省道西港線K168+000 路段路塹邊坡綜合防護治理案例分析

■許可斌

(漳州市公路局，漳州 363000)

1 路塹邊坡破壞的影響因素

路塹邊坡的破壞主要取決于所在場地的環(huán)境地質條件，因此，調查了解場地內的宏觀地質條件、邊坡破壞類型和引起破壞的主要因素等就顯得非常重要。 以下以省道西港線華安路段的地質條件為背景， 在廣泛收集相關資料的基礎上，通過對華安縣的邊坡情況，特別是破壞邊坡的調查、分析，掌握路塹邊坡所處的工程地質環(huán)境，從工程地質學的角度，分析邊坡破壞的原因[1-2]。

造成邊坡失穩(wěn)破壞的原因主要有工程所在地的氣象和水文條件、地形地貌及周邊環(huán)境、工程地質狀況、巖土體分布及特征、地下水類型及埋藏條件、不良地質作用及不良地下埋設物、地震和加載等[3]。

2 工程概況

省道西港線K168+000 路段邊坡工程， 邊坡原屬殘坡積地貌，形成高約76m 土質邊坡，邊坡坡度50～85°，上緩下陡，坡腳已采用擋土墻支護，現(xiàn)擋土墻因受擠壓已開裂變形，邊坡后緣可看見三處明顯張拉裂縫，裂縫呈不規(guī)則形狀。擬建場地原始地貌屬侵蝕剝蝕丘陵地貌，原屬山坡地，經(jīng)近期人工開挖后形成高約76m 土質邊坡，邊坡總長約135m。 根據(jù)鉆探及區(qū)域地質資料，區(qū)域內上覆地層較復雜，地層分布為①素填土、②含碎石粉質粘土、③散體狀強風化砂巖、 ④碎塊狀強風化砂巖、 ⑤中風化砂巖。 邊坡全貌如圖1 所示。

3 邊坡穩(wěn)定性分析

3.1 現(xiàn)狀穩(wěn)定性分析

產(chǎn)生邊坡失穩(wěn)的條件十分復雜， 歸結起可分為內部條件和外部條件兩方面。

圖1 K168+000 路段邊坡全貌圖

(1)內部條件：實踐表明當較陡的邊坡上堆積有較厚的土層， 其中有遇水軟化的軟弱夾層或結構面往往容易發(fā)生滑坡。本土質邊坡由含碎石粉質粘土、散體狀強風化砂巖組成，土層厚度較大，各層的滲透系數(shù)一樣。 雨季時散體狀強風化砂巖處于飽水狀態(tài)， 使上覆含碎石粉質粘土飽水軟化，抗剪強度降低，形成潛在滑動面，上覆土體容易失穩(wěn)。

定性分析潛在滑動面為散體狀強風化砂巖與碎塊狀強風化砂巖的交接部位， 巖性以含碎石粉質粘土和散體狀強風化砂巖為主，遇水易軟化，抗剪強度降低，形成滑動面。

(2)外部條件：滑坡發(fā)育的外部條件主要為水的作用(降雨沖刷與入滲軟化)，人為開挖、坡面振動和加載等，其中水的作用為主要因素。降水滲入土體，一方面增加巖土的重度，加大滑坡體的重量，使下滑距離增加；另一方面使土的抗剪強度降低。本工程邊坡現(xiàn)狀坡度較陡，不能滿足一般土質邊坡穩(wěn)定坡比要求，雨季易失穩(wěn)，暴雨時易造成水流沖刷土質陡坡，可能造成塌滑，危及坡腳道路的安全。

3.2 邊坡穩(wěn)定性計算

通過對剪出面(即張拉力裂縫處)的巖土層進行勘探，認為邊坡潛在滑動面應該在散體狀強風化砂巖與碎塊狀強風化砂巖的交界處，取工程地質剖面5-5′和6-6′斷面(具體位置如下圖2 所示)兩個主軸斷面進行計算，以此分析邊坡的穩(wěn)定性。

圖2 勘探點平面布置圖

考慮到當?shù)赜炅砍渑鎸吰掠绊戄^大， 實際計算時按一般氣候條件和暴雨條件進行考慮。 對于一般氣候條件，地下水位以上土體處于非飽和狀態(tài)，土體重度取天然重度，抗剪強度指標取勘察報告中天然狀態(tài)直剪試驗值；對于暴雨條件，土體按照全部飽和考慮，土體重度取飽和重度，土體抗剪強度指標取飽和狀態(tài)直剪試驗值，以下采用傳遞系數(shù)法分別計算5-5' 和6-6' 斷面的滑坡推力。

傳遞系數(shù)法的計算簡圖如圖3 所示：

由圖3 可知， 第i 條塊處的滑坡推力Ei可以由以下公式計算：

其中Ei為第i 條塊處的滑坡推力，Ei-1為第(i-1)條塊處的滑坡推力，Wi為第i 塊條塊的重力，ψi為傳遞系數(shù)，ci為第i 條塊巖土體的粘聚力，li為第i 條塊的滑面長度，φi為第i 條塊的內摩擦角，ai為第i 塊條塊的傾角，W1i為附加荷載。

邊坡防護工程計算滑坡體的穩(wěn)定性時還應考慮一個安全系數(shù)K，K 取值應大于1， 它的大小決定著滑坡推力的大小，一般采用增大條塊的自重下滑力，即KWisinai來引入安全系數(shù)，本工程計算式中，安全系數(shù)K 取1.25[4]。

計算可得滑坡推力，說明在持續(xù)暴雨或久雨條件下，滑坡體處于極不穩(wěn)定狀態(tài)。

圖3 第i 塊條塊的受力圖

4 邊坡防護方案

根據(jù)邊坡破壞原因分析及穩(wěn)定性分析，從上往下，提出具體防護方案。

(1)刷坡減載

坡頂部分按照1：1～1：2 進行刷坡卸載，清理坡面危石和樹木。

(2)護面

采用土工格室和拱形骨架植草防護， 部分陡坎處采用掛網(wǎng)噴砼支護， 對于刷坡過程中發(fā)現(xiàn)的裂縫和松軟土體采用注漿或粘土夯填處理。

(3)強腰

第三、四級邊坡均采用兩道預應力錨索格構+坡面植草防護。

(4)固腳

第一級邊坡在原護面墻上設置兩道預應力錨索結構，坡腳平臺設置一排抗滑樁；坡腳處邊坡在已建成的擋土墻上設置一道預應力錨索格構進行防護。

5 邊坡支護加固效果及經(jīng)濟技術評價

5.1 邊坡防護工程效果分析

該段邊坡自施行綜合防護措施以來， 雖然經(jīng)歷了今年臺風、熱帶風暴等不良氣候的影響，但仍保持良好的狀態(tài)，施工監(jiān)測結果表明，錨桿、錨索工作性能正常，未出現(xiàn)水土流失，生態(tài)防護失效等現(xiàn)象。 可見，該綜合防護方案起到了既防止坡面滑移、保證邊坡穩(wěn)定的作用，又有利于生態(tài)和環(huán)保。 但是也存在著一些不足：

(1)工程防護主要采用預應力錨索格構梁防護以及抗滑樁擋墻支護， 噴砼適用于易風化尚未嚴重風化的巖石邊坡，施工簡便，是防止坡面風化的有效措施。 但是圬工面積太大，而且表面粗糙不平，外觀太差，影響美觀，應配合爬山虎等爬藤植物進行坡面綠化，因此，上邊坡應盡量避免大面積的純圬工防護。另據(jù)雨天觀察，發(fā)現(xiàn)噴砼坡面排水孔出水量少或幾乎不出水， 可能與施工時反濾層設置不理想有關， 支擋結構的排水孔一直是公路養(yǎng)護工程質量檢查的重點，排水孔不排水或失效，極易導致邊坡失穩(wěn)，應引起重視。 排水系統(tǒng)無大的病害出現(xiàn)，排水溝底出現(xiàn)細小裂縫，跌水臺階表面出現(xiàn)細小沖刷孔洞，應及時修復并經(jīng)常檢查， 防止地表水進入邊坡內部， 危害邊坡安全。為了減少水損害，邊坡排水系統(tǒng)應盡量采用水泥混凝土澆筑，避免使用漿砌片石，已實施的漿砌片石排水溝應經(jīng)常進行抹面修復， 斷面較大的排水溝可在水溝內側立模板澆筑10cm 厚的內墻進行防護，并采用砼鋪底。

(2) 植物防護主要是格構配合土工格室植草護坡，經(jīng)過一年多的養(yǎng)護，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)坡面綠化效果不是很理想，多處坡面裸露黃土，局部土層表面有裂縫，植被長勢不一，出現(xiàn)以上問題的原因主要有： ①公路刷坡后的坡面土為“生土”，結構緊密，植物根系較難伸展，土壤基本沒有肥力，其它指標也達不到要求，一般不適宜植物生長，施工時直接采用原狀土種植植物， 不能滿足移植植物的生長需要，導致部分死苗和長勢不良。②植物品種的選擇不合理，華安縣地處山區(qū)，日夜溫差大，冬季溫度低，經(jīng)常發(fā)生霜凍，秋冬干旱，夏季多雨，選用植被應具有良好的耐寒和抗旱能力。③后期養(yǎng)護管理不到位，公路養(yǎng)護一般只涉及路基兩側綠化樹和綠化景點， 對邊坡防護工程的綠化養(yǎng)護不夠重視，基本沒有進行管理，任其自生自滅，待死苗較多時再進行補植，不僅造成浪費，還有可能導致已經(jīng)建好的邊坡防護工程失效。 ④缺乏養(yǎng)護技術經(jīng)驗等其它原因。因此，應科學選擇植物品種，因地制宜，挑選多種植物進行試驗， 從中選出適合當?shù)丨h(huán)境和氣候條件的護坡植物，重視養(yǎng)護管理，總結養(yǎng)護技術經(jīng)驗，有條件的話應培育出適應力強的護坡植物。 普通公路植樹主要在路肩或邊坡下方空地，有條件可以設置綠化帶、綠化景點，既能防風固沙，又能美化公路環(huán)境。

(3) 土工合成材料在公路邊坡防護中的應用效果良好，可塑性強，壽命較長，適用于石料缺乏的地區(qū)，成本低，而且環(huán)保，值得推廣。

5.2 邊坡防護經(jīng)濟技術評價

一般來說， 有實施邊坡防護措施的公路工程項目投資明顯高于平原路段，因此，在保證邊坡安全穩(wěn)定，達到線路等級設計要求的前提下，如何節(jié)省邊坡防護的投資，對整條線路的成本控制尤為重要。 不同邊坡防護措施防護效果不一，投資造價也各不相同，為了找出防護效果良好又經(jīng)濟的防護措施， 有必要對不同的防護措施的經(jīng)濟性進行比較，以獲得較好的環(huán)境效益和經(jīng)濟效益。

為了將不同防護措施的經(jīng)濟性進行對比， 根據(jù)漳州市華安縣的材料單價(2012 年11 月)編制十種防護措施的預算單價表，表中的綠化面積均按照人工植草考慮(不計后期養(yǎng)護費用)，如表1 所示。

由表1 可知：

(1)植物防護或者植物防護與工程防護相結合的綜合防護具有較好的經(jīng)濟性， 如植草防護與漿砌片石護坡單價的比值約為1∶11。 由此可見，在保證邊坡安全、技術可行的情況下，植物防護應為首選的防護方式。

表1 不同防護形式造價對比表

(2)土工合成材料與圬工構造物對比也有一定的經(jīng)濟優(yōu)勢，應優(yōu)先選擇。

(3)抗滑樁、重力式擋土墻以及格構梁錨桿護坡作為支檔構造物，造價高，施工技術難度大，應做好結構優(yōu)化，對擬定的工程結構的界面尺寸、配筋等做優(yōu)化，在保證工程安全的前提下，盡可能地達到節(jié)約投資的目的。

6 結論

福建省的山區(qū)地形、地貌造就了條件復雜、數(shù)量眾多的邊坡，而邊坡滑塌、路基坍塌等災害時有發(fā)生，臺風季節(jié)更是地質災害的高發(fā)期， 每年進行邊坡整治的費用數(shù)以億計， 如何能通過邊坡防治工作減少地質災害的發(fā)生成為了公路養(yǎng)護管理部門的工作重點， 本文以省道西港線K168+000 路段路塹邊坡為研究對象， 進行邊坡綜合防護措施的研究，主要有以下結論：

(1)省道西港線華安路段一側臨水，另一側緊鄰邊坡，空間狹小，采用抗滑樁+預應力錨索的綜合防護能有效地控制邊坡滑移， 但應根據(jù)滑坡推力等實際情況選取防護措施，減少過度防護和防護不足?；峦屏σ话悴捎脗鬟f系數(shù)法進行計算，應選準滑動面，土質邊坡的潛在滑動面可通過作圖法、對數(shù)螺旋線法、自動搜索法[5]等方法來確定，也可通過剪出面的巖土層情況進行判別。

(2)抗滑樁、重力式擋土墻以及格構梁錨桿護坡作為支檔構造物，造價高，施工技術難度大，應做好結構優(yōu)化，對擬定的工程結構的界面尺寸、配筋等做優(yōu)化，在保證工程安全的前提下，盡可能地達到節(jié)約投資的目的，減少過度防護。

(3)通過經(jīng)濟技術分析比較，可知植物防護在坡面防護方面具有很大的優(yōu)勢， 應選擇植物防護與工程防護相結合的防護方式，既保證邊坡穩(wěn)定、安全，又兼顧環(huán)境效益，增加邊坡與環(huán)境的協(xié)調性。