山區(qū)公路高邊坡勘察設(shè)計(jì)關(guān)鍵問(wèn)題探討

任天勇

（四川省交通勘察設(shè)計(jì)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(yùn)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(shí)例[2]，分析工程中遇到的高邊坡問(wèn)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(diǎn)[3]。高邊坡常見變形破壞的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征是剝落崩塌、滑動(dòng)崩塌、流動(dòng)等，病害的性質(zhì)和規(guī)?？筛爬槠旅孀冃尾『?、坡體變形病害和防護(hù)加固工程結(jié)構(gòu)變形危害三個(gè)方面。坡體變形病害一般包括：坍塌、斜坡、塌陷、滑動(dòng)、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(hù)和加固工程的結(jié)構(gòu)變形和破壞的另一個(gè)原因，包括邊坡上一般防護(hù)工程結(jié)構(gòu)（如骨架防護(hù)、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）?，F(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(jì)為例進(jìn)行闡述。

2 邊坡設(shè)計(jì)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(tái)，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(qiáng)烈，推測(cè)強(qiáng)風(fēng)化厚度約3m～5m，岷江斷裂從邊坡附近通過(guò)，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(tái)，匯水面積較大，無(wú)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(rùn)，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(hào)K9+350～K9+465段公路右側(cè)，原設(shè)計(jì)為三級(jí)邊坡，邊坡坡率均為1∶1，每級(jí)邊坡坡高按10m～12m控制，中間設(shè)一級(jí)平臺(tái)，平臺(tái)寬度2.0m，坡面采用框架錨桿防護(hù)，施工完成半年后，邊坡出現(xiàn)變形，現(xiàn)場(chǎng)一級(jí)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(jí)邊坡中上部的下邊坡體的推力，說(shuō)明滑體應(yīng)在一級(jí)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(cuò)臺(tái)明顯，說(shuō)明坡體在此沿強(qiáng)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(wú)變形跡象。

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

3 邊坡穩(wěn)定性分析

采用簡(jiǎn)化Bishop法計(jì)算邊坡穩(wěn)定安全系數(shù)。初步確定坡體計(jì)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(guò)計(jì)算，邊坡變形現(xiàn)狀與計(jì)算結(jié)果較為吻合，在按設(shè)計(jì)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(jí)邊坡坡率釆用1：1.0，K9+350～K9+440段碎落臺(tái)橫向?qū)挾?.5m，K9+440～K9+465段碎落臺(tái)橫向?qū)挾葟?.5m逐漸過(guò)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(jí)邊坡采用4m×3m錨桿框架梁掛鐵絲網(wǎng)植草防護(hù)（圖1），第二級(jí)邊坡采用4m×3m錨索框架梁掛鐵絲網(wǎng)植草防護(hù)，K9+440～K9+465段第一、二級(jí)邊坡釆用4m×3m錨桿框架梁掛鐵絲網(wǎng)植草防護(hù)，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(jìn)入中風(fēng)化基巖的長(zhǎng)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(jì)圖

（3）除最上一級(jí)外，邊坡第一級(jí)按10m進(jìn)行挖方，第二級(jí)按12m進(jìn)行挖方，每級(jí)設(shè)一個(gè)2m寬的平臺(tái)，平臺(tái)設(shè)置M10漿砌片石平臺(tái)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(tái)110cm處設(shè)置仰斜式PVC排水花管，長(zhǎng)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(chǎng)出水位置適當(dāng)調(diào)整（只加密不減少）。

5 施工注意事項(xiàng)

（1）路塹開挖應(yīng)該先做好地表截排水措施的準(zhǔn)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(jì)坡線開挖，做到分級(jí)開挖，分級(jí)支擋防護(hù)，嚴(yán)禁釆用爆破，嚴(yán)防發(fā)生新的滑塌事故；

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

（4）錨索在正式施工前進(jìn)行抗拔力試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)確認(rèn)錨定效果是否滿足設(shè)計(jì)要求，再確定最佳施工流程；

（5）進(jìn)行錨桿抗拔力驗(yàn)證試驗(yàn)，以確定錨桿是否滿足設(shè)計(jì)要求。錨桿極限抗脈動(dòng)試驗(yàn)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(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行；

（6）鉆孔時(shí)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(shí)，若有發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)或與設(shè)計(jì)不符的情況，應(yīng)該及時(shí)通知設(shè)計(jì)等有關(guān)單位；

（8）加強(qiáng)施工組織，并做好施工人員及財(cái)產(chǎn)安全的保護(hù)工作；

（9）未盡事項(xiàng)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(qiáng)度隨時(shí)間而降低。各物理學(xué)指數(shù)都會(huì)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(wú)法完全掌握。設(shè)計(jì)坡率大多根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)一般調(diào)查而確定。施工期間現(xiàn)場(chǎng)沒有及時(shí)調(diào)整，仍按原設(shè)計(jì)坡率進(jìn)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(hù)措施。由于邊坡上巖體和土體長(zhǎng)期暴露，長(zhǎng)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(shí)滲入斜坡內(nèi)部，在孔隙水的作用下降低了巖體的強(qiáng)度參數(shù)，增加了邊緣的滑動(dòng)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(qiáng)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(jì)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(qiáng)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(xiàng)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(duì)不良地質(zhì)現(xiàn)象重視程度不夠，造成了施工過(guò)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(jìn)度。因此，在施工前及早發(fā)現(xiàn)前期設(shè)計(jì)工作中的薄弱環(huán)節(jié)，減少施工中的設(shè)計(jì)變更。

初步設(shè)計(jì)階段基本上確定了整個(gè)路線的走向以及控制點(diǎn)，進(jìn)行局部方案比較，選擇經(jīng)濟(jì)、安全、高效的最優(yōu)路線方案。對(duì)于已形成的滑坡，需實(shí)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(jià)，對(duì)于危害嚴(yán)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(jì)階段，主要針對(duì)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(wú)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(cuò)落為主，因此邊坡的勘察以地調(diào)為主輔以鉆探及物探。對(duì)于巖質(zhì)高邊坡，需對(duì)結(jié)構(gòu)面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并做赤平投影圖，評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)面對(duì)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(duì)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(yán)重的區(qū)域應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)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(jì)參數(shù)（包括滑體、滑床、滑帶c、φ、r等），對(duì)滑體、滑動(dòng)帶進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)和剪切試驗(yàn)，并計(jì)算滑動(dòng)帶殘余抗剪強(qiáng)度，同時(shí)考慮其含水量增大或飽和情況下的抗剪強(qiáng)度并評(píng)價(jià)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(jì)問(wèn)題

（1）地勘手段單一，勘察工作量嚴(yán)重不足，未能達(dá)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(jì)措施達(dá)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(shí)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(jìn)行邊坡巖土體的總體判斷，一般來(lái)說(shuō)，山體有棱角、起伏較大的邊坡部位，其巖體的強(qiáng)度和完整性一般較好；相反，山體地形圓潤(rùn)、曲線型較好的地段，往往預(yù)示著巖體的強(qiáng)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(jìn)行綜合分析。同時(shí)，地調(diào)時(shí)看到的邊坡區(qū)基巖出露點(diǎn)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(qiáng)度較好地砂巖、板巖，而強(qiáng)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(jì)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(duì)地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜性認(rèn)識(shí)不足。我國(guó)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(qiáng)度。設(shè)計(jì)邊坡防護(hù)工程時(shí)忽略或?qū)吰碌叵滤l(fā)育情況認(rèn)識(shí)不足，使得截排水措施缺乏或不具針對(duì)性，導(dǎo)致后期邊坡防護(hù)工程因地下水作用而失效。

7.4 應(yīng)對(duì)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(yùn)用工程地質(zhì)類比法，對(duì)區(qū)域地質(zhì)情況和邊坡區(qū)的總體地質(zhì)條件進(jìn)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(jìn)行詳查驗(yàn)證，充分利用鉆孔進(jìn)行水文地質(zhì)測(cè)試和聲波測(cè)井判斷邊坡巖體的完整性、富水性，同時(shí)加強(qiáng)地層實(shí)測(cè)剖面工作，靈活運(yùn)用坑槽探、淺孔鉆探進(jìn)行覆蓋層路段的詳查，充分利用各種手段得到的信息進(jìn)行綜合分析。在取得詳實(shí)的地勘資料后，根據(jù)地質(zhì)情況有針對(duì)性的設(shè)計(jì)防護(hù)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(hù)坡等處理措施。

8 結(jié)束語(yǔ)

本文以G213線川主寺至汶川公路災(zāi)后復(fù)建工程作為實(shí)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(wèn)題分析三個(gè)方面的主要問(wèn)題，并提出了一些應(yīng)對(duì)措施。