坡成因和災(zāi)害發(fā)展特征、山區(qū)公路高邊坡調(diào)查方法和山區(qū)公路病害問題分析三個方面的主要問題，并提出了一些應(yīng)對措施。