高危巖質(zhì)邊坡綜合支護(hù)設(shè)計(jì)研究

王 水 生

(湖北省林業(yè)勘察設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430223)

高危巖質(zhì)邊坡綜合支護(hù)設(shè)計(jì)研究

王 水 生

(湖北省林業(yè)勘察設(shè)計(jì)院，湖北 武漢 430223)

為了提高邊坡支護(hù)措施在安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性上的綜合效果，提出了高危邊坡綜合防護(hù)思路，指出采用設(shè)置路塹擋土墻、錨桿框架及預(yù)應(yīng)力錨索框架等措施進(jìn)行加固，具有較好的針對性和實(shí)用性。

巖質(zhì)邊坡，高危邊坡支護(hù)設(shè)計(jì)，防護(hù)思路，錨桿框架

0 引言

在公路建設(shè)過程中，不可避免的會遇到深挖高填地區(qū)，高邊坡防護(hù)問題直接關(guān)系到公路的建設(shè)和運(yùn)營安全。因此，正確評估坡體的穩(wěn)定性，采取科學(xué)合理、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的加固方法對存在隱患的邊坡進(jìn)行支護(hù)是公路設(shè)計(jì)的重中之重。

文獻(xiàn)[1]～[5]表明，高邊坡防護(hù)設(shè)計(jì)主要關(guān)注邊坡加固支護(hù)方法的應(yīng)用，部分學(xué)者提出了環(huán)保綠化新理念[6]，但探討主要集中在應(yīng)用方法。針對高危巖質(zhì)邊坡，綜合支護(hù)理念及設(shè)計(jì)措施能夠進(jìn)一步加強(qiáng)邊坡支護(hù)措施在安全性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性上的整體效果，提高邊坡的穩(wěn)定性。本文以廣東省某公路工程為背景，從綜合設(shè)計(jì)理念出發(fā)，提出“以邊坡穩(wěn)定為主線，以安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保為目標(biāo)”的高邊坡綜合防護(hù)思路，基于公路沿線高邊坡實(shí)際狀態(tài)，提出科學(xué)合理的綜合加固措施。針對穩(wěn)定性不同的高邊坡，分別采用放緩坡率、植被防護(hù)、設(shè)置主動(dòng)防護(hù)網(wǎng)、設(shè)置擋土墻、錨桿框架、預(yù)應(yīng)力錨索框架等措施進(jìn)行防護(hù)加固，以期能夠改善穩(wěn)定性較差邊坡的安全，加強(qiáng)邊坡的主動(dòng)防護(hù)，從而提高公路沿線的綠化環(huán)保。

1 工程背景

該公路工程位于廣東省境內(nèi)，為舊路改造工程。通過實(shí)地調(diào)研，舊路全線邊坡無支擋、支護(hù)措施，坡頂截水溝缺失，排水系統(tǒng)破壞嚴(yán)重。這導(dǎo)致公路沿線上下邊坡滑塌嚴(yán)重，且滑塌處經(jīng)過多次滑塌—清理的過程演變?yōu)闊o規(guī)則的邊坡形式。公路沿線邊坡大部分屬于高危巖質(zhì)邊坡，最高邊坡達(dá)88.6 m。這些邊坡大部分一坡到頂，坡腳處基巖開裂，隨時(shí)有崩塌的危險(xiǎn)。有些坡面經(jīng)過滑塌后形成凹陷形邊坡，具有再度滑塌的可能，對過往車輛及行人的安全造成巨大威脅。

2 高危巖質(zhì)邊坡防護(hù)理念及思路

高危巖質(zhì)邊坡主要特點(diǎn)為邊坡高、巖體風(fēng)化嚴(yán)重，安全性較差。因此，邊坡防護(hù)的理念主要集中在“先加固，后防護(hù)”。實(shí)際的實(shí)施過程中，應(yīng)該遵循“先表面后深部，先簡單后復(fù)雜”的原則，按照“以邊坡穩(wěn)定為主線，以安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保為目標(biāo)”的防護(hù)思路，采用綜合加固支護(hù)手段對其進(jìn)行全面治理。

高危邊坡加固支護(hù)設(shè)計(jì)思路如圖1所示。

對高危邊坡進(jìn)行加固防護(hù)，首先應(yīng)判斷巖體的穩(wěn)定性。通過現(xiàn)場實(shí)地勘察，采用試驗(yàn)測試手段得到巖石力學(xué)性能指標(biāo)，并據(jù)此判斷邊坡巖體的計(jì)算參數(shù)。邊坡穩(wěn)定的計(jì)算主要是抓住抗滑力與下滑力這對主要矛盾，當(dāng)邊坡穩(wěn)定計(jì)算安全系數(shù)小于1.2時(shí)，就應(yīng)對邊坡進(jìn)行加固處理。穩(wěn)定性不滿足要求的邊坡，應(yīng)采用工程防護(hù)和植物防護(hù)結(jié)合的綜合加固方法進(jìn)行處理；穩(wěn)定性計(jì)算滿足安全要求的邊坡，宜采用植被防護(hù)、主動(dòng)防護(hù)措施，以保證邊坡的穩(wěn)定和綠化。

考慮邊坡防護(hù)與沿線自然的一致性，同時(shí)充分貫徹可持續(xù)發(fā)展及綠色環(huán)保理念，設(shè)計(jì)中坡形采用臺階式構(gòu)造，在保證坡體穩(wěn)定的前提下，坡面盡量綠化植草、美化環(huán)境，同時(shí)在碎落臺及第一級邊坡平臺處設(shè)置花槽，種植藤本植物、灌木等以加強(qiáng)邊坡的綠化。

3 高危邊坡綜合支護(hù)設(shè)計(jì)

以K36+520～K36+720段高邊坡為研究對象，該處位置出露地層為震旦系樂昌峽群變質(zhì)砂巖，山體局部有開裂，整體上形態(tài)呈“扇”形。該處邊坡有滑坡，滑坡后緣已至山頂，前緣至坡腳，滑體上部自然坡度約為17°，中下部較陡，自然坡度約為45°，滑坡前緣寬度約為50 m，順主滑方向長約150 m，滑體平均厚度約5.5 m。整個(gè)邊坡高度為88.6 m(見圖2)。

高危邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方法的選取是基于現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)以及邊坡滑動(dòng)破壞趨勢而定。實(shí)地勘察發(fā)現(xiàn)，該處邊坡巖體風(fēng)化嚴(yán)重，邊坡滑面形態(tài)近似平面折線型，后緣相對陡傾，前緣相對平緩；滑帶巖土厚度較小。從其空間展布情況分析，該滑坡為牽引式滑坡，其推力及穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算模型可選擇為折線型[7]。

采用極限平衡法對正常工況(天然狀態(tài))和非正常工況(飽水狀態(tài))下滑坡穩(wěn)定性及滑坡推力進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)工程揭露，結(jié)合地區(qū)經(jīng)驗(yàn)天然狀態(tài)下滑體的重度取18.5 kN/m3；飽水狀態(tài)下滑體的重度取20.2 kN/m3。

滑面強(qiáng)度參數(shù)取值根據(jù)巖體力學(xué)室內(nèi)試驗(yàn)值及反算綜合考慮。根據(jù)巖土樣室內(nèi)試驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)類比法綜合確定：飽和抗剪強(qiáng)度C=14.0 kPa，φ=5.3°；天然抗剪強(qiáng)度C=18.0 kPa，φ=7.2°。經(jīng)計(jì)算，天然狀態(tài)下與飽和狀態(tài)下滑坡穩(wěn)定系數(shù)與滑坡推力計(jì)算如表1，表2所示。

由表1可見滑體在天然狀態(tài)下，穩(wěn)定系數(shù)為1.30，變形體處于穩(wěn)定狀態(tài)；由表2可見滑體在飽水狀態(tài)下穩(wěn)定系數(shù)為0.98，說明在連續(xù)強(qiáng)降雨和滑體加載的條件下滑體就會失穩(wěn)，故需要盡快對邊坡滑體進(jìn)行加固支護(hù)。

考慮到該邊坡高度約90 m，且?guī)r體風(fēng)化嚴(yán)重，已經(jīng)形成了滑坡，加固支護(hù)方法采用綜合加固法實(shí)施。采用錨桿框架及預(yù)應(yīng)力錨索框架提高邊坡的穩(wěn)定性，輔以加設(shè)擋土墻、增設(shè)截水溝、植被防護(hù)的措施，提高邊坡的整體防護(hù)能力，加強(qiáng)邊坡支護(hù)的經(jīng)濟(jì)、綠化效果。加固措施如圖3所示。

表1 滑坡穩(wěn)定系數(shù)及滑坡推力計(jì)算表(天然狀態(tài))

表2 滑坡穩(wěn)定系數(shù)及滑坡推力計(jì)算表(飽水狀態(tài))

根據(jù)邊坡實(shí)際狀態(tài)，將高危邊坡劃分為10級。第Ⅰ級邊坡高度為4 m，第Ⅱ級～第Ⅸ級邊坡高為8 m，余為第Ⅹ級邊坡。整個(gè)邊坡采用放緩坡率的方式進(jìn)行改造。第Ⅰ級邊坡采用路塹墻構(gòu)造，坡率為1∶0.25，其余位置均采用1∶0.75的坡率。每一級邊坡上部均設(shè)邊坡平臺，第Ⅰ～Ⅲ級位置平臺寬5 m，其余位置平臺寬2 m。

第Ⅰ級邊坡位置由于緊貼道路主體結(jié)構(gòu)，為了保護(hù)公路的行車安全，設(shè)置路塹墻，路塹墻面坡為1∶0.25，底坡內(nèi)傾為1∶5，墻身采用10號漿砌片石砌筑，整個(gè)路塹墻墻高4.5 m，墻背高度為4.85 m。

第Ⅱ，Ⅲ，Ⅷ，Ⅸ級位置采用掛網(wǎng)噴混凝土植生方式進(jìn)行防護(hù)，即將草種、輔助劑、有機(jī)肥等加入水泥制成植被混凝土，用專用設(shè)備將其噴射到掛網(wǎng)的邊坡上，以達(dá)到穩(wěn)定邊坡和環(huán)保的作用。采用該方式主要是利用植被根系的力學(xué)加固原理，在保證邊坡穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上，對邊坡進(jìn)行綠化，改善道路兩側(cè)的生態(tài)環(huán)境。

第Ⅳ級～第Ⅶ級位置采用錨桿框架和預(yù)應(yīng)力錨索框架對不穩(wěn)定邊坡進(jìn)行聯(lián)合錨固。加固采用壓力分散型錨索進(jìn)行，主要是考慮到其受荷載作用下，錨桿軸力和粘結(jié)應(yīng)力的峰值具有明顯減小的趨勢，同時(shí)應(yīng)力分布均勻，傳遞給孔壁的徑向力也較為平均，使得粘結(jié)強(qiáng)度極大的提高。錨桿承載力增長與錨桿長度成正比，從使用效果看，具有安全可靠、耐久適用的優(yōu)點(diǎn)。

錨桿采用φ32高強(qiáng)精軋螺紋鋼筋，每一級邊坡采用3排預(yù)應(yīng)力錨桿，覆蓋該級邊坡的所有范圍?？紤]到邊坡滑動(dòng)面距巖體表面深度的不同，從經(jīng)濟(jì)合理的角度，采用不同長度的預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行防護(hù)。第Ⅳ級邊坡采用13 m錨桿，第Ⅴ級邊坡采用16 m錨桿，第Ⅵ，Ⅶ級錨桿長度為19 m。錨固段長度均為6 m。根據(jù)邊坡巖石風(fēng)化程度及節(jié)理裂隙發(fā)育程度，設(shè)置不同的錨桿框架及預(yù)應(yīng)力錨索框架防護(hù)。框架內(nèi)采用以植物防護(hù)為主的輕型防護(hù)措施。邊坡頂部設(shè)置截水溝，避免雨水沖刷對邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響。

對加固以后的邊坡進(jìn)行穩(wěn)定性分析，處理以后的邊坡整體穩(wěn)定性安全系數(shù)達(dá)1.202，滿足安全要求。

通過對該邊坡采用放緩坡率、設(shè)置路塹墻、預(yù)應(yīng)力錨桿錨索框架梁、掛網(wǎng)錨噴混凝土植生及截水溝的方式進(jìn)行加固，加固后邊坡整體安全系數(shù)達(dá)到要求，綜合加固手段不僅在施工上便于實(shí)施操作，同時(shí)在經(jīng)濟(jì)上具有較好的合理性，并且保證了道路周邊的生態(tài)綠化，整體加固效果較好(見圖4)。

4 結(jié)語

本文以廣東省某道路高危巖質(zhì)邊坡的防護(hù)設(shè)計(jì)為研究對象，采用綜合防護(hù)手段進(jìn)行加固治理，可以得出以下結(jié)論：

1)公路高危邊坡防護(hù)應(yīng)從綜合設(shè)計(jì)理念出發(fā)，“以邊坡穩(wěn)定為主線，以安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保為目標(biāo)”的高邊坡綜合防護(hù)思路能夠在充分保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，提高邊坡加固防護(hù)效果；2)高危巖質(zhì)邊坡主要特點(diǎn)為邊坡高、巖體風(fēng)化嚴(yán)重，安全性較差。采用放緩坡率、設(shè)置擋土墻、預(yù)應(yīng)力錨桿錨索框架梁的綜合處理方案，能夠有效改善邊坡穩(wěn)定性，達(dá)到結(jié)構(gòu)安全的效果。從高危邊坡加固設(shè)計(jì)角度而言，綜合防護(hù)方法具有很好的針對性和實(shí)用性。

[1] 巨能攀，趙建軍，鄧 輝，等.公路高邊坡穩(wěn)定性評價(jià)及支護(hù)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009，28(6):1152-1161.

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[7] 楊 梅，王武斌，張曉曦.折線形滑面邊坡穩(wěn)定性分析與預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)研究[J].路基工程，2014(1):76-79.

Comprehensive support design of high and dangerous slope for rock mass

Wang Shuisheng

(TheForestryProspect&DesignInstituteofHubeiProvince,Wuhan430223,China)

To improve the comprehensive effect of measures for slope supporting in the facts of security, economy and environmental protection, comprehensive support idea for high and dangerous slope were put forward. The retaining wall were set and anchor bar frame, prestressed anchor rope frame were used to reinforce the slope. The comprehensive method has good pertinence and practicability.

rock mass slope， support design of high and dangerous slope， support idea， anchor bar frame

2014-11-22

王水生(1973- )，男，工程師

1009-6825(2015)04-0080-03

P642.2

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