山區(qū)某高速公路邊坡崩塌成因分析及處治措施

史崇新

（華設設計集團股份有限公司，江蘇 南京 210000）

1 概述

隨著西部大開發(fā)及“一帶一路”倡議的提出，山區(qū)高速公路迎來發(fā)展黃金期。復雜的山區(qū)環(huán)境也會對山區(qū)高速公路的建設和運營帶來巨大的考驗。邊坡崩塌對山區(qū)公路的運營和穩(wěn)定形成直接威脅，具有極大的安全隱患，因此在施工和運營中進行防護處治是極為必要的。

2 邊坡崩塌成因分析及邊坡崩塌防治原則

通過實地調查分析，產生崩塌的原因如下。

1）巖體結構因素

該邊坡體受構造運動影響，節(jié)理面和裂隙發(fā)育，巖體中節(jié)理面的發(fā)育整體較為破碎且邊坡較高是影響該處巖質邊坡穩(wěn)定性的重要因素之一[1]。

2）水因素的影響

該處邊坡爆破開挖后，未防護，經過1 個凍融期及雨季，造成邊坡失穩(wěn)。邊坡經過雨水、凍融及施工時爆破的影響，加速了邊坡內部過水通道的形成，使巖體松散、破碎并不同程度地增加巖體節(jié)理面的密度、貫通性、壓縮性和透水性，從而導致節(jié)理面的抗剪強度降低，進而影響邊坡巖體穩(wěn)定。同時，水的侵蝕作用加劇，促使巖體中的節(jié)理面、裂隙發(fā)育及增強巖石的風化，造成巖體失穩(wěn)[2]。

3）自然環(huán)境的因素

邊坡施工過程中，周圍的植被難免遭到破壞，因此邊坡的排水能力會受到影響。邊坡在自下而上的挖掘中，下部沒有足夠的支撐能力，導致吸收大量的水分，與此同時，這些水分又難以在短時間內排出，因此易產生崩塌。

4）邊坡巖體殘余應力的釋放

開挖形成的挖方邊坡影響挖方邊界處巖體的應力狀態(tài)，實際開挖坡面也未達到設計要求。這些應力集中程度和釋放過程對邊坡的穩(wěn)定性也有一定影響，防護不及時易發(fā)生崩塌。

5）爆破方式的影響

開挖邊坡采用的爆破開挖本身就會對邊坡的穩(wěn)定性產生不利的影響，設計要求采用光面爆破或預裂爆破，爆破藥量的控制直接影響邊坡的穩(wěn)定性，爆破使原節(jié)理面張裂，受爆破力的影響，外傾結構面形成不穩(wěn)定的楔形體，極易出現(xiàn)崩塌現(xiàn)象[3]。

針對該處崩塌體的特定情況，本著“以防為主，防治結合”的原則，保證“防中有治，治中有防”，同時兼顧整個工程的安全和利益，應采取“固腳、強腰、削坡頂”的工程措施，同時注重施工期間的施工安全。

3 工程案例分析

3.1 工程背景

新疆某高速公路K84 崩塌體位于沿溪山區(qū)段，地貌為中低山區(qū)，經過現(xiàn)場勘察該邊坡高約30 m～90 m，坡體近乎于直立，坡面表現(xiàn)多為凹凸不平，巖體極為陡峭，傾角約40°～50°。崩塌體坡頂高程約1 295 m，沿線擬建道路路面設計高程約為1 204 m，總體走向為南北縱向山脊。

該高邊坡于2017 年10 月采用普通爆破進行開挖，2018 年1 月份完成開挖，坡面不平整，存在超挖、倒坡現(xiàn)象，且未及時進行防護，2018 年3 月30日，K84 段發(fā)生崩塌。

3.2 崩塌后邊坡調查情況

1）施工完邊坡的地質調查

該崩塌體基巖裸露，出露巖性為阿克沙克組上段（C1d2）灰褐色石灰?guī)r夾凝灰?guī)r，崩塌處存在風化現(xiàn)象，節(jié)理裂隙較為發(fā)育，受爆破影響，節(jié)理張裂現(xiàn)象明顯，崩塌卸載后無明顯繼續(xù)崩塌現(xiàn)象，但坡面存在的懸石、危巖和外傾結構面形成局部的崩塌掉塊對公路和過往車輛及行人影響較大。

崩塌發(fā)生后發(fā)現(xiàn)邊坡內部發(fā)育一處隱伏節(jié)理面，節(jié)理面產狀大多呈現(xiàn)無規(guī)則狀，節(jié)理面的發(fā)育控制了邊坡的整體穩(wěn)定性，其中發(fā)育一隱伏主節(jié)理面產狀100°∠55°充填物以泥質為主，節(jié)理面間距10 cm～50 cm，局部裂隙極為發(fā)育，裂隙發(fā)育導致較多的危巖及碎落[4]。

2）崩塌體邊坡現(xiàn)狀

①坡腳：相對穩(wěn)定，巖體相對完整，現(xiàn)狀坡率約為1:0.2～1:0.5 之間，未達到設計要求，且坡腳超挖約1.5 m，如圖1 所示。

圖1 崩塌體坡腳現(xiàn)狀

②坡面：巖體破碎，危巖較多，裂隙較為發(fā)育，坡面不夠平整，存在較大的超挖現(xiàn)象，現(xiàn)狀坡率約為 1:0.5～1:0.75，如圖 2 所示。

圖2 崩塌體坡面現(xiàn)狀

③坡頂：未出現(xiàn)明顯的新裂縫，未見明顯的滑動特征，但存在一處倒坡，倒坡坡率約為1:0.2，如圖3 所示。

圖3 崩塌體坡頂現(xiàn)狀

3.3 設計方案

1）根據實測的地面線，輔以必要的地質勘察，對已開挖的邊坡進行穩(wěn)定驗算，通過對隱伏結構面的計算，該隱伏結構面不影響邊坡穩(wěn)定，極限平衡法在非正常工況下邊坡穩(wěn)定安全系數＞1.2。計算結果表明該邊坡開挖后穩(wěn)定，如圖4～圖5 所示。

圖4 主結構面產狀與隱伏結構面

圖5 第一組節(jié)理與隱伏結構面

2）邊坡坡率盡量擬合現(xiàn)有的坡率，采用人工和免爆措施對坡面進行整修。

①坡腳：坡腳巖體相對較為完整，局部較為破碎，但坡腳整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，本次設計對坡腳進行加固，采取植入巖體短錨桿，并將錨桿墊墩置入增設的護面矮墻內，加固坡腳減少風化。

②坡面：邊坡沿道路方向進行坡面修整，坡面過渡順勢，垂直道路方向，邊坡坡率坡腳至坡頂宜折線性過渡，局部超挖位置，可適當加寬平臺寬度。

③坡頂：現(xiàn)狀坡頂坡型為倒坡的應免爆處理，清理后，坡面應順勢過渡。

3）對坡面的危巖和懸石進行編號，分危險程度和層位逐級清理，施工過程前應做好專業(yè)技能培訓和安全教育工作，避免發(fā)生安全事故。清理危巖過程中要做好圍擋防護和地面緩沖措施，保證施工過程中過往車輛及行人的通行安全，如圖6～圖7 所示。

圖6 危巖編號示意圖（現(xiàn)狀）

圖7 危巖編號示意圖（實測）（m）

4）危巖、懸石清理完畢后，對較大的層間裂縫采用水泥漿灌封的方式進行封水處理。對向上的、有可能出現(xiàn)滲水危害邊坡穩(wěn)定的裂縫和縫寬度＞1 cm 的裂縫，采用人工灌注水泥砂漿的方式進行封閉處理，防止邊坡風化，破壞邊坡穩(wěn)定。

5）坡面整修后，進行掛網和墊墩錨桿施工，掛網防護范圍根據巖體裂隙情況適當擴大，掛網要求離地面1.5 m，便于后期養(yǎng)護工作，且要求施工單位嚴格按設計要求順序施工，由頂至底，開挖一級，防護一級，及時錨固坡面，保證邊坡穩(wěn)定。

6）錨桿大規(guī)模施工前，應進行拉拔試驗，如不滿足設計要求，應適當增加錨桿長度?，F(xiàn)場施工時應遵循動態(tài)施工的原則，適時調整錨桿的入射角，對于較弱的巖體部分可適當增加錨桿數量和錨固段長度。

7）設置監(jiān)控觀測點觀測邊坡，發(fā)現(xiàn)異常及時預警、處理，不留隱患。

3.4 高邊坡分區(qū)處治方案

處治方案分區(qū)如圖8～圖9 所示。

圖8 處治方案分區(qū)示意圖（現(xiàn)狀）

圖9 處治方案分區(qū)示意圖（實測）

A 區(qū)：清理危巖和浮石，掛網面積至山頂，錨桿入射角度為15°～20°，錨桿密度和長度同原設計，其中，A 區(qū)在鋼繩網下鋪設小尺寸的格珊網，阻止小尺寸巖塊的塌落。

B 區(qū)：采用人工風鎬清理倒坡后掛網，并在鋼繩網下鋪設小尺寸的格珊網，阻止小尺寸巖塊的塌落。錨桿角度根據開挖節(jié)理面適當調整，錨桿密度和長度同原設計。

C 區(qū)：為原坡面，為保證坡面穩(wěn)定，增加掛網面積，掛網頂部應至山頂，其余同原設計。

D 區(qū)：為隱伏結構面范圍，錨桿入射角度應垂直于結構面，錨桿密度和長度同原設計。

E 區(qū)：為崩塌區(qū)范圍，錨桿入射角度為 15°~20°，錨桿密度增加，間距調整為1 根/3 m，錨桿長度調整為10 m，其中，E 區(qū)在鋼繩網下鋪設小尺寸的格珊網。

F 區(qū)：臨空面楔形體較多，錨桿入射角度應垂直于巖層節(jié)理面，錨桿密度增加，間距調整為1 根/3 m，錨桿長度調整為10 m。

G，H 區(qū)：坡腳增加一排4 m 長的短錨桿，距地面高1.0 m，并將錨桿墊墩置入1.5 m 高護腳矮墻內，加固坡腳減少風化，短錨桿間距4.5 m，其余位置同原設計。

I，J 區(qū)：錨桿長度調整為 10 m，同時，錨桿密度增加，間距調整為1 根/3 m，并在坡腳增加一排4 m長的短錨桿，距地面高1.0 m，并將錨桿墊墩置入1.5 m 高護腳矮墻內，加固坡腳減少風化，短錨桿間距3.0 m，錨桿入射角度應垂直于巖層節(jié)理面。

3.5 監(jiān)控點布設

通過對不穩(wěn)定崩塌體的變形和活動動態(tài)進行監(jiān)測，對施工及運營過程中崩塌體的發(fā)展趨勢做出預報和預警，盡可能的將地質災害的影響降到最低。

1）監(jiān)測布置

崩塌體施工期間監(jiān)測頻率不宜低于2 次/日，運行期間頻率不宜低于2 次/月，并在雨季、有異常情況出現(xiàn)時應增加相應的監(jiān)測頻率，竣工結束后的監(jiān)測應交接給接養(yǎng)單位，養(yǎng)護單位應及時分析檢測數據，如檢測數據異變，應及時采取緊急措施封閉交通。

2）監(jiān)控設計

在穩(wěn)固巖面坡頂或平臺上設6 處監(jiān)測觀測標，檢測內容、方法及目的詳見表1。

表1 崩塌體監(jiān)測

3）監(jiān)測要求

①觀測標應完成設計要求的防護工程后埋設觀測標，并在施工放樣時記錄高程、坐標及埋設日期，觀測要求詳見表2。

表2 崩塌體觀測的內容和要求

②觀測標可采用＞Φ32 mm 的鋼筋制作，首先將鋼筋最頂部打成半圓形，然后在中間位置畫上十字。

③觀測標觀測應采用高精度的光電測距設備等進行測量，測量結果應有專項記錄簿，并將記錄簿編入竣工的資料內。

4 結論

本文詳細探討了山區(qū)公路邊坡崩塌的影響因素，從力學機理上分析了影響原因和過程；提出進行邊坡崩塌處治的防治原則和設計方案，同時兼顧表層加固和深層加固，才能使得邊坡穩(wěn)定取得有效控制；結合工程案例，分析了邊坡崩塌的處治和防治措施，并后期監(jiān)測不穩(wěn)定崩塌體的活動動態(tài)，證明防護效果良好，可為其他工程提供一定的參考。