煤系地層路塹高邊坡治理

李蘭平

（廣東冠粵路橋有限公司，廣東 廣州 511450）

0 引言

在煤系地層高邊坡施工中，若未采取適當的處治方法就會引發山體滑坡、泥石流等危害，極易造成經濟損失，延長整個項目工期，甚至會造成人身安全問題。

鑒于此，施工人員需要采取有效的處治方案和切實可行的管理機制使邊坡達到穩定、安全。為此，對仁博高速TJ21 合同段煤系土層高邊坡加以論證分析，并總結相關治理措施及其管理方法。

1 工程概況

仁博高速TJ21 合同段主線樁號為K429+230～K433+317.457、K432+500～K442+000，長鏈長度817.457m，全長13.587km。該標段深挖路塹邊坡（邊坡高度H≥20m 土質邊坡及邊坡高度≥30m 石質邊坡）共有18 處。

邊坡設計遵循“減載、固腳、強腰、排水、綠化、方便施工”相結合的原則。其中，K431+210～K431+710左側路塹八級高邊坡地質情況為煤系土層，原設計邊坡最大坡高52.4m，屬于高邊坡范疇。因受降雨的影響，該第一級、二級邊坡分別于2017年8月、2018年2月出現不同程度的滑塌。

經過這兩次的滑塌，設計變更第一級為復合形式防護，掛三維網植草+錨桿格梁客土噴播+錨索框梁客土噴播+鋼花管注漿+護腳墻；第二級復合形式防護，掛三維網植草+錨索框梁客土噴播+漿砌片石護面；第三、四級掛三維網植草防護+漿砌片石護面；第五級掛三維網植草+人字形骨架植草；第六、七、八級都為掛三維網植草。

2 開展高邊坡安全風險評估工作

開工前根據該邊坡主要特征，相關單位應充分重視對煤系土邊坡不良地質體地段施工安全風險的評估。K431+210～K431+710 屬于高邊坡，首先應進行總體安全風險評估。經評估結果得知風險等級為Ⅲ級，因此將該邊坡納入專項風險評估。該施工過程中重大危險源主要有邊坡開挖和預應力錨固作業。邊坡開挖會導致的危害有邊坡失穩、坡面病害、高處墜落、機械傷害、觸電、爆破傷害。根據風險評估得出的危害性，項目經理部需要重點制定有針對的管理措施，加強重點管控，預防危害發生。

3 邊坡穩定性分析

根據該路段各巖土原位測試及室內試驗結果，按《公路橋涵地基與基礎設計規范》（JTG D63—2007）、《公路路基設計規范》（JTG D30—2015），結合《建筑邊坡工程技術規范》（GB 50330—2013）綜合確定，該路段各地基巖土層承載力基本容許值[fao]、各邊坡巖土體黏聚力C（kPa）、內摩擦角φ 及邊坡坡率推薦值見表1。

表1 巖土工程設計參數推薦值

類土質邊坡穩定性分析：該段邊坡主要位于含礫粉質黏土、強風化砂巖、全風化泥巖、強風化砂巖和全風化砂質巖。當潛在滑動面為圓弧時，采用bishopsimplified 法計算邊坡穩定性（第一級邊坡為1∶1，第二、三、四級為1∶1.25），安全系數K≥1.724，滿足規范要求；當潛在滑動面為折線時，采用janbu 法計算安全系數K≥1.512，滿足規范要求，屬于穩定邊坡。

赤平投影分析：擬建場區內基巖出露差，未見基巖露頭，僅在場區附近找到灰巖出露點，結合自然斜坡走向及擬建公路走向，對該邊坡穩定做以下分析，線路左側為向坡，揭露裂隙下基本穩定，邊坡開挖時，應采取相應的措施以防邊坡上覆巖土體沿自然現象的產生，還應防止強風化可能產生的掉塊或坍塌現象。

4 綜合治理措施

4.1 完善排水系統

分析兩次邊坡塌方的經驗教訓，總結得出因雨水進入煤系地層，引發邊坡失穩出現垮塌現象。因此，煤系土層邊坡治理水成為最關鍵因素。煤系土層軟硬不均，層間膠結較差，結構松散，開挖后風化速度較快且遇水軟化，性能極不穩定，具有孔隙比大、高壓縮性、低強度性、流變性等特點。鑒于此，邊坡開挖之前，要立刻實施塹頂截水溝、平臺排水、急流槽等排水構筑物施工。一般采用混凝土預制塊砌筑，砂漿強度等級不低于M15，采用機械攪拌。施工作業人員要按設計要求開挖溝槽，確保排水溝結構符合要求，錯縫砌筑，線形順直，砂漿飽滿，溝底不漏水、不滲水，并制定預防雨季施工措施。施工現場應備足土工布和彩條布等防雨材料，遇到突發雨天能有效抵御雨水沖刷坡面煤系土層，起到保護作用。

4.2 建立動態設計和監控方案思維

在施工過程中，應注重深挖路基、特殊路基的變形與穩定監測工作，按照設計要求及相關規范、規程進行路基的變形與穩定監測。

對于深挖煤系土邊坡，由于巖土工程的復雜性，因此不確定的因素比較多，地質勘察資料難以準確地反映坡面巖土的實際情況。但是，很多不確定因素在施工中能逐漸明朗化，因此邊坡工程的設計實際上是一個動態設計、動態施工的過程，應該將動態設計與信息化施工緊密聯系起來，保證工程施工安全與路基穩定，在施工過程中如發現現場情況與圖紙不符，應及時與業主和設計單位聯系，以便及時處理。

深挖路基邊坡變形監測包括施工安全監測、處治效果監測和動態長期監測。施工安全監測對邊坡體進行實時監控，以了解由于工程擾動等因素對邊坡體的影響，及時指導工程實踐。施工安全監測的數據采集應實時，以使監測信息及時地反映邊坡體的變形破壞特征，供有關方面作出決斷。

監測斷面通常選在地質條件差、變形大、可能破壞的部位、邊坡高的斷面。變形監測點處埋設或者澆筑觀測墩，水平位移和垂直觀察可以用同一觀測墩。觀測墩應布置在穩定的土體上，避免在松動的變層上建點，并注意與排水溝協調。邊坡施工之前建立可靠的高程和水平位移控制網，基準點應充分考慮到施工可能帶來的影響，避免遭到破壞。

表面變形監測水平位移采用大地測量法，觀測誤差應不大于3mm，垂直位移達到二等水準測量的精度。選用的測試儀器和測試方法應滿足精度要求。

位移、沉降測試：邊坡施工期間，每15 天觀測一次固定樁位移，雨季7 天觀測一次，遇強降雨及突發性暴雨應每天觀測1 次，邊坡施工完成后至道路通車1年半時間內，每一個月觀測1 次，若變形明顯加大，應持續監測。施工期間下一級邊坡開挖前應保證測試一次，或者根據位移變化情況減少和加密測試。

采用儀器進行監測是邊坡監測不可缺少的重要手段。一般來說，現場巡視檢查是一種邊坡穩定情況的宏觀調查，而儀器監測所獲得的各測點監測值是邊坡某幾個局部現場的微觀反映。只有通過現場巡視檢查才有可能更好地將儀器反映的局部現象聯系起來，建立整體概念。因此，進行人工巡視檢查是必要的。

4.3 重點把控錨索（錨桿）施工質量

左幅K431+210～K431+710 高邊坡，按設計“強腰”原則，第一、二級邊坡屬于高邊坡腰部，主要承受上部荷載的關鍵部位。變更后防護加固形式變得更強，第一級邊坡由原來的錨桿變成錨索，邊坡兩側由原來的三維網植草變成錨桿，第二級錨桿變更成錨索。

首先，嚴格把關原材料進場質量，進場鋼筋進行外觀檢查,鋼筋表面必須潔凈，無損傷、油漬、漆污和鐵銹等。帶有顆粒狀或片狀老銹的鋼筋嚴禁使用，鋼筋根據不同型號、廠家、規格、爐號按批量進行取樣送檢，符合要求才能使用。注漿材料應能抵御地下水的腐蝕，強度不低于M30 要求，并符合相關要求。錨具由錨環、夾片和承壓板組成，具有補償張拉和松弛的功能，預應力錨具和連接錨桿的部件，其承載能力不低于錨桿桿體極限承載力的95%，預應力筋用錨具、夾具及連接器必須符合現行行業標準《預應力筋用錨具、夾具和連接器應用技術規程》（JGJ 85—2010）規定。套管材料具有足夠的強度，保證其在加工和安裝過程中不致損壞，具有抗水性和化學穩定性，與水泥砂漿和防腐劑接觸無不良反應。

其次，從施工過程工序控制，開挖按照從上自下進行，堅持以“開挖一段，支護一段”為原則。錨孔在成孔鉆進過程中，嚴格控制鉆進參數，合理掌握鉆進速度，防止埋鉆、卡鉆、塌孔、掉塊、涌砂、縮頸等通病出現。鉆機成孔后，質檢員通知監理工程師驗孔，合格后安置錨索（錨桿），并立即注漿作業。嚴格控制水泥漿、水泥砂漿配合比，攪拌均勻，并使灌漿設備和管路處于良好的工作狀態。重點控制錨索預應力張拉環節，左幅K431+210～K431+710 高邊坡第一、二級采用錨索強支護形式，第一級邊坡錨索長度25m，第二級邊坡錨索長度32m，錨固長度都為10m，錨固力設計500kN，錨索主筋采用15.24mm。框梁澆筑后，混凝土強度達到設計要求后，按10%、50%、110%分級張拉。外露鋼絞線暫時不切割，等待邊坡全部支護穩定后，經過監測數據對比分析，坡面無變形無位移才能切割并封端。

最后，快速封閉坡面，按設計要求采用15cm 客土噴播植草防護。按要求配制根植土和氮肥以及草籽，采用客土噴播機進行噴射。施工管理人員嚴格自檢厚度，并檢查框梁與坡面的緊密程度，防止出現貼面不密實情況，需要及時填筑沙包封端，防止雨水滲入。框架梁覆蓋無紡布，并用鉚釘緊固，使坡面完成綠化防護，形成有效的閉合措施。

4.4 鋼花管注漿加固煤層強度

左幅K431+210～K431+710 一級邊坡碎落臺、一級平臺、二級平臺分別設計6m、16m、20m 長，間距為2m 的鋼花管，并且要求鋼花管與錨索錯位布置。鋼管內徑108mm，壁厚6mm，無縫鋼管材質。其主要是加固煤系土層的強度，還能起到止水帷幕的效果，防止山體滲水沖擊坡面，造成崩塌。

按設計要求進場鋼花管材料，廠家須提供符合國家法定單位或部門的合格證書及試驗檢測報告。鋼花管注漿鉆孔重點把控項目，項目總工對各部門負責人及全體管理人員安全、技術交底。督促加強管控各個生產流程，從原材料到加工半成品、成品每道工序嚴格控制。應對鉆孔用風、水沖洗，并排盡殘渣和污水。灌漿應利用壓力泵進行，采用灌漿M30 水泥砂漿，灌漿完后靜置待凝。灌漿必須飽滿、充分，被檢驗的灌漿體應該在現場提取，并按規范要求進行養護，其抗壓強度應不小于設計強度。

4.5 設置超寬鋼筋混凝土板平臺

左幅K431+210～K431+710 第二級設置10～11.5m 寬度不等超寬平臺，設計采用10cm 厚強度等級C20 鋼筋混凝土硬化。設計變更主要目的是把第三級邊坡放緩，使之上部荷載變輕，使邊坡趨于穩定，達到平衡安全狀態。遵循設計“減載”原則。

采用鋼筋混凝土硬化平臺有兩個主要作用：第一，可以有效抵御煤系土山體蠕動變形，產出頂面混凝土開裂，有效防止雨水滲透土層，產生煤系土遇水變軟、結構不穩定帶來的崩塌危害。第二，增大頂面的自重，能約束山體的橫向位移，達到穩定性。

事實證明，在封閉平臺整個施工過程中，主要體現為快和穩。施工過程中，穩中求進，采用監控量測技術手段，實時關注監測數據措施。如果超過設計要求，坡面產生裂縫過大、變形，就必須加強支護并停止開挖，分析原因。最后封閉完成形成相對穩定的坡面。

4.6 布設深孔排水措施

該邊坡設計變更后，位于第一、二級邊坡坡腳處，各增設一排長度15m、內徑110mm 硬式透水管，并規定縱向間距為3m 深層排水管。其主要作用是引流煤系土層山體層間滲水。施工時，鉆孔機嚴格按設計要求傾斜10就位。隔空跳打，成孔之后檢驗合格方可下管。必須保證孔距、孔徑、孔深符合規范要求，硬式透水管材料符合設計要求，需要進場檢查合格后才可使用。深層排水管設置充分有利于山體內部滲水排水，減輕山體自重，增大煤系土邊坡的自穩性。

4.7 增設固腳支擋措施

遵循設計“固腳”為原則，設置在第一級邊坡坡腳增設護腳墻。這種護腳似于重力式擋土墻，尺寸不大但作用很大，可以明顯增大坡腳的強度，有效抵擋背后土壓力，起到穩固山體、達到安全穩定作用。

施工時，護腳墻采用間隔跳槽開挖方式，從兩邊向中間施工。每隔10m 設置沉降縫一道，并采用瀝青麻絮填塞縫，泄水孔按照2m 間距梅花形布置，100mm孔徑，墻背采用0.5cm 厚反濾層。需要重點檢測地基承載力、平面位置、高程等。當地質情況與實際開挖情況進行比較發現有差異時，立馬通知監理設計進行變更，并做好現場臨時排水需要。混凝土澆筑要振搗密實，防止漏振。混凝土強度必須符合設計要求。

護腳施工完畢后，觀察發現并沒有出現崩塌現象，通過監測數據加以論證得知幾乎沒有產生位移和變形，事實證明增加護腳穩固作用很大。

5 建立完善的管理體系

5.1 施工質量保證體系

建立工序質量和工程質量的重點控制清單，制定處理施工中的關鍵質量問題措施，重點抓好施工中的過程管控工作，專人負責。嚴格把關材料，外購材料須提供出廠合格證、質量保證書等證件，進場后需按規定抽檢，合格后才可使用。

建立嚴格的管理制度，煤系土施工前要形成一套完整的檢測制度。一方面要建立好相關工作流程制度，把握關鍵工序，用制度管理模式確定下來；另一方面是對煤系土層的專項檢驗、驗收制度，按照不同方式、不同形式、不同方法進行，確保施工質量達到設計要求。

5.2 安全管理保證體系

為了能夠進一步建立健全安全生產管理體系，首先需要進行安全生產目標的制定，安全生產目標主要包括以下幾點：

第一，應該堅決杜絕傷亡責任事故的出現。

第二，應對物體打擊、高空墜落、機械傷害、觸電傷害、車輛傷害、起重傷害、淹溺、坍塌傷害的死亡人數控制為零，每年由上述傷害導致重傷的工作人員應少于一人，輕傷的人員應該控制在5 人及以下。另外，還應該將火災責任事故的出現控制為零，從而使“平安工地”的建設任務達到標準，進一步建設安全標桿工程。

第三，應該建立安全生產管理制度，在此過程中應該進一步建立健全安全生產教育培訓制度、安全生產技術交底制度、安全生產檢查制度、安全專項方案制度、消防安全責任制度、安全獎懲制度等各項規章制度，結合該工程在進行項目工程建設過程中的實際特點進行安全事故應急預案的制定，并且建立應急事故處置領導小組，針對在施工過程中可能出現的各種問題尤其是突發安全事故進行處理，將責任落實到個人。

6 結語

通過對左幅K431+210～K431+710 煤系地層高邊坡施工的實際情況分析得出，針對地質情況復雜，強風化泥質砂巖與炭質頁巖互層，泥質粉砂巖泥層伴蜂窩狀煤系且地下水較發育，褶皺、強度低的煤系土邊坡的特點。首先，應從設計方面著手，遵循邊坡設計與“減載、固腳、強腰、排水、綠化、方便施工”相結合的原則。最為關鍵的是對高邊坡要害之處——“腰部”采用多層次復合性加固措施，該案例中主要對其“腰部”加固防護有錨索、錨桿、護腳墻、放緩坡率削坡減重、鋼筋混凝土超寬平臺，深層排水溝等聯合支護。其次，要建立完善的管理機制，重點控制過程管理，責任落實到人。結合以上兩點措施可以有效減少煤系土邊坡出現危害的概率，減少人員與財產損失，并且符合高質量發展要求以及與時俱進的理念，為我國交通事業奠定扎實的基礎。